CN108539719A - 一种针对配置电流型后备保护的电网的连锁跳闸预防方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种针对配置电流型后备保护的电网的连锁跳闸预防方法，包括：步骤1、针对电网的连锁跳闸场景，并针对电网配置了电流型后备保护的情形，按后备保护的动作方程给定衡量电网的当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离的表达形式；步骤2、以实现电网的当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离最大为目标，以电网的发电机组的输出功率为优化变量，建立优化模型；步骤3、给出优化模型的求解算法。本发明针对电网的连锁跳闸场景，并针对电流型后备保护的情形，给出电网各机组的功率配置的方法，使得电网的当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离最远，可有效地预防连锁跳闸的发生。

Description

一种针对配置电流型后备保护的电网的连锁跳闸预防方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种针对配置电流型后备保护的电网的连锁跳闸预防方法。

背景技术

当今时代的电力系统，其规模越来越大，运行也越来越复杂，在这样的的电网中，一方面可以使能源得到更加高效合理的利用，但另一方面也使得维护电力系统的安全运行问题变得更加复杂，因为在大电网中发生的故障往往相互具有连锁效应，元件之间相互波及，一旦连锁效应放大，导致大范围的停电，其损失往往是很严重的。近年来，世界范围内的一些大停电事故已经很深刻地说明了这一点，因而，近年来，电网的连锁跳闸以及与之相关的连锁故障问题受到了很多电力工作者的关注。目前，对电网连锁跳闸的分析和处理技术主要可以分为两大类，其中第一大类是将连锁跳闸置于长过程的连锁故障过程中，分析和处理整个连锁故障过程的相关问题；另一类是针对初始故障发生后的局部时段分析和研究连锁跳闸以及相关的预防措施。

(1)针对连锁故障长过程的分析方法和技术

长过程的连锁故障模型，包括连锁故障的发生机理，电网结构对连锁故障的影响以及长过程连锁故障的模拟。其中研究和分析研究故障的发生机理，主要是运用自组织临界理论来解释，目前，一些研究工作者正在开展将此理论用于指导实际的连锁故障分析的研究中，如通过连锁故障的搜索判别系统进入自组织临界态的算法，运用自组织临界理论判别系统可能的停电规模的方法。这些研究和技术对于连锁故障场景中的任何一级故障一般都按照连锁跳闸的模式进行分析，一般不涉及连锁故障中的复杂动态现象。

研究和分析电网结构对连锁故障的影响，目前主要是基于复杂网络理论分析电网的拓扑结构故障传播的影响，如小世界电网的故障传播规律，辨识影响电网故障传播的关键结构参数的方法。这些研究和技术对于连锁故障场景中的任何一级故障一般也都按照连锁跳闸的模式进行分析，一般也不涉及连锁故障中的复杂动态现象。

对于现有长过程连锁故障的模拟技术，目前，既有基于多级连锁跳闸模拟的分析技术，也有在涉及复杂动态的情况进行模拟的技术，不过无论是哪种技术，目前还很难完全真实地再现完整的连锁故障动态过程，主要原因是这些动态过程过于复杂，涉及到的自动装置也没有完全统一的标准。

(2)针对连锁故障某一局部时段的分析方法和技术

针对连锁故障某一局部时段的方法和技术，一般主要针对连锁故障的早期阶段的连锁跳闸事件进行分析，其主要的依据是考虑到连锁故障早期的发展动因是故障线路停运造成的电网潮流的重新调整，其发展速度较为缓慢，有较为充裕的时间采取措施，而且对连锁故障的预防较为有利。近年来的主要方法和技术有：1)基于广域信息的潮流转移识别技术，以及基于潮流转移识别的广域后备保护技术；2)基于本地信息的潮流转移识别和系统保护技术；3)对初始故障产生的潮流转移所关联的输电断面进行识别的技术以及输电断面保护技术；4)根据初始故障发生后电网是否因潮流转移诱发下一轮连锁过载跳闸，辨识电网的脆弱支路的技术。而传统分析和应对连锁跳闸的技术主要是九十年代以后广泛使用的电力系统静态安全分析和控制技术。

现有技术中，文献“基于广域同步测量系统的预防连锁跳闸控制策略”，徐慧明,毕天姝,黄少锋，等.中国电机工程学报,2007,27(19):32-38.提出的预防连锁跳闸的控制策略，该技术基于广域信息在全网范围内通过采用切机、且负荷的办法预防连锁跳闸的发生。该技术和本发明相近的地方主要是考虑了在全网的范围内防止连锁跳闸的发生，不过该文献属于紧急控制策略，主要的措施是切机、切负荷，而本发明属于预防策略，并不考虑切机、切负荷等措施。而且该文献提出的技术，其目标是在防止连锁跳闸发生的同时使得切机、切负荷的量尽可能小，这与本发明提出的使电网的当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间距离最远的目标也是不同的。

术语解释：

连锁跳闸：当电网中某条线路因故障被跳闸切除后，引起电力系统其他线路的电气量发生变化，当这些线路中的某一些因电气量进入继电保护的动作区而被保护切除，则这样的现象称为连锁跳闸。

初始故障：电网连锁跳闸现象中出现的第一个故障，或在分析电网连锁跳闸现象时所考虑的第一个故障。

考虑连锁跳闸时的连锁跳闸临界运行状态：当电网中发生初始故障后，该初始故障是否可以引发连锁故障，这与电网的运行状态是密切相关的，同样的一个初始故障，在有的运行状态下可以引发连锁故障，而在有的运行状态下则不能引发连锁故障，刚好使得该初始故障能够触发连锁故障的运行状态即是连锁跳闸临界运行状态。

现有技术的主要缺点，一是针对电网连锁跳闸的分析和预防还不能有效地与继电保护的实际动作方程相结合，并依托继电保护动作方程给出更为符合实际的对于连锁跳闸临界运行状态的判定，而对于连锁跳闸临界运行状态的判定是调整电网的运行的重要依据；二是缺乏以远离连锁跳闸临界运行状态为目标的机组优化配置方法，如果有了这样的配置方法，则电网在遭到初始故障的冲击时，始终能够保证电网的当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间具有一定的距离，电网也就不会发生连锁跳闸。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种针对配置电流型后备保护的电网的连锁跳闸预防方法，主要针对电网的连锁跳闸场景，并针对电网配置了电流型后备保护的情形，考虑连锁跳闸时，针对给定的初始故障，给出电网各机组的功率配置的方法，使得电网的当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离最远，预防了连锁跳闸的发生。

本发明的问题是这样实现的：

一种针对配置电流型后备保护的电网的连锁跳闸预防方法，包括如下步骤：

步骤1、针对电网的连锁跳闸场景，并针对电网配置了电流型后备保护的情形，按后备保护的动作方程给定衡量电网的当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离的表达形式；具体为：

设电网的初始故障支路为L_j，当L_j被切除且电网的潮流重新调整后，根据电网中任一剩余支路L_i的电流I_i、其电流定值I_i·set及其后备保护的动作方程，定义如式(1)表示电流距离的变量I_i·dist：

I_i·dist＝|I_i·set|-|I_i| (1)

式(1)中，I_i·dist是表示I_i与其定值I_i·_set之间的距离；

则衡量电网的当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离按式(2)考虑：

m＝min(I_i·dist)i＝1,2,…,l (2)

式(2)中，min(I_i·dist)表示对I_i·dist取最小值，l为电网中除了L_j以外的支路总数；m所表示的含义是电网的当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离：当m<0时，电网发生连锁跳闸；当m＝0时，电网处于连锁跳闸的边界；当m>0时，电网不会发生连锁跳闸；而且m越大，电网越不易发生连锁跳闸，即电网的当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离越远；

步骤2、以实现电网的当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离最大为目标，以电网的发电机组的输出功率为优化变量，建立优化模型；具体为：

在此优化模型中，目标函数如式(3)所示：

maxm＝min(I_i·dist)i＝1,2,…,l (3)

式(3)中，maxm表示对m取最大值，min(I_i·dist)表示对I_i·dist取最小值，l为电网中除了L_j以外的支路总数；

设初始故障发生前，电网的潮流方程为：

f⁰(x⁰,u)＝0 (4)

式(4)中，f⁰为电网发生初始故障前代表潮流方程的等式约束映射关系，x⁰为电网发生初始故障前的状态变量，u为发电机组的输出功率，是待优化的变量；

设初始故障发生前，电网的不等约束关系为：

g⁰(x⁰,u)≤0 (5)

式(5)中，g⁰为初始故障发生前，由电网的节点电压和发电机组所输出的各功率参量的上下限所确定的不等式约束关系，x⁰为电网发生初始故障前的状态变量，u为发电机组的输出功率，是待优化的变量；

设初始故障切除且电网重新调整后的潮流方程为：

f¹(x¹,u)＝0 (6)

式(6)中，f¹为初始故障切除且电网重新调整后代表潮流方程的等式约束映射关系，x¹为电网潮流重新调整后的状态变量，u为发电机组的输出功率，是待优化的变量；

设初始故障切除且电网重新调整后的不等约束关系为：

g¹(x¹,u)≤0 (7)

式(7)中，g¹为初始故障切除且电网重新调整后，由电网的节点电压和发电机组所输出的各功率参量的上下限所确定的不等式约束关系，x¹为电网潮流重新调整后的状态变量，u为发电机组的输出功率，是待优化的变量；

综合式(3)～(7)，以实现电网的当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离最大为目标，以发电机组的输出功率为优化变量的优化模型为：

步骤3、给出优化模型的求解算法：根据式(8)给出的优化模型定义惩罚函数，计算出最大的m以及使m达到最大值时的u。

进一步地，所述步骤3中，采用综合内点法和外点法的混合算法计算出最大的m以及使m达到最大值时的u。

进一步地，所述步骤3之后还包括：

步骤4、根据给出的优化模型和求解算法编制计算机程序。

本发明的优点在于：本发明针对配置了电流型后备保护的电网，以调整电网机组功率为基础，通过预防的方法实现对连锁跳闸的防治，从而减少紧急情况下的切机、切负荷带来的损失；而且本发明所提出的方法，以实现电网的当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离最大为目标，可以帮助运行及分析人员定量地考察电网的当前运行状态距离发生连锁跳闸事件的危险程度，所以本发明提出的方法还可从定量地减少电网对于连锁跳闸事件的危险程度的角度防止来连锁跳闸的发生，既便于观察，也便于操作。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一种针对配置电流型后备保护的电网的连锁跳闸预防方法的执行流程图。

具体实施方式

为使得本发明更明显易懂，现以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

如图1所示，本发明是一种针对配置电流型后备保护的电网的连锁跳闸预防方法，主要针对电网的连锁跳闸场景，并针对电网配置了电流型后备保护的情形，以实现电网的当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离最大化为目标，以电网的发电机组的输出功率为优化变量，建立优化模型，并提出优化模型的求解算法，最终形成一种考虑电流型后备保护并以优化机组出力为基础的实现预防电网连锁跳闸的方法。具体包括如下步骤：

步骤1、针对电网的连锁跳闸场景，并针对电网配置了电流型后备保护的情形，结合电网中用于后备的继电保护，按后备保护的动作方程给定衡量电网的当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离的表达形式；具体为：

设电网的初始故障支路为L_j，当L_j被切除且电网的潮流重新调整后，根据电网中任一剩余支路L_i的电流I_i、其电流定值I_i·set及其后备保护的动作方程，定义如式(1)表示电流距离的变量I_i·dist：

I_i·dist＝|I_i·set|-|I_i| (1)

式(1)中，I_i·dist是表示I_i与其定值I_i·_set之间的距离；

则衡量电网的当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离按式(2)考虑：

m＝min(I_i·dist)i＝1,2,…,l (2)

式(2)中，min(I_i·dist)表示对I_i·dist取最小值，l为电网中除了L_j以外的支路总数；m所表示的含义是电网的当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离：当m<0时，电网发生连锁跳闸；当m＝0时，电网处于连锁跳闸的边界；当m>0时，电网不会发生连锁跳闸；而且m越大，电网越不易发生连锁跳闸，即电网的当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离越远；

步骤2、以实现电网的当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离最大为目标，以电网的发电机组的输出功率为优化变量，建立优化模型；具体为：

在此优化模型中，目标函数如式(3)所示：

maxm＝min(I_i·dist)i＝1,2,…,l (3)

式(3)中，maxm表示对m取最大值，min(I_i·dist)表示对I_i·dist取最小值，l为电网中除了L_j以外的支路总数；

设初始故障发生前，电网的潮流方程为：

f⁰(x⁰,u)＝0 (4)

式(4)中，f⁰为电网发生初始故障前代表潮流方程的等式约束映射关系，x⁰为电网发生初始故障前的状态变量，u为发电机组的输出功率，是待优化的变量；

设初始故障发生前，电网的不等约束关系为：

g⁰(x⁰,u)≤0 (5)

式(5)中，g⁰为初始故障发生前，由电网的节点电压和发电机组所输出的各功率(如：有功功率、无功功率及支路功率等)参量的上下限所确定的不等式约束关系，x⁰为电网发生初始故障前的状态变量，u为发电机组的输出功率，是待优化的变量；

设初始故障切除且电网重新调整后的潮流方程为：

f¹(x¹,u)＝0 (6)

式(6)中，f¹为初始故障切除且电网重新调整后代表潮流方程的等式约束映射关系，x¹为电网潮流重新调整后的状态变量，u为发电机组的输出功率，是待优化的变量；

设初始故障切除且电网重新调整后的不等约束关系为：

g¹(x¹,u)≤0 (7)

式(7)中，g¹为初始故障切除且电网重新调整后，由电网的节点电压和发电机组所输出的各功率(如：有功功率、无功功率及支路功率等)参量的上下限所确定的不等式约束关系，x¹为电网潮流重新调整后的状态变量，u为发电机组的输出功率，是待优化的变量；

综合式(3)～(7)，以实现电网的当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离最大为目标，以发电机组的输出功率为优化变量的优化模型为：

步骤3、给出优化模型的求解算法：根据式(8)给出的优化模型定义惩罚函数，并采用综合内点法和外点法的混合算法计算出最大的m以及使m达到最大值时的u；

步骤4、采用C语言或其他高级语言，根据给出的优化模型、惩罚函数形式和求解算法编制计算机程序(软件)，软件是通用的，运行时，只要输入电网的参数即可，包括电网的结构和元件参数，节点类型等基本参数即可；软件的编制只需要普通的PC机或笔记本电脑，只要配置了相关高级语言的编译或解释系统即可，不需要专门的系统装置。

本发明的优点如下：

本发明针对配置了电流型后备保护的电网，以调整电网机组功率为基础，通过预防的方法实现对连锁跳闸的防治，从而减少紧急情况下的切机、切负荷带来的损失；而且本发明所提出的方法，以实现电网的当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离最大为目标，可以帮助运行及分析人员定量地考察电网的当前运行状态距离发生连锁跳闸事件的危险程度，所以本发明提出的方法还可从定量地减少电网对于连锁跳闸事件的危险程度的角度防止来连锁跳闸的发生，既便于观察，也便于操作。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (3)

1.一种针对配置电流型后备保护的电网的连锁跳闸预防方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、针对电网的连锁跳闸场景，并针对电网配置了电流型后备保护的情形，按后备保护的动作方程给定衡量电网的当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离的表达形式；具体为：

设电网的初始故障支路为L_j，当L_j被切除且电网的潮流重新调整后，根据电网中任一剩余支路L_i的电流I_i、其电流定值I_i·set及其后备保护的动作方程，定义如式(1)表示电流距离的变量I_i·dist：

I_i·dist＝|I_i·set|-|I_i| (1)

式(1)中，I_i·dist是表示I_i与其定值I_i·set之间的距离；

则衡量电网的当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离按式(2)考虑：

m＝min(I_i·dist) i＝1,2,…,l (2)

式(2)中，min(I_i·dist)表示对I_i·dist取最小值，l为电网中除了L_j以外的支路总数；m所表示的含义是电网的当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离：当m<0时，电网发生连锁跳闸；当m＝0时，电网处于连锁跳闸的边界；当m>0时，电网不会发生连锁跳闸；而且m越大，电网越不易发生连锁跳闸，即电网的当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离越远；

步骤2、以实现电网的当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离最大为目标，以电网的发电机组的输出功率为优化变量，建立优化模型；具体为：

在此优化模型中，目标函数如式(3)所示：

maxm＝min(I_i·dist) i＝1,2,…,l (3)

式(3)中，maxm表示对m取最大值，min(I_i·dist)表示对I_i·dist取最小值，l为电网中除了L_j以外的支路总数；

设初始故障发生前，电网的潮流方程为：

f⁰(x⁰,u)＝0 (4)

式(4)中，f⁰为电网发生初始故障前代表潮流方程的等式约束映射关系，x⁰为电网发生初始故障前的状态变量，u为发电机组的输出功率，是待优化的变量；

设初始故障发生前，电网的不等约束关系为：

g⁰(x⁰,u)≤0 (5)

式(5)中，g⁰为初始故障发生前，由电网的节点电压和发电机组所输出的各功率参量的上下限所确定的不等式约束关系，x⁰为电网发生初始故障前的状态变量，u为发电机组的输出功率，是待优化的变量；

设初始故障切除且电网重新调整后的潮流方程为：

f¹(x¹,u)＝0 (6)

式(6)中，f¹为初始故障切除且电网重新调整后代表潮流方程的等式约束映射关系，x¹为电网潮流重新调整后的状态变量，u为发电机组的输出功率，是待优化的变量；

设初始故障切除且电网重新调整后的不等约束关系为：

g¹(x¹,u)≤0 (7)

式(7)中，g¹为初始故障切除且电网重新调整后，由电网的节点电压和发电机组所输出的各功率参量的上下限所确定的不等式约束关系，x¹为电网潮流重新调整后的状态变量，u为发电机组的输出功率，是待优化的变量；

综合式(3)～(7)，以实现电网的当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离最大为目标，以发电机组的输出功率为优化变量的优化模型为：

步骤3、给出优化模型的求解算法：根据式(8)给出的优化模型定义惩罚函数，计算出最大的m以及使m达到最大值时的u。

2.如权利要求1所述的一种针对配置电流型后备保护的电网的连锁跳闸预防方法，其特征在于：所述步骤3中，采用综合内点法和外点法的混合算法计算出最大的m以及使m达到最大值时的u。

3.如权利要求1所述的一种针对配置电流型后备保护的电网的连锁跳闸预防方法，其特征在于：所述步骤3之后还包括：

步骤4、根据给出的优化模型和求解算法编制计算机程序。