CN109256776A - 一种电网频率潮流越限联合调整辅助决策方法及装置 - Google Patents

一种电网频率潮流越限联合调整辅助决策方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电网频率潮流越限联合调整辅助决策方法及装置，包括：计算发生故障后受端的电网频率和潮流；在所述故障后受端的电网频率超过频率限额时，根据预先获取到的电力系统发生故障前的电网运行数据消除频率越限，并重新计算潮流；在所述潮流超过潮流限额时，根据预先获取到的电力系统发生故障前的电网运行数据消除潮流越限。本发明提供的技术方案增加了频率越限辅助决策手段，实现了频率、潮流越限的联合调整，对于提高调度人员处置特高压直流故障能力具有重要意义。

Description

一种电网频率潮流越限联合调整辅助决策方法及装置
技术领域
本发明属于电力系统自动化领域，具体涉及一种电网频率潮流越限联合调整辅助决策方法及装置。
背景技术
目前，特高压交直流输电工程将集中投产，远距离输电能力显著增长，电网格局发生重大改变，与此同时，受沿线自然地质灾害、输电设备可靠性等因素影响，出现特高压直流闭锁、特高压交流线路N-2故障等可能导致电网大规模功率缺失故障的概率也在不断增大。
此类故障一旦发生，对送受端电网冲击极大，出现频率、潮流、电压越限甚至发生大面积停电事件的运行风险仍无法消除，实时调控运行面临严峻挑战。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种电网频率潮流越限联合调整辅助决策方法及装置。
一种电网频率潮流越限联合调整辅助决策方法，包括：
计算发生故障后受端的电网频率和潮流；
在所述故障后受端的电网频率超过频率限额时，根据预先获取到的电力系统发生故障前的电网运行数据消除频率越限，并重新计算潮流；
在所述潮流超过潮流限额时，根据预先获取到的电力系统发生故障前的电网运行数据消除潮流越限。
进一步的，所述故障后受端的电网频率根据下式计算得到：
f(i+1)＝f(i)+Δf(i)
其中，f(i)为t＝i时刻的受端电网频率；Δf(i)为t＝i时刻的频率变化量；i时刻为故障发生后至系统完成调整前的任意时刻，i为大于0的整数；
t＝i时刻的频率变化量Δf(i)如下式所示：
其中，Δf(i-1)为t＝i-1时刻的频率变化量。
进一步的，所述消除频率越限包括：
计算恢复故障前频率电网需要增加的有功功率；
计算切除在抽水的抽蓄机组后的不平衡功率；
切除在抽水的抽蓄机组后，剩余有功功率采用直流机组与常规机组联合分摊方式，以最小网损为最优目标，消除频率越限。
进一步的，所述恢复故障前频率电网需要增加的有功功率ΔP如下式所示：
其中，Δf为故障前至故障发生时刻的频率变化量；KL为负荷频率特性；Fbefore为故障前电网频率；f(0)为t＝0的时刻即故障时刻的系统频率；KL*为预设的单位负荷频率响应系数；PL(0)为电网总负荷；fN为预设的频率参考值。
进一步的，所述切除在抽水的抽蓄机组后的不平衡功率ΔP(0)′如下式所示：
ΔP(0)＝PG(0)-PL(0)-PLOSS
其中，Ppumpi为第i台抽蓄机组抽水功率；ΔP(0)为故障t＝0时刻的不平衡功率；n为网内抽蓄机组台数；PG(0)为电网总出力；PL(0)为电网总负荷；PLOSS为电网总网损。
进一步的，所述消除频率越限的目标函数如下式所示：
min(|PLoss|)
常规机组出力约束：
Pgi,down≤Pgi+ΔPgi≤Pgi,up
直流出力约束：
Pdccnvi,down≤Pdccnvi+ΔPdccnvi≤Pdccnvi,up*Pfactor
其中，PLoss为电网总网损；Pgi,down为机组出力下限；Pgi为机组当前出力；Pgi,up为机组出力上限；ΔPgi为机组变化出力；Pdccnvi,down为直流功率下限；Pdccnvi为直流当前功率；ΔPdccnvi为直流变化功率；Pdccnvi,up为直流额定功率；Pfactor为直流功率转代系数。
进一步的，所述消除潮流越限包括：以最小机组和负荷出力调整为最优目标，消除潮流越限，目标函数如下式所示：
其中，ΔPgi为第i台机组出力调整变化量；ΔPli为第i个负荷出力调整变化量；Ng为发电机总数；Nl为负荷总数。
进一步的，所述目标函数的约束条件包括：
功率平衡约束：
断面传输功率约束：
常规机组出力约束：
Pgi,down≤Pgi+ΔPgi≤Pgi,up
负荷出力约束：
Pli,down≤Pli+ΔPli
其中，Pk为断面k传输有功；Sik,g为断面k有功变化量对机组i的有功变化量灵敏度；Sik,l为断面k有功变化量对负荷i的有功变化量灵敏度；Pk,max为断面k有功限值；Pgi,down为机组出力下限；Pgi为机组当前出力；Pgi,up为机组出力上限；Pli,down为负荷下限，Pli为负荷当前有功。
一种电网频率潮流越限联合调整辅助决策装置，所述装置包括：
计算模块，用于计算故障后受端的电网频率和潮流；
第一执行模块，用于在所述故障后受端的电网频率超过频率限额时，根据预先获取到的电力系统发生故障前的电网运行数据消除频率越限，并重新计算潮流；
第二执行模块，用于在所述潮流超过潮流限额时，根据预先获取到的电力系统发生故障前的电网运行数据消除潮流越限。
进一步的，所述第一执行模块包括：
第一计算单元，用于在电网频率超过频率限额时计算恢复故障前频率电网需要增加的有功功率；
第二计算单元，用于计算切除在抽水的抽蓄机组后的不平衡功率；
消除频率越限单元，用于切除在抽水的抽蓄机组后，剩余有功功率采用直流机组与常规机组联合分摊方式，以最小网损为最优目标，消除频率越限；
第三计算单元，用于重新计算潮流。
进一步的，所述第二执行模块用于在所述潮流超过潮流限额时，以最小机组和负荷出力调整为最优目标，消除潮流越限。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的技术方案增加了频率越限辅助决策手段，丰富了电力系统越限辅助决策调整手段，实现了频率、潮流越限的联合调整，为调度人员进行故障处置提供了更加可靠的技术手段，提高了传统电力系统辅助决策功能的实用性。
附图说明
图1为本发明流程图；
图2为本发明实施例附图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明根据电力系统分析的生产需求，提出了一种考虑动态潮流的电力系统直流故障后电网频率潮流越限联合调整辅助决策方法，对电力系统一次频率调整的计算越限结果进行辅助决策分析，丰富了越限调整辅助决策手段，提高了传统电力系统辅助决策功能的实用性。
下面进行详细说明。
本发明提出了一种电网频率潮流越限联合调整辅助决策方法，可以包括：
获取电力系统实时运行数据信息；
利用动态潮流算法计算直流故障后电网频率、潮流分布情况；
根据潮流计算结果、潮流限额、频率限额判定故障后是否存在频率、潮流越限；
利用直流、抽蓄、常规机组组合手段增加出力消除频率越限；
重新计算潮流判断是否存在潮流越限；
基于灵敏度方法给出常规机组、负荷调整策略消除潮流越限；
最后实现故障后电网频率、潮流无越限。
本发明改善了电力系统传统潮流计算辅助决策未考虑频率越限的不足，丰富了电力系统越限辅助决策调整手段，为调度人员进行故障处置提供了更加可靠的技术手段。
本发明方法针对电网发生大功率缺失故障后，利用动态潮流算法计算故障后电网频率、潮流结果，根据潮流计算结果、潮流限额、频率限额判定故障后是否存在频率、潮流越限；利用直流、抽蓄、常规机组等组合手段增加出力消除频率越限；重新计算潮流判断是否存在潮流越限；基于灵敏度方法给出常规机组、负荷调整策略消除潮流越限；最后实现故障后电网频率、潮流无越限。该方法有效提高了传统电力系统辅助决策功能的。
本发明提出的方法具体包括以下几个步骤(如图2所示)：
1)获取电力系统发生故障前的电网运行数据信息；
2)利用动态潮流算法计算故障后电网频率及潮流；
3)根据潮流限额、频率限额判断是否存在频率越限、潮流越限；
4)利用直流、抽蓄、常规机组组合手段增加出力消除频率越限；
5)重新计算潮流判断是否存在潮流越限；
6)基于灵敏度方法给出常规机组、负荷调整策略消除潮流越限；
7)重新计算潮流，输出频率、潮流结果。
步骤(1)中的获取电力系统发生故障前的电网运行数据信息，包括：故障前送、受端电网机组总出力、总负荷、网损、潮流限额、频率限额及功率缺额，联络线传送功率求取受端电网不平衡功率。
电力系统发生故障后，因电网突然发生大功率缺失故障，在故障t＝0时刻的不平衡功率△P(0)：
ΔP(0)＝PG(0)-PL(0)-PLoss
其中，PG(0)为电网总出力，PL(0)为电网总负荷，PLoss为电网总网损。
步骤(2)中，利用动态潮流算法计算故障后电网频率f(i+1)和主要断面潮流。
t＝0时的频率变化量Δf(0)＝f(N)-f(0)，其中，f(N)＝50HZ；f(0)为t＝0的时刻即故障时刻的系统频率；利用迭代公式如下：
由上式计算出t＝i时刻的频率变化量Δf(i)，Δf(i-1)为t＝i-1时刻的频率变化量；
根据下式计算受端系统动态一次调频频率：
f(i+1)＝f(i)+Δf(i)
其中，f(i+1)为t＝i+1时的受端系统动态一次调频频率；f(i)为t＝i时的受端系统动态一次调频频率。
步骤(3)中，根据频率限额判断故障后是否存在频率越限，如实际电网频率超过允许最低值(可根据实际电网设定)则认为频率越限；消除频率越限后，根据潮流限额判断故障后是否存在潮流越限，如果断面实际潮流超过潮流限额则判定潮流越限。
步骤(4)中，对于频率越限，考虑负荷频率特性，将频率越限问题转化为功率缺额问题，转化公式为：
其中，Fbefore为故障前电网频率，f(0)为t＝0的时刻即故障时刻的系统频率；Δf为频率变化量，KL*为单位负荷频率响应系数，一般取1.5，KL为负荷频率特性，fN为频率参考值，取50Hz，ΔP为恢复故障前频率电网需要增加的有功功率。
故障后通过抽蓄、常规机组来补充需要增加的有功功率，如果故障后有抽蓄机组在抽水则切除该机组，切除抽蓄机组后电网不平衡功率ΔP′(0)变为：
其中，Ppumpi为第i台抽蓄机组抽水功率，n为网内抽蓄机组台数。
剩余有功功率采用直流与常规机组联合分摊方式，以最小网损为最优目标，消除频率越限，目标函数为：
min(|PLoss|)
机组出力约束：
Pgi,down≤Pgi+ΔPgi≤Pgi,up
直流出力约束：
Pdccnvi,down≤Pdccnvi+ΔPdccnvi≤Pdccnvi,up*Pfactor
其中，Pgi,down为机组出力下限；Pgi为机组当前出力；Pgi,up为机组出力上限；ΔPgi为机组变化出力；Pdccnvi,down为直流功率下限；Pdccnvi为直流当前功率；ΔPdccnvi为直流变化功率；Pdccnvi,up为直流额定功率；Pfactor为直流功率转代系数；
根据机组出力约束得到机组的网损，根据直流出力约束得到直流的网损，结合机组网损和直流网损得到网损的最优目标。
步骤(5)中，重新计算潮流，判断电网是否存在潮流越限。
步骤(6)中，如果存在潮流越限情况，以最小机组和负荷出力调整为最优目标，消除潮流越限。目标函数为：
其中，ΔPgi为第i台机组出力调整，ΔPli为第i个负荷出力调整。
约束条件包括：
功率平衡约束：
断面传输功率约束：
机组出力约束：
Pgi,down≤Pgi+ΔPgi≤Pgi,up
负荷出力约束：
Pli,down≤Pli+ΔPli
其中，Pk为断面(线路)k传输有功；Sik,g为断面(线路)k有功变化量对机组i的有功变化量灵敏度；Sik,l为断面(线路)k有功变化量对负荷i的有功变化量灵敏度；Pk,max为断面(线路)k有功限值；Pgi,down为机组出力下限；Pgi为机组当前出力；Pgi,up为机组出力上限；Pli,down为负荷下限，Pli为负荷当前有功。
步骤(7)中，得到基于动态潮流结果的频率、潮流越限联合调整辅助策略，包括抽蓄调整信息、直流调整信息、抽蓄调整信息及负荷调整信息等。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (11)

1.一种电网频率潮流越限联合调整辅助决策方法，其特征在于，包括：
计算发生故障后受端的电网频率和潮流；
在所述故障后受端的电网频率超过频率限额时，根据预先获取到的电力系统发生故障前的电网运行数据消除频率越限，并重新计算潮流；
在所述潮流超过潮流限额时，根据预先获取到的电力系统发生故障前的电网运行数据消除潮流越限。
2.如权利要求1所述的一种电网频率潮流越限联合调整辅助决策方法，其特征在于，所述故障后受端的电网频率根据下式计算得到：
f(i+1)＝f(i)+Δf(i)
其中，f(i)为t＝i时刻的受端电网频率；Δf(i)为t＝i时刻的频率变化量；i时刻为故障发生后至系统完成调整前的任意时刻，i为大于0的整数；
t＝i时刻的频率变化量Δf(i)如下式所示：
其中，Δf(i-1)为t＝i-1时刻的频率变化量。
3.如权利要求1所述的一种电网频率潮流越限联合调整辅助决策方法，其特征在于，所述消除频率越限包括：
计算恢复故障前频率电网需要增加的有功功率；
计算切除在抽水的抽蓄机组后的不平衡功率；
切除在抽水的抽蓄机组后，剩余有功功率采用直流机组与常规机组联合分摊方式，以最小网损为最优目标，消除频率越限。
4.如权利要求3所述的一种电网频率潮流越限联合调整辅助决策方法，其特征在于，所述恢复故障前频率电网需要增加的有功功率ΔP如下式所示：
其中，Δf为故障前至故障发生时刻的频率变化量；KL为负荷频率特性；Fbefore为故障前电网频率；f(0)为t＝0的时刻即故障时刻的系统频率；KL*为预设的单位负荷频率响应系数；PL(0)为电网总负荷；fN为预设的频率参考值。
5.如权利要求3所述的一种电网频率潮流越限联合调整辅助决策方法，其特征在于，所述切除在抽水的抽蓄机组后的不平衡功率ΔP(0)′如下式所示：
ΔP(0)＝PG(0)-PL(0)-PLOSS
其中，Ppumpi为第i台抽蓄机组抽水功率；ΔP(0)为故障t＝0时刻的不平衡功率；n为网内抽蓄机组台数；PG(0)为电网总出力；PL(0)为电网总负荷；PLOSS为电网总网损。
6.如权利要求1或3所述的一种电网频率潮流越限联合调整辅助决策方法，其特征在于，所述消除频率越限的目标函数如下式所示：
min(|PLoss|)
常规机组出力约束：
Pgi,down≤Pgi+ΔPgi≤Pgi,up
直流出力约束：
Pdccnvi,down≤Pdccnvi+ΔPdccnvi≤Pdccnvi,up*Pfactor
其中，PLoss为电网总网损；Pgi,down为机组出力下限；Pgi为机组当前出力；Pgi,up为机组出力上限；ΔPgi为机组变化出力；Pdccnvi,down为直流功率下限；Pdccnvi为直流当前功率；ΔPdccnvi为直流变化功率；Pdccnvi,up为直流额定功率；Pfactor为直流功率转代系数。
7.如权利要求1所述的一种电网频率潮流越限联合调整辅助决策方法，其特征在于，所述消除潮流越限包括：以最小机组和负荷出力调整为最优目标，消除潮流越限，目标函数如下式所示：
其中，ΔPgi为第i台机组出力调整变化量；ΔPli为第i个负荷出力调整变化量；Ng为发电机总数；Nl为负荷总数。
8.如权利要求7所述的一种电网频率潮流越限联合调整辅助决策方法，其特征在于，所述目标函数的约束条件包括：
功率平衡约束：
断面传输功率约束：
常规机组出力约束：
Pgi,down≤Pgi+ΔPgi≤Pgi,up
负荷出力约束：
Pli,down≤Pli+ΔPli
其中，Pk为断面k传输有功；Sik,g为断面k有功变化量对机组i的有功变化量灵敏度；Sik,l为断面k有功变化量对负荷i的有功变化量灵敏度；Pk,max为断面k有功限值；Pgi,down为机组出力下限；Pgi为机组当前出力；Pgi,up为机组出力上限；Pli,down为负荷下限，Pli为负荷当前有功。
9.一种电网频率潮流越限联合调整辅助决策装置，其特征在于，所述装置包括：
计算模块，用于计算故障后受端的电网频率和潮流；
第一执行模块，用于在所述故障后受端的电网频率超过频率限额时，根据预先获取到的电力系统发生故障前的电网运行数据消除频率越限，并重新计算潮流；
第二执行模块，用于在所述潮流超过潮流限额时，根据预先获取到的电力系统发生故障前的电网运行数据消除潮流越限。
10.如权利要求9所述的一种电网频率潮流越限联合调整辅助决策装置，其特征在于，所述第一执行模块包括：
第一计算单元，用于在电网频率超过频率限额时计算恢复故障前频率电网需要增加的有功功率；
第二计算单元，用于计算切除在抽水的抽蓄机组后的不平衡功率；
消除频率越限单元，用于切除在抽水的抽蓄机组后，剩余有功功率采用直流机组与常规机组联合分摊方式，以最小网损为最优目标，消除频率越限；
第三计算单元，用于重新计算潮流。
11.如权利要求9所述的一种电网频率潮流越限联合调整辅助决策装置，其特征在于，所述第二执行模块用于在所述潮流超过潮流限额时，以最小机组和负荷出力调整为最优目标，消除潮流越限。
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