CN108718085B - 燃煤机组连锁故障预防与控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网安全调度领域的燃煤机组连锁故障预防与控制方法，包括获取各台燃煤机组的健康度、故障维修成本和故障负荷转移成本；通过健康度计算燃煤机组故障率，并结合故障维修成本计算风险系数；以风险系数与故障负荷转移成本最低为目标建立多目标函数；通过多目标函数采用多目标粒子群算法的Pareto求取健康度阈值；当健康度大于健康度阈值时，保持燃煤机组运行状态，否则，进行负荷转移。本发明根据燃煤机组运行状态分析健康度阀值，将机组健康度与健康度阀值进行比较，及时发现机组运行状态异常或者设备异常，并实时指导电网进行调度调整，当出现故障机组，本发明给出切负荷及负荷转移方案，阻断故障的蔓延，从而提高大电网整体安全性能。

Description

燃煤机组连锁故障预防与控制方法

技术领域

本发明涉及电网安全调度领域，具体涉及一种燃煤机组连锁故障预防与控制方法

背景技术

电网连锁故障的成因比较复杂，简单来说：电网正常运行时每个元件都带有一定的初始负荷。当某一个或几个元件因故过负荷而导致故障发生时会改变潮流的平衡并引起负荷在其它节点上的重新分配，将多余的负荷转移加载到其它元件上。如果这些原来正常工作的元件不能处理多余的负荷就会引起新一次的负荷重新分配，从而引发连锁的过负荷故障，并最终导致网络的大面积瘫痪和大规模停电事故的发生。

目前，针对连锁故障传播机理方面的研究已有诸多成果，从电力系统元件物理特性的不同方面进行划分，这些研究可分为3类。第1类研究以电力系统分析理论为核心，利用确定性或概率性方法研究连锁故障的发生、发展，对连锁故障事故链的搜索尽量贴近故障发展的实际过程；第2类研究从复杂网络角度出发，将电网化为抽象的拓扑网络，研究平均路径长度、节点度、介数等拓扑参数对连锁故障发生、发展的影响，进而在结构上辨识网络的薄弱环节；第3类研究以复杂系统理论为核心，在对连锁故障的发生、发展进行模拟时更强调电网发生连锁故障的初始条件及宏观统计特征。但已有的研究均是从电力系统网络故障的角度进行分析，未考虑电力系统的源头：发电机的故障对系统造成的冲击引起的巨大影响。发电机一旦发生故障，电力系统将面临巨大的功率缺额，如何及时、合理地将由于某台发电机故障造成的缺额功率分摊到其他发电机上成为需要解决的首要问题。如果处理不当或不及时，则可能造成其他发电机的负荷分担的不合理，其他机组也面临解列的可能。一旦某台机组的故障蔓延为系统的连锁故障，整个电力系统将面临崩溃与巨额经济损失。根据现有的研究成果，在发电机连锁故障初期阻止其发展对保障电力系统广东电网安全稳定有重要的意义。

发明内容

本发明目的在提供于一种燃煤机组连锁故障预防与控制方法，以解决现有技术中存在的技术缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了一种燃煤机组连锁故障预防与控制方法，包括以下步骤：

获取各台燃煤机组的健康度、故障维修成本和故障负荷转移成本；

根据燃煤机组健康度计算燃煤机组故障率，并根据燃煤机组故障率结合故障维修成本计算风险系数；

以风险系数与故障负荷转移成本最低为目标建立多目标函数；

通过多目标函数采用多目标粒子群算法的Pareto求取健康度阈值；

当健康度大于健康度阈值时，保持燃煤机组运行状态，否则，进行负荷转移。

优选地，故障率的计算方式为：

式中，P_i为第i台机组故障的发生概率；J_i为第i台机组的健康度；e＝2.718281828为自然数；a,b为形状参数。

优选地，风险系数的计算方式为：

式中，R为机组故障造成的系统风险；G为系统中的机组总台数；P_i为第i台机组故障的发生概率；S_i为第i台机组的故障维修成本，包括机组故障成本及电网失负荷停电成本。

优选地，故障维修成本的计算方式为：

式中，

为机组i故障的维修成本，

为单位失负荷成本，ΔL_i为机组i故障的失负荷量。

优选地，故障负荷转移成本的计算方式为：

式中，C为发电厂中N台机组在总时间T内的调度费用，k为调节单位功率时的成本，P_i ^j为电厂中第i台机组在第j个控制周期内的输出功率，P_i ^j-1为电厂中第i台机组在第j-1个控制周期内的输出功率，

为第i台机组在第j个控制周期内是否参与调度，参与为1，不参与为0。

为电厂中第i台机组在第j个控制周期内的健康度，J₀为机组进行调节的健康度阈值。

优选地，多目标函数为：

优选地，负荷转移的方法为：

将健康度低于健康度阈值 的燃煤机组作为负荷待转移机组，并将正常燃煤机组按健康度排序；

将负荷待转移机组的负荷转移至健康度最高的正常燃煤机组上，若此正常燃煤机组的负荷达到最大且负荷待转移机组的负荷未全部转移时，将负荷待转移机组的负荷转移至健康度次高的正常燃煤机组上，直至负荷待转移机组的负荷全部转移完成。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明根据燃煤机组运行状态分析健康度阈值 ，将机组健康度与健康度阈值进行比较，及时发现机组运行状态异常或者设备异常，并实时指导电网进行调度调整，从而提高大电网整体安全性能，有效减少机组跳闸给电网带来的经济损失，填补实时安全可靠调度的空白。实现燃煤发电机组的运行安全健康状态的在线评价。

3、在机组健康度小于健康度阈值 时，对该机组负荷进行转移时，充分考虑其余机组健康状态，按其余机组健康状态确定调度优先级。有效避免机群中健康状态不佳的机组承担过多负荷，提高系统安全性。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的燃煤机组连锁故障预防与控制方法流程图；

图2是本发明优选实施例的故障率与健康度拟合曲线示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

为实现上述目的，参见图1，本发明提供了一种燃煤机组连锁故障预防与控制方法，包括以下步骤：

获取各台燃煤机组的健康度、故障维修成本和故障负荷转移成本。

机组从良好状态到故障状态存在一个过程，此过程中机组运行于一种亚健康运行模式。健康度可以用来评价这个过程。当机组健康度为1时，认为机组中的元件完好，近似此时的机组故障率为0。当机组健康度为0.65时，认为机组中有元件严重劣化，此时机组需停机检修，近似此时的机组故障率为1。故障维修成本为机组故障后维修的成本。机组发生故障后需要将的负荷进行转移，转移负荷所需的成本即为故障负荷转移成本。

根据燃煤机组健康度计算燃煤机组故障率，并根据燃煤机组故障率结合故障维修成本计算风险系数。

机组健康度可以用来评价机组的故障率，当机组健康度较高时，机组的故障率较低；当机组中有元件发生劣化，机组的故障率会随之升高，且机组的健康度越小，机组劣化度越大，故障率的上升速率会增加的越快。因此可以用指数函数来拟合机组故障率与机组健康度之间的关系。机组故障率和故障维修成本可以用来评价风险系数。

以风险系数与负荷转移成本最低为目标建立多目标函数。

以机组健康度阈值为控制变量，以风险系数最低，负荷转移最低为目标函数建立多目标优化模型。

通过多目标函数采用多目标粒子群算法的Pareto求取健康度阈值。

当健康度大于健康度阈值时，保持燃煤机组运行状态，否则，进行负荷转移。

求取到的健康度阈值 是衡量机组是否需要进行负荷转移的依据。此值定的较大，机组会面临频繁调度，成本较高；如果此值定的较小，机组不能觉察存在的监控隐患，系统风险会较大。因此通过本发明求取的最优健康度阈值 进行调度，从而使得系统风险和调度成本最小。

优选地，故障率的计算方式为：

式中，P_i为第i台机组故障的发生概率；J_i为第i台机组的健康度；e＝2.718281828为自然数；a,b为形状参数。

当机组健康度低于0.65时，机组中有元件严重劣化，此时机组需停机检修，因此可近似设此时的机组故障率为1；当机组健康度为1时，此时机组中的元件完好，可近似设此时的机组故障率为0。带入数据可求得a＝372759.37，b＝-19.736。机组故障率与健康度的拟合曲线如图2所示。

优选地，风险系数的计算方式为：

式中，R为机组故障造成的系统风险；G为系统中的机组总台数；P_i为第i台机组故障的发生概率；S_i为第i台机组的故障维修成本，包括机组故障成本及电网失负荷停电成本。

优选地，故障维修成本的计算方式为：

式中，

为机组i故障的维修成本，

为单位失负荷成本，ΔL_i为机组i故障的失负荷量。

优选地，故障负荷转移成本的计算方式为：

式中，C为发电厂中N台机组在总时间T内的调度费用，k为调节单位功率时的成本，P_i ^j为电厂中第i台机组在第j个控制周期内的输出功率，P_i ^j-1为电厂中第i台机组在第j-1个控制周期内的输出功率，

为第i台机组在第j个控制周期内是否参与调度，参与为1，不参与为0。

为电厂中第i台机组在第j个控制周期内的健康度，J₀为机组进行调节的健康度裕度。

优选地，多目标函数为：

优选地，负荷转移的方法为：

将健康度低于健康度阈值 的燃煤机组作为负荷待转移机组，并将正常燃煤机组按健康度排序；

将负荷待转移机组的负荷转移至健康度最高的正常燃煤机组上，若此正常燃煤机组的负荷达到最大且负荷待转移机组的负荷未全部转移时，将负荷待转移机组的负荷转移至健康度次高的正常燃煤机组上，直至负荷待转移机组的负荷全部转移完成。

采用预防控制的策略，及时发现健康度不佳的机组，将其所带负荷根据其他机组的健康度与出力上限及时进行转移；并对健康度不佳的机组进行检测与维修，再投入运行，防止其故障造成对系统以及其它发电机组的冲击与影响。而当系统中有发电机组突然发生故障时，为避免系统及其它发电机组受到影响，造成连锁故障，需对故障进行阻断控制。将故障机组所带负荷及时、合理地分摊到其余健康度良好的机组上，以防止故障的蔓延。

一旦某台发电机发生突发故障，系统将发生巨大的功率缺口。此时，如果不能及时采取切负荷策略，并将负荷合理分配到各台发电机，其他发电机将可能由于过载而崩溃，进而引发连锁故障。但进行分配时需充分考虑此时机组其他机组的健康状况。否则，若将负荷分摊到其他健康状态不佳的机组将可能触发更严重的后果。

计算故障后出故障机组外其余机组的带负载能力：

式中，P_G为机群在时间t的带负载能力，

表示机群中机组i在时间段t的带负载能力， N为机群内的机组数目。

计算系统此时的负荷数：

式中，

为时间t时该电厂需要承担的总负荷，

分别为负荷中的一类负荷，二类负荷，三类负荷。

表1负荷切除情景表

根据计算出的机组带负荷能力与负荷需求情况，根据表1，迅速决定切负荷数量与区域，将此部分负荷切除，并根据机组健康度由高到低 的顺序，将故障机组的负荷按顺序转移至其他正常运行机组。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.燃煤机组连锁故障预防与控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取各台燃煤机组的健康度、故障维修成本和故障负荷转移成本；

所述故障负荷转移成本的计算方式为：

式中，C为发电厂中N台机组在总时间T内的调度费用，k为调节单位功率时的成本，P_i ^j为电厂中第i台机组在第j个控制周期内的输出功率，P_i ^j-1为电厂中第i台机组在第j-1个控制周期内的输出功率，

为第i台机组在第j个控制周期内是否参与调度，参与为1，不参与为0；

为电厂中第i台机组在第j个控制周期内的健康度，J₀为机组进行调节的健康度阈值；

根据燃煤机组健康度计算燃煤机组故障率，并根据燃煤机组故障率结合故障维修成本计算风险系数；

所述风险系数的计算方式为：

式中，R为风险系数，G为系统中的机组总台数；P_i为第i台机组故障的发生概率；S_i为第i台机组的故障维修成本，包括机组故障成本及电网失负荷停电成本；

以风险系数与故障负荷转移成本最低为目标建立多目标函数；

所述多目标函数为：

对所述多目标函数采用多目标粒子群算法的Pareto求取健康度阈值；

当燃煤机组健康度大于健康度阈值时，保持燃煤机组运行状态，否则，进行燃煤机组负荷转移。

2.根据权利要求1所述的燃煤机组连锁故障预防与控制方法，其特征在于，所述故障率的计算方式为：

式中，P_i为第i台机组故障的发生概率；J_i为第i台机组的健康度；e＝2.718281828为自然数；a,b为形状参数。

3.根据权利要求2所述的燃煤机组连锁故障预防与控制方法，其特征在于，所述故障维修成本的计算方式为：

式中，

为机组i故障的维修成本，

为单位失负荷成本，ΔL_i为机组i故障的失负荷量。

4.根据权利要求3所述的燃煤机组连锁故障预防与控制方法，其特征在于，所述负荷转移的方法为：

将健康度低于健康度阈值的燃煤机组作为负荷待转移机组，并将正常燃煤机组按健康度排序；

将负荷待转移机组的负荷转移至健康度最高的正常燃煤机组上，若此正常燃煤机组的负荷达到最大且负荷待转移机组的负荷未全部转移时，将负荷待转移机组的负荷转移至健康度次高的正常燃煤机组上，直至负荷待转移机组的负荷全部转移完成。

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