CN108847660A - 基于安控系统离线策略在线校核的预防控制优化决策方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于安控系统离线策略在线校核的预防控制优化决策方法，首先根据安控系统实时状态及离线策略模型参数识别其防御的各个故障的当值策略，然后，针对电网实时状态进行各个故障当值策略的安全校核，将暂态或动态或静态安全稳定裕度不足的故障作为风险故障，再针对电网实时状态，以预防控制代价和计及故障概率的紧急控制代价之和最小为目标函数，计算出满足所有风险故障下电网安全稳定要求的预防控制优化决策，并针对预防控制优化决策进行安控系统防御的其它故障的安全校核，通过迭代，直至预防控制优化决策下安控系统防御的所有故障都满足故障后电网安全稳定运行要求，避免了离线策略控制量不足或失配的电网安全风险。

Description

基于安控系统离线策略在线校核的预防控制优化决策方法
技术领域
本发明涉及电网调度运行与控制技术领域，具体涉及一种基于安控系统离线策略在线校核的预防控制优化决策方法。
背景技术
《电力系统安全稳定导则》根据故障的严重程度定义了电力系统运行与控制的三级安全稳定标准，其中，第二级安全稳定标准要求在电网正常运行方式下发生第二级安全稳定标准所列的较严重故障后，在保护、开关及重合闸正确动作条件下，应能保持稳定运行，必要时允许采取切机和切负荷等稳定控制措施。本发明所述安控系统就是为了满足第二级安全稳定标准要求而设置的。
由于负荷、发电和网架结构等在时间和空间上存在不确定性，电网的未来运行状态复杂多变，无法通过穷尽式组合的方式针对所有可能出现的电网运行状态进行安全稳定分析。通常由电网运行方式人员凭电网分析经验设定若干个典型的电网运行方式，通过对典型的电网运行方式进行安全稳定计算分析，总结提炼出安控系统的控制策略。尽管离线策略是基于保守原则制定，但是由于影响电网安全稳定的因素众多，电网安全稳定特性复杂，仅依靠离线策略防御第二级安全稳定标准要求的故障仍然存在电网安全风险。
随着跨区输电规模持续增大，电网安全稳定特性更加复杂，电网一体化、多类安全问题交织特征凸显，安控系统离线策略失配的电网安全风险越来越大。为了消除安控系统离线策略的失配风险，可以通过针对电网实际运行状态在线校核安控系统离线策略的适应性，在离线策略不能保障电网安全稳定的情况下及时将电网运行状态优化调整到新的运行状态，确保在新的运行状态下安控系统防御的预想故障发生后实施离线策略就能够保证电网的安全稳定性。本发明就是为了消除安控系统离线策略的失配风险而设计的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种基于安控系统离线策略在线校核的预防控制优化决策方法，解决现有技术中离线策略控制量不足或失配的电网安全风险。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于安控系统离线策略在线校核的预防控制优化决策方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤S1，设电网当前运行时刻为t0，获取当前时刻的电网运行状态S0、安控系统运行状态C0和防御的故障集F0，根据S0将t0时刻电网中可用于预防控制的措施及其控制量可调空间的集合记为X，将t0时刻预防控制优化决策措施及其控制量的集合记为A，并将A的初值置为空集；
步骤S2，根据t0时刻安控系统离线策略的模型和参数、C0以及安控系统采集的监控设备在t0时刻的投/停状态和潮流实时信息，识别电网运行状态S0下F0中各个故障的当值策略；
步骤S3，针对电网运行状态S0，分别进行F0中各个故障当值策略的安全稳定校核，将其中安全稳定裕度不满足电网安全稳定运行要求的故障作为风险故障，将风险故障组成的集合记为F1；
步骤S4，若风险故障集F1非空，则针对电网运行状态S0，以预防控制代价与计及故障概率的紧急控制代价之和最小为目标函数，计及基于S0、A中所有预防控制措施实施后电网预想运行状态下F0中各个故障的当值策略，通过优化计算出X内满足F1中各个故障的当值策略下电网安全稳定裕度要求以及电网预想运行状态下线路/变压器过载安全约束、母线电压安全约束、输电断面稳定限额约束、电网频率安全约束和电网运行备用约束要求的A；
若风险故障集F1为空，则进入步骤S9；
步骤S5，通过潮流计算基于S0生成A中所有预防控制措施实施后的电网预想运行状态，记为S1，将迭代计算过程中预防控制优化决策措施及其控制量增量的集合记为ΔA，并将ΔA的初值置为空集；
步骤S6，根据t0时刻安控系统离线策略的模型和参数、C0以及安控系统所监控的设备在S1下的投/停状态和潮流信息，识别S1下F0中除F1之外各个故障的当值策略；
步骤S7，针对S1，分别进行F0中除F1之外各个故障当值策略的安全稳定校核，将其中安全稳定裕度不满足电网安全稳定运行要求的故障作为风险故障，并用于替换更新F1；
步骤S8，若F1非空，则针对S1，以预防控制代价与计及故障概率的紧急控制代价之和最小为目标函数，在保持A中已有控制措施的调整方向不变、调整量不降低的条件下，计及基于S1、ΔA中所有预防控制措施实施后电网预想运行状态下F0中各个故障的当值策略，计算出X内满足F1中各个故障的当值策略下电网安全稳定裕度要求以及电网预想运行状态下线路/变压器过载安全约束、母线电压安全约束、输电断面稳定限额约束、电网频率安全约束和电网运行备用约束要求的ΔA，并将ΔA与A合并后用于替换更新A，返回步骤S5进行迭代；
若F1为空，则进入步骤S9；
步骤S9，将A作为基于安控系统离线策略在线校核的预防控制优化决策结果。
优选的，步骤S1中，安控系统运行状态C0包括安控系统中各个安控装置的闭锁异常信号状态、总功能压板投退状态、运行方式压板投退状态、允切压板投退状态和出口压板投退状态，以及安控装置之间的通信状态。
优选的，X中可用于预防控制的措施是指待计算确定的措施，每个侯选措施的控制量可调空间是指根据候选措施的控制量t0时刻的状态，计及控制量的调节速度及控制量的上、下限值，计算出的控制量在设定的预防控制周期内的可行域。
优选的，步骤S3中，安全稳定裕度不满足电网安全稳定运行要求是指暂态安全稳定裕度、动态安全稳定裕度和静态安全稳定裕度中任一裕度小于相应的根据电网安全稳定运行规程设置的安全稳定裕度门槛值。
优选的，所述步骤S4中，A的优化计算的目标函数具体表达如公式(1) 所示；
式中，Cpre为A中所有措施的控制代价之和，n为F0中的故障数，pi为F0中第i个故障在t0时刻发生的概率，Ceme.i为基于S0、A中所有预防控制措施实施后电网预想运行状态下F0中第i个故障发生后安控系统的控制代价。
优选的，步骤S4中，电网安全稳定裕度要求是指暂态安全稳定裕度、动态安全稳定裕度和静态安全稳定裕度都不小于相应的根据电网安全稳定运行规程设置的安全稳定裕度门槛值。
优选的，步骤S7中，安全稳定裕度不满足电网安全稳定运行要求是指暂态安全稳定裕度、动态安全稳定裕度和静态安全稳定裕度中任一裕度小于相应的根据电网安全稳定运行规程设置的安全稳定裕度门槛值。
优选的，所述步骤S8中，ΔA的优化计算的目标函数具体表达如公式(2) 所示；
式中，Dpre为ΔA中所有措施的控制代价之和，n为F0中的故障数，pi为 F0中第i个故障在t0时刻发生的概率，Deme.i为基于S1、ΔA中所有预防控制措施实施后电网预想运行状态下F0中第i个故障发生后安控系统的控制代价。
优选的，步骤S8中，电网安全稳定裕度要求是指暂态安全稳定裕度、动态安全稳定裕度和静态安全稳定裕度都不小于相应的根据电网安全稳定运行规程设置的安全稳定裕度门槛值。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过根据安控系统实时状态及离线策略模型参数识别其防御的各个故障的当值策略，并针对电网实时状态分别进行各个故障当值策略的安全校核，将暂态或动态或静态安全稳定裕度不满足电网运行要求的故障作为风险故障，在线识别出安控系统离线策略失配或控制量不足的电网安全风险；通过针对电网实时状态，计及安控系统实时状态及离线策略模型参数，以预防控制代价和计及故障概率的紧急控制代价之和最小为目标函数，计算出满足所有风险故障下电网安全稳定要求的预防控制优化决策，消除风险故障下安控系统离线策略失配或控制量不足的电网安全风险；通过针对预防控制优化决策进行安控系统防御的其它故障的安全校核，识别出预防控制优化决策实施后是否会出现新的风险故障；通过迭代，直至预防控制优化决策下安控系统防御的所有故障都满足故障后电网安全稳定运行要求，在迭代过程中根据预防控制优化决策更新故障的当值策略，避免了离线策略控制量不足或失配的电网安全风险，并确保了控制的经济性。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
现有安控系统的控制策略是由电网运行方式人员针对预想的电网未来运行状态进行安全稳定计算分析制定的，由于无法精确预测电网未来运行状态，且大电网安全稳定特性复杂，无法基于有限的运行方式计算分析，通过聚类、分档、内插和外推设计出完全适应实际电网安全稳定紧急控制要求的离线策略，不可避免存在控制策略失配、控制量不足的风险。
本发明提出首先根据安控系统实时状态及离线策略模型参数识别其防御的各个故障的当值策略，然后，针对电网实时状态分别进行各个故障当值策略的安全校核，将暂态或动态或静态安全稳定裕度不满足电网运行要求的故障作为风险故障，在线识别出安控系统离线策略失配或控制量不足的电网安全风险；再针对电网实时状态，计及安控系统实时状态及离线策略模型参数，以预防控制代价和计及故障概率的紧急控制代价之和最小为目标函数，计算出满足所有风险故障下电网安全稳定要求的预防控制优化决策，消除风险故障下安控系统离线策略失配或控制量不足的电网安全风险；并针对预防控制优化决策进行安控系统防御的其它故障的安全校核，通过迭代，直至预防控制优化决策下安控系统防御的所有故障都满足故障后电网安全稳定运行要求，在迭代过程中根据预防控制优化决策更新故障的当值策略，避免了离线策略控制量不足或失配的电网安全风险，并确保了控制的经济性。
本发明的一种基于安控系统离线策略在线校核的预防控制优化决策方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S1，设电网当前运行时刻为t0，获取当前时刻的电网运行状态S0、安控系统运行状态C0和防御的故障集F0，根据S0将t0时刻电网中可用于预防控制的措施及其控制量可调空间的集合记为X，将t0时刻预防控制优化决策措施及其控制量的集合记为A，并将A的初值置为空集。
安控系统运行状态C0包括安控系统中各个安控装置的闭锁异常信号状态、总功能压板投退状态、运行方式压板投退状态、允切压板投退状态和出口压板投退状态，以及安控装置之间的通信状态。
X中可用于预防控制的措施是指待计算确定的措施(也可称为候选措施)，根据S0确定，是已知的。每个侯选措施的控制量可调空间是指根据候选措施的控制量t0时刻的状态，计及控制量的调节速度及控制量的上、下限值，计算出的控制量在设定的预防控制周期内的可行域。预防控制周期通常设置为5分钟。例如，若t0时刻发电机有功出力为P0，发电机的有功出力调节速度为v，发电机的有功出力上限为Pmax，下限为Pmin，设定的预防控制周期为T，则该发电机的有功出力可调空间上限为min(P0+vT,Pmax)，下限为max(P0-vT,Pmin)。
A是本发明最终待求的集合，且A属于X。
步骤S2，根据t0时刻安控系统离线策略的模型和参数、C0以及安控系统采集的监控设备在t0时刻的投/停状态和潮流实时信息，识别电网运行状态S0下F0中各个故障的当值策略。
安控系统离线策略的模型和参数是指安控系统中各个安控装置的策略表及定值。故障的当值策略识别属于现有技术，具体识别过程参见现有技术，此处不多赘述。
步骤S3，针对电网运行状态S0，分别进行F0中各个故障当值策略的安全稳定校核，将其中安全稳定裕度不满足电网安全稳定运行要求的故障作为风险故障，将风险故障组成的集合记为F1。
对故障当值策略进行安全稳定校核属于现有技术，具体安全稳定校核的过程参见现有技术，此处不多赘述。
此处安全稳定裕度不满足电网安全稳定运行要求是指暂态安全稳定裕度、动态安全稳定裕度和静态安全稳定裕度中任一裕度小于相应的根据电网安全稳定运行规程设置的安全稳定裕度门槛值。通常将暂态或动态安全稳定裕度门槛值设置为10％，将静态安全稳定裕度设置为5％。
步骤S4，若风险故障集F1非空，则针对电网运行状态S0，以预防控制代价与计及故障概率的紧急控制代价之和最小为目标函数，计及基于S0、A中所有预防控制措施实施后电网预想运行状态下F0中各个故障的当值策略，通过优化计算出X内满足F1中各个故障的当值策略下电网安全稳定裕度要求以及电网预想运行状态下线路/变压器过载安全约束、母线电压安全约束、输电断面稳定限额约束、电网频率安全约束和电网运行备用约束要求的A；
若风险故障集F1为空，则进入步骤S9。
所述步骤4)中A的优化计算的目标函数具体表达如公式(1)所示；
式中，Cpre为A中所有措施的控制代价之和，n为F0中的故障数，pi为F0中第i个故障在t0时刻发生的概率，Ceme.i为基于S0、A中所有预防控制措施实施后电网预想运行状态下F0中第i个故障发生后安控系统的控制代价。
此处电网安全稳定裕度要求是指暂态安全稳定裕度、动态安全稳定裕度和静态安全稳定裕度都不小于相应的根据电网安全稳定运行规程设置的安全稳定裕度门槛值。
在A的优化计算过程中，不断地根据A基于S0确定电网预想运行状态，保持t0时刻安控系统离线策略的模型参数、C0不变，以电网预想运行状态下安控系统监控设备的潮流代替其采集的实时信息，识别F0中各个故障的当值策略，并针对电网预想运行状态进行F1中各个故障的当值策略下的安全稳定校核。其中，识别F0中各个故障的当值策略是为了计算紧急控制代价，只针对进行安全稳定校核是为了提高优化决策速度。
步骤S5，通过潮流计算基于S0生成A中所有预防控制措施实施后的电网预想运行状态，记为S1，将迭代计算过程中预防控制优化决策措施及其控制量增量的集合记为ΔA，并将ΔA的初值置为空集；
通过潮流计算基于S0生成A中所有预防控制措施实施后的电网预想运行状态，具体计算过程参见现有技术，此处不多赘述。A是本发明最终待求的集合，ΔA是迭代过程中要计算的A的增量，A和ΔA都属于X。
步骤S6，根据t0时刻安控系统离线策略的模型和参数、C0以及安控系统所监控的设备在S1下的投/停状态和潮流信息，识别S1下F0中除F1之外各个故障的当值策略；
步骤S7，针对S1，分别进行F0中除F1之外各个故障当值策略的安全稳定校核，将其中安全稳定裕度不满足电网安全稳定运行要求的故障作为风险故障，并用于替换更新F1；
此处安全稳定裕度不满足电网安全稳定运行要求是指暂态安全稳定裕度、动态安全稳定裕度和静态安全稳定裕度中任一裕度小于相应的根据电网安全稳定运行规程设置的安全稳定裕度门槛值。
步骤S8，若F1非空，则针对S1，以预防控制代价与计及故障概率的紧急控制代价之和最小为目标函数，在保持A中已有控制措施的调整方向不变、调整量不降低的条件下，计及基于S1、ΔA中所有预防控制措施实施后电网预想运行状态下F0中各个故障的当值策略，计算出X内满足F1中各个故障的当值策略下电网安全稳定裕度要求以及电网预想运行状态下线路/变压器过载安全约束、母线电压安全约束、输电断面稳定限额约束、电网频率安全约束和电网运行备用约束要求的ΔA，并将ΔA与A合并后用于替换更新A，返回步骤5)进行迭代；
若F1为空，则进入步骤9)。
所述步骤8)中ΔA的优化计算的目标函数具体表达如公式(2)所示；
式中，Dpre为ΔA中所有措施的控制代价之和，n为F0中的故障数，pi为 F0中第i个故障在t0时刻发生的概率，Deme.i为基于S1、ΔA中所有预防控制措施实施后电网预想运行状态下F0中第i个故障发生后安控系统的控制代价。
此处电网安全稳定裕度要求是指暂态安全稳定裕度、动态安全稳定裕度和静态安全稳定裕度都不小于相应的根据电网安全稳定运行规程设置的安全稳定裕度门槛值。
在ΔA的优化计算过程中，不断地根据ΔA基于S1确定电网预想运行状态，保持t0时刻安控系统离线策略的模型参数、C0不变，以电网预想运行状态下安控系统监控设备的潮流代替其采集的实时信息，识别F0中各个故障的当值策略，并针对电网预想运行状态进行F1中各个故障的当值策略下的安全稳定校核。其中，识别F0中各个故障的当值策略是为了计算紧急控制代价，只针对进行安全稳定校核是为了提高优化决策速度。
步骤S9，将A作为基于安控系统离线策略在线校核的预防控制优化决策结果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.基于安控系统离线策略在线校核的预防控制优化决策方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤S1，设电网当前运行时刻为t0，获取当前时刻的电网运行状态S0、安控系统运行状态C0和防御的故障集F0，根据S0将t0时刻电网中可用于预防控制的措施及其控制量可调空间的集合记为X，将t0时刻预防控制优化决策措施及其控制量的集合记为A，并将A的初值置为空集；
步骤S2，根据t0时刻安控系统离线策略的模型和参数、C0以及安控系统采集的监控设备在t0时刻的投/停状态和潮流实时信息，识别电网运行状态S0下F0中各个故障的当值策略；
步骤S3，针对电网运行状态S0，分别进行F0中各个故障当值策略的安全稳定校核，将其中安全稳定裕度不满足电网安全稳定运行要求的故障作为风险故障，将风险故障组成的集合记为F1；
步骤S4，若风险故障集F1非空，则针对电网运行状态S0，以预防控制代价与计及故障概率的紧急控制代价之和最小为目标函数，计及基于S0、A中所有预防控制措施实施后电网预想运行状态下F0中各个故障的当值策略，通过优化计算出X内满足F1中各个故障的当值策略下电网安全稳定裕度要求以及电网预想运行状态下线路/变压器过载安全约束、母线电压安全约束、输电断面稳定限额约束、电网频率安全约束和电网运行备用约束要求的A；
若风险故障集F1为空，则进入步骤S9；
步骤S5，通过潮流计算基于S0生成A中所有预防控制措施实施后的电网预想运行状态，记为S1，将迭代计算过程中预防控制优化决策措施及其控制量增量的集合记为ΔA，并将ΔA的初值置为空集；
步骤S6，根据t0时刻安控系统离线策略的模型和参数、C0以及安控系统所监控的设备在S1下的投/停状态和潮流信息，识别S1下F0中除F1之外各个故障的当值策略；
步骤S7，针对S1，分别进行F0中除F1之外各个故障当值策略的安全稳定校核，将其中安全稳定裕度不满足电网安全稳定运行要求的故障作为风险故障，并用于替换更新F1；
步骤S8，若F1非空，则针对S1，以预防控制代价与计及故障概率的紧急控制代价之和最小为目标函数，在保持A中已有控制措施的调整方向不变、调整量不降低的条件下，计及基于S1、ΔA中所有预防控制措施实施后电网预想运行状态下F0中各个故障的当值策略，计算出X内满足F1中各个故障的当值策略下电网安全稳定裕度要求以及电网预想运行状态下线路/变压器过载安全约束、母线电压安全约束、输电断面稳定限额约束、电网频率安全约束和电网运行备用约束要求的ΔA，并将ΔA与A合并后用于替换更新A，返回步骤S5进行迭代；
若F1为空，则进入步骤S9；
步骤S9，将A作为基于安控系统离线策略在线校核的预防控制优化决策结果。
2.根据权利要求1所述的基于安控系统离线策略在线校核的预防控制优化决策方法，其特征是，步骤S1中，安控系统运行状态C0包括安控系统中各个安控装置的闭锁异常信号状态、总功能压板投退状态、运行方式压板投退状态、允切压板投退状态和出口压板投退状态，以及安控装置之间的通信状态。
3.根据权利要求1所述的基于安控系统离线策略在线校核的预防控制优化决策方法，其特征是，步骤S1中，X中可用于预防控制的措施是指待计算确定的措施，每个侯选措施的控制量可调空间是指根据候选措施的控制量t0时刻的状态，计及控制量的调节速度及控制量的上、下限值，计算出的控制量在设定的预防控制周期内的可行域。
4.根据权利要求1所述的基于安控系统离线策略在线校核的预防控制优化决策方法，其特征是，步骤S3中，安全稳定裕度不满足电网安全稳定运行要求是指暂态安全稳定裕度、动态安全稳定裕度和静态安全稳定裕度中任一裕度小于相应的根据电网安全稳定运行规程设置的安全稳定裕度门槛值。
5.根据权利要求1所述的基于安控系统离线策略在线校核的预防控制优化决策方法，其特征是，所述步骤S4中，A的优化计算的目标函数具体表达如公式(1)所示；
式中，Cpre为A中所有措施的控制代价之和，n为F0中的故障数，pi为F0中第i个故障在t0时刻发生的概率，Ceme.i为基于S0、A中所有预防控制措施实施后电网预想运行状态下F0中第i个故障发生后安控系统的控制代价。
6.根据权利要求1所述的基于安控系统离线策略在线校核的预防控制优化决策方法，其特征是，步骤S4中，电网安全稳定裕度要求是指暂态安全稳定裕度、动态安全稳定裕度和静态安全稳定裕度都不小于相应的根据电网安全稳定运行规程设置的安全稳定裕度门槛值。
7.根据权利要求1所述的基于安控系统离线策略在线校核的预防控制优化决策方法，其特征是，步骤S7中，安全稳定裕度不满足电网安全稳定运行要求是指暂态安全稳定裕度、动态安全稳定裕度和静态安全稳定裕度中任一裕度小于相应的根据电网安全稳定运行规程设置的安全稳定裕度门槛值。
8.根据权利要求1所述的基于安控系统离线策略在线校核的预防控制优化决策方法，其特征是，所述步骤S8中，ΔA的优化计算的目标函数具体表达如公式(2)所示；
式中，Dpre为ΔA中所有措施的控制代价之和，n为F0中的故障数，pi为F0中第i个故障在t0时刻发生的概率，Deme.i为基于S1、ΔA中所有预防控制措施实施后电网预想运行状态下F0中第i个故障发生后安控系统的控制代价。
9.根据权利要求1所述的基于安控系统离线策略在线校核的预防控制优化决策方法，其特征是，步骤S8中，电网安全稳定裕度要求是指暂态安全稳定裕度、动态安全稳定裕度和静态安全稳定裕度都不小于相应的根据电网安全稳定运行规程设置的安全稳定裕度门槛值。
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