CN108711865B - 一种基于wams的受端电网稳控切负荷方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于WAMS的受端电网稳控切负荷方法，涉及电力系统及自动化控制领域，为解决传统受端电网稳控切负荷离线决策方法中所有负荷参与切除时未反映故障对各节点的影响程度而发明。本发明的方法包括：根据预想事故在线计算需切负荷总量；采用潮流跟踪算法计算各节点切负荷系数；各节点切负荷量计算并下发策略；运行工况判断及稳控措施执行。本发明应用于电网安全稳定控制的配置和策略研究中，为受端电网稳控切负荷系统提供一种实时决策的可行性方案。

Description

一种基于WAMS的受端电网稳控切负荷方法

技术领域

本发明涉及电力系统及自动化控制领域，具体涉及一种基于WAMS的受端电网稳控切负荷方法。

背景技术

传统的受端电网稳控切负荷离线决策方案中，不同位置的所有负荷都有可能参与切除，并未反映系统故障对各节点的影响程度。同时，由于稳控切负荷控制的决策表要根据事先制定的典型工况和故障来索引，即未实现实时决策，而故障表又不可能涵盖所有的潜在故障，因此如果实际工况(或故障状态)的匹配误差太大，甚至完全失配，则第二道防线可能严重欠控制，从而引起第三道防线动作引起停电范围的扩大。

随着广域测量系统WAMS(WideArea Measurement System)的广泛应用，整个电力系统的运行数据有望实现实时采集，该系统能够提供同步的测量信息，如电流电压的幅值和相角，频率以及频率的变化率等，根据这些信息可以实时掌握整个电力系统的功率流向以及各个负荷的功率状况。

结合受端电网的供电断面构成，在任意时刻都可以把系统主网戴维南等价为若干个发电机组经传输阻抗向受端供电的形式，本发明通过广域测量系统WAMS实时获取的全网数据，采用潮流追踪算法分析不同断面功率对下游各负荷节点的影响因子，进而计算出切负荷系数，将断面故障对应的切负荷量更多地分配到受影响较大的负荷节点，更有利于系统达到新的稳定。

发明内容

鉴于上述分析，本发明旨在提供涉及一种基于WAMS的受端电网稳控切负荷方法，用于解决上述问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种基于WAMS的受端电网稳控切负荷方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：根据预想事故在线计算需切负荷总量；

步骤2：采用潮流跟踪算法计算各节点切负荷系数；

步骤3：各节点切负荷量计算并下发策略；

步骤4：运行工况判断及稳控措施执行；

所述步骤1中，根据预想事故在线计算需切负荷总量，步骤如下：

1)受端安全稳定控制系统从WAMS主站获取系统实时信息；

2)对受端网络及线损进行等效处理，线路中间插入一个虚节点m，从而将线路分为两段，两段上的潮流和方向分别取原来线路首末段的潮流和方向；把线路损耗作为虚拟负荷处理，相当于断面潮流既供应负荷也承担网损；

3)根据预想事故对所有需要的断面在线计算需切负荷总量；设P_ij,lim为支路j-i的极限传输功率，则受端电网切负荷总量ΔP可由下式得到

式(1)中，K为切除裕度，一般K≈1，当K<1时为欠切，K>1时为过切，具体取值可根据断面控制目标和下游负荷情况选择；

所述步骤2中，采用潮流跟踪算法计算各节点切负荷系数，步骤如下：

1)根据潮流跟踪算法计算支路流入功率对各负荷及网损的贡献；支路j-i上的功率为节点j流向节点i，设|P_ij|为该支路流入节点i的功率，它对下游系统的总功率贡献可表示为：

式(2)中，P＝[P₁ P₂ ... P_n]^T是节点流过功率列向量；P_L＝[P_L1 P_L2 ... P_Ln]^T是节点负荷功率列向量；P_d,lo_ss＝[P_d1,loss P_d2,loss ... P_dn,loss]^T是节点下游网损列向量； A_d∈R^{n ×n}是节点下游分布矩阵；e_i∈Rⁿ是第i个元素为1，其余元素为0的单位列向量；

由此，|P_ij|为对下游节点k上的负荷的功率贡献为

该支路承担的下游电网网损为

2)支路j-i故障退出后负荷节点k的切负荷系数计算；假设受端电网与系统连接的节点 i相关的支路j因故障而切除，则对于支路j-i下游的所有负荷节点k都将发生功率的变化，即

定义在故障后的一段时间内使下式成立的的节点集合为C_i，则

这表明支路j-i故障，将对受端电网C_i节点集合中的负荷减少供电；

由此，定义针对支路j-i故障退出后负荷节点k的切负荷系数λ_ij,Lk

式(6)中，A为故障支路j-i的集合。根据故障的发展过程，积分下限t₀可选为故障前的最近一个稳态采样时刻；稳控切负荷装置通常在监测到受端频率减低或某元件过载时启动计时，在经过一定的延时后出口切除负荷，因此积分上限t₁可选为稳控切负荷装置启动前的最近一个稳态采样时刻；

所述步骤3中，各节点切负荷量计算并下发策略，步骤如下：

1)支路j-i故障时节点k所需切除的负荷量为

P_cut,k＝λ_ij,LkΔP (7)

2)形成节点k需切负荷量控制策略并下发至该节点对应的执行站；

3)节点k下游所带负荷按最优组合排列匹配该节点需切负荷量；

所述步骤4中，运行工况判断及稳控措施执行，步骤如下：

1)检测是否有元件故障；

2)检测在线决策系统通道是否正常和功能是否投入，正常投入则执行在线决策控制措施，不正常或退出在线功能则执行离线决策备用控制措施；

3)判定故障元件和故障类型；

4)执行对应的控制策略，切除相应的负荷。

本发明提出的一种基于WAMS的受端电网稳控切负荷方法，可解决传统受端电网稳控切负荷离线决策方法中所有负荷参与切除时未反映故障对各节点的影响程度的问题，将断面故障对应的切负荷量更多地分配到受影响较大的负荷节点，更有利于系统达到新的稳定。本发明应用于电网安全稳定控制的配置和策略研究中，为受端电网稳控切负荷系统提供一种实时决策的可行性方案。

附图说明

图1某受端电网网架结构示意图；

图中1－8为220kV变电站，A为500kV变电站，B为500kV线路，C为220kV线路， D为220kV水电站；

图2某受端电网安全稳定控制系统配置拓扑图；

图3一种基于WAMS的受端电网稳控切负荷方法；

图4是线路中间插入一个虚节点的示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的某一实施例，其中，附图构成本申请的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本发明公开了一种基于WAMS的受端电网稳控切负荷方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：根据预想事故在线计算需切负荷总量；

步骤2：采用潮流跟踪算法计算各节点切负荷系数；

步骤3：各节点切负荷量计算并下发策略；

步骤4：运行工况判断及稳控措施执行；

所述步骤1中，根据预想事故在线计算需切负荷总量，步骤如下：

1)受端安全稳定控制系统从WAMS主站获取系统实时信息；

2)对受端网络及线损进行等效处理，线路中间插入一个虚节点m，从而将线路分为两段，两段上的潮流和方向分别取原来线路首末段的潮流和方向；把线路损耗作为虚拟负荷处理，相当于断面潮流既供应负荷也承担网损；

3)根据预想事故对所有需要的断面在线计算需切负荷总量；设P_ij,lim为支路j-i的极限传输功率，则受端电网切负荷总量ΔP可由下式得到

式(1)中，K为切除裕度，一般K≈1，当K<1时为欠切，K>1时为过切，具体取值可根据断面控制目标和下游负荷情况选择；

结合实施例来看，某受端电网网架结构如图1所示，500kV变电站所供负荷包含8个220kV变电站，则相应的安全稳定控制系统配置拓扑如图2所示。其中，500kV变电站按双重化配置控制站，负责区域决策和与调度端在线决策模块通信；220kV变电站配置执行站，负责现场信息的采集和命令执行；在调度端装设稳控切负荷在线决策模块，向下与控制站通信，向上从WAMS主站采集电网实时数据。该电网位于系统受端，500kV变电站设2×750MVA主变，并通过2回500kV线路与主网联系，假定某时刻从WAMS主站实时监测到该片区最大电力输入为725MW，结合预想故障当主变N-2或联络线N-2时该受端系统孤网，考虑1.02 倍的过切，则此时最大需切负荷量ΔP为740MW。

所述步骤2中，采用潮流跟踪算法计算各节点切负荷系数，步骤如下：

1)根据潮流跟踪算法计算支路流入功率对各负荷及网损的贡献。支路j-i上的功率为节点j流向节点i，设|P_ij|为该支路流入节点i的功率，它对下游系统的总功率贡献可表示为：

式(2)中，P＝[P₁ P₂ ... P_n]^T是节点流过功率列向量；P_L＝[P_L1 P_L2 ... P_Ln]^T是节点负荷功率列向量；P_d,loss＝[P_d1,loss P_d2,loss ... P_dn,loss]^T是节点下游网损列向量； A_d∈R^{n ×n}是节点下游分布矩阵；e_i∈Rⁿ是第i个元素为1，其余元素为0的单位列向量。

由此，|P_ij|为对下游节点k上的负荷的功率贡献为

该支路承担的下游电网网损为

2)支路j-i故障退出后负荷节点k的切负荷系数计算。假设受端电网与系统连接的节点 i相关的支路j因故障而切除，则对于支路j-i下游的所有负荷节点k都将发生功率的变化，即

定义在故障后的一段时间内使下式成立的的节点集合为C_i，则

这表明支路j-i故障，将对受端电网C_i节点集合中的负荷减少供电。

由此，定义针对支路j-i故障退出后负荷节点k的切负荷系数λ_ij,Lk

式(6)中，A为故障支路j-i的集合。根据故障的发展过程，积分下限t₀可选为故障前的最近一个稳态采样时刻；稳控切负荷装置通常在监测到受端频率减低或某元件过载时启动计时，在经过一定的延时后出口切除负荷，因此积分上限t₁可选为稳控切负荷装置启动前的最近一个稳态采样时刻。

结合实施例来看，N-2故障形成孤网后，受端电网所有负荷节点均减少供电，根据WAMS 检测的实时数据并按上述步骤计算后，各执行站切负荷系数分别为

执行站	1	2	3	4	5	6	7	8
									要求切负荷系数	0.11	0.22	0.27	0.10	0.07	0.07	0.06	0.10

所述步骤3中，各节点切负荷量计算并下发策略，步骤如下：

1)支路j-i故障时节点k所需切除的负荷量为

P_cut,k＝λ_ij,LkΔP (7)

2)形成节点k需切负荷量控制策略并下发至该节点对应的执行站；

3)节点k下游所带负荷按最优组合排列匹配该节点需切负荷量。

结合实施例来看，按上述步骤计算后，各执行站切负荷量分别为

执行站	1	2	3	4	5	6	7	8
									要求切负荷量/MW	81	163	200	74	52	52	44	74

将此需切负荷量下发至各执行站，各执行站接收到需切负荷量后按最优组合对可能的负荷线路进行全阶排列，计算出最优匹配组合后将此时的切负荷组合结果存在于本地策略内。

执行站	1	2	3	4	5	6	7	8
									可能切负荷量/MW	82	165	197	73	55	51	44	75
可能切除110kV线路回数	3	4	5	2	2	3	3	4

所述步骤4中，运行工况判断及稳控措施执行，步骤如下：

1)检测是否有元件故障；

2)检测在线决策系统通道是否正常和功能是否投入，正常投入则执行在线决策控制措施，不正常或退出在线功能则执行离线决策备用控制措施；

3)判定故障元件和故障类型；

4)执行对应的控制策略，切除相应的负荷。

结合实施例来看，某受端电网的500kV主变或500kV联络线路实际发生N-2故障，需切负荷总量ΔP为740MW，在线决策功能投入且通信通道传输正常，则执行最近一次实时采样后新形成的稳控策略，相应的执行步骤3中最新形成的切负荷方案：

切除公用执行站1共3回110kV负荷线路，实际切除负荷82MW；

切除公用执行站2共4回110kV负荷线路，实际切除负荷165MW；

切除公用执行站3共5回110kV负荷线路，实际切除负荷197MW；

切除公用执行站4共2回110kV负荷线路，实际切除负荷73MW；

切除公用执行站5共2回110kV负荷线路，实际切除负荷55MW；

切除公用执行站6共3回110kV负荷线路，实际切除负荷51MW；

切除公用执行站7共3回110kV负荷线路，实际切除负荷44MW；

切除公用执行站8共4回110kV负荷线路，实际切除负荷75MW；

整个系统最终实际切除负荷共742MW，略有过切，满足控制要求。

以上所述仅为本发明的一个实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于WAMS的受端电网稳控切负荷方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：根据预想事故在线计算需切负荷总量；

步骤2：采用潮流跟踪算法计算各节点切负荷系数；

步骤3：各节点切负荷量计算并下发策略；

步骤4：运行工况判断及稳控措施执行；

其中：所述步骤1中根据预想事故在线计算需切负荷总量，步骤如下：

1)受端安全稳定控制系统从WAMS主站获取系统实时信息；

2)对受端网络及线损进行等效处理，线路中间插入一个虚节点m，从而将线路分为两段，两段上的潮流和方向分别取原来线路首末段的潮流和方向；把线路损耗作为虚拟负荷处理，相当于断面潮流既供应负荷也承担网损；

3)根据预想事故对所有需要的断面在线计算需切负荷总量；设P_ij,lim为支路j-i的极限传输功率，则受端电网切负荷总量ΔP可由下式得到

式中，K为切除裕度，一般K≈1，当K<1时为欠切，K>1时为过切，具体取值可根据断面控制目标和下游负荷情况选择；

所述步骤2中采用潮流跟踪算法计算各节点切负荷系数，步骤如下：

1)根据潮流跟踪算法计算支路流入功率对各负荷及网损的贡献；支路j-i上的功率为节点j流向节点i，设|P_ij|为该支路流入节点i的功率，它对下游系统的总功率贡献可表示为：

式中，P＝[P₁ P₂...P_n]^T是节点流过功率列向量；P_L＝[P_L1 P_L2...P_Ln]^T是节点负荷功率列向量；P_d,loss＝[P_d1,loss P_d2,loss...P_dn,loss]^T是节点下游网损列向量；A_d∈R^n×n是节点下游分布矩阵；e_i∈Rⁿ是第i个元素为1，其余元素为0的单位列向量；

由此，|P_ij|为对下游节点k上的负荷的功率贡献为

该支路承担的下游电网网损为

2)支路j-i故障退出后负荷节点k的切负荷系数计算；假设受端电网与系统连接的节点i相关的支路j因故障而切除，则对于支路j-i下游的所有负荷节点k都将发生功率的变化，即

D_i为故障支路j-i下游的所有负荷节点k的集合，节点k是直接与节点i相连并且有功功率是从节点i流过来的节点；定义在故障后的一段时间内使下式成立的的节点集合为C_i，则

这表明支路j-i故障，将对受端电网C_i节点集合中的负荷减少供电；

由此，定义针对支路j-i故障退出后负荷节点k的切负荷系数λ_ij,Lk

式中，A为故障支路j-i的集合；根据故障的发展过程，积分下限t₀可选为故障前的最近一个稳态采样时刻；稳控切负荷装置通常在监测到受端频率减低或某元件过载时启动计时，在经过一定的延时后出口切除负荷，因此积分上限t₁可选为稳控切负荷装置启动前的最近一个稳态采样时刻；

所述步骤3中各节点切负荷量计算并下发策略，步骤如下：

1)支路j-i故障时节点k所需切除的负荷量为

P_cut,k＝λ_ij,LkΔP

2)形成节点k需切负荷量控制策略并下发至该节点对应的执行站；

3)节点k下游所带负荷按最优组合排列匹配该节点需切负荷量；

所述步骤4中运行工况判断及稳控措施执行，步骤如下：

1)检测是否有元件故障；

2)检测在线决策系统通道是否正常和功能是否投入，正常投入则执行在线决策控制措施，不正常或退出在线功能则执行离线决策备用控制措施；

3)判定故障元件和故障类型；

4)执行对应的控制策略，切除相应的负荷。

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