CN109449931B - 结合加权潮流熵和全过程仿真的连锁故障集构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种结合加权潮流熵和全过程仿真的连锁故障集构建方法，包括如下步骤：步骤A：建立仿真数据；步骤B：计算加权潮流熵；步骤C：监测励磁电流；步骤D：判断是否越限；步骤E：计算电网中的关键支路，形成关键支路集；步骤F：计算关键支路集中任一支路断开后的潮流；步骤G：整理连锁故障序列，形成连锁故障集；步骤H：启动全过程动态仿真程序，按照步骤G形成的连锁故障集逐一进行计算，若发生连锁故障，导致电网失稳，结束仿真，若未发生连锁故障导致电网失稳，跳转至步骤D。本发明提供的结合加权潮流熵和全过程仿真的连锁故障集构建方法，可以保证故障集的覆盖范围，可以具体筛选故障形式。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，尤其是一种结合加权潮流熵和全过程仿真的连锁故障集构建方法。
背景技术
近年来，国内外发生了多起连锁故障引起的大面积停电事故，连锁故障的机理的研究逐渐成为电力系统领域内受到普遍关注的重要问题。进行电力系统连锁故障传播、发展机理方面的深入研究，对电网规划、电网运行决策以及事故处理等具有重要意义。通过对近年来诸多国内外大停电事故共性特征上分析，一回（或多回）线路故障导致的系统中大范围的潮流转移，使得并行输电通道上其他线路过载或保护误动而相继开断，一系列的连锁反应激发系统振荡并最终导致系统大面积停电甚至瓦解。例如2003年的美、加大停电就是由一条高压输电线路跳闸逐步蔓延开来的；2005年的莫斯科大停电则是从一个高压电流互感器爆炸开始的。由此可见连锁故障具有十分复杂的演变过程及发展路径，并随着电力系统规模及其复杂性、互联性的增加而加剧。研究能够反映电网实际拓扑、运行特性的连锁故障集的构建方法，对于大停电事故的预防控制技术具有重大意义。
目前，连锁故障集构建方法主要包括两大类方法：一类是基于时域仿真分析法，但其依赖人工经验设定大量故障，难以保证故障集的覆盖范围；另一类是基于复杂理论的分析，其优点是可以从宏观上把握电网发生大停电事故的风险，但无法具体筛选故障形式。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结合加权潮流熵和全过程仿真的连锁故障集构建方法，可以保证故障集的覆盖范围，可以具体筛选故障形式。
本发明提供了一种结合加权潮流熵和全过程仿真的连锁故障集构建方法，包括如下步骤：
步骤A：建立研究区域内电网典型运行方式下包含中长期动态模型的全过程仿真数据；
步骤B：计算电网典型运行方式下电网的加权潮流熵，若加权潮流熵达到或超过第一门槛值，跳转至步骤G，若加权潮流熵未达到第一门槛值，进行下一步；
步骤C：监测主力发电机的励磁电流，若励磁电流达到或超过第二门槛值，跳转至步骤G，若励磁电流未达到第二门槛值，进行下一步；
步骤D：判断线路潮流是否越限，若线路潮流越限，跳转至步骤G，若线路潮流未越限，进行下一步；
步骤E：基于耦合支路介数指标计算电网中的关键支路，形成关键支路集；
步骤F：计算关键支路集中任一支路断开后的潮流，若潮流收敛，跳转至步骤B，若潮流不收敛，进行下一步；
步骤G：整理连锁故障序列，形成连锁故障集；
步骤H：启动全过程动态仿真程序，按照步骤G形成的连锁故障集逐一进行计算，若发生连锁故障，导致电网失稳，结束仿真，若未发生连锁故障导致电网失稳，跳转至步骤D。
进一步地，所述步骤B中第一门槛值为0.5。
进一步地，所述步骤C中第二门槛值为励磁电流1.03p.u.（per unit，幺值），且持续时间超过10s。
进一步地，所述步骤E中，通过计算研究区域电网内的耦合支路介数指标，根据指标排序，形成关键故障集。
本发明提供的结合加权潮流熵和全过程仿真的连锁故障集构建方法，通过结合熵指标和全过程仿真，在大停电事故发展初期，采用加权潮流熵和发电机励磁电流信息判断电网所处状态，通过耦合支路介数指标筛选导致电网从正常状态过渡至警戒状态的可能故障形式，当判定电网接近警戒状态后，将所筛选的连锁故障通过全过程动态仿真程序并考虑线路、发电机等涉网保护元件动作特性，模拟电网至崩溃过程。该方法可以保证故障集的覆盖范围，可以具体筛选故障形式，能够有效计及前后故障之间的相互影响和连锁故障的累积效应，快速预测可能出现的后续故障，计及发电机励磁电流越限可能导致的中长期电压失稳，在保证故障集可信的基础上压缩故障时域仿真次数，并以实际电网仿真验证了方法的有效性和可行性。
附图说明
图1 是本发明连锁故障集构建方法的流程图；
图2为应用实例中的网架结构示意图；
图3为应用实例中的关键支路集。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
一种结合加权潮流熵和全过程仿真的连锁故障集构建方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤A：建立研究区域内电网典型运行方式下包含中长期动态模型的全过程仿真数据；
步骤B：计算电网典型运行方式下电网的加权潮流熵，若加权潮流熵达到或超过第一门槛值，跳转至步骤G，若加权潮流熵未达到第一门槛值，进行下一步，步骤B能够通过计算系统加权熵指标，不仅能体现线路在各负载率区间的分布情况，还能综合考虑各区间线路的负载率大小，可以有效地表征潮流变化对电网自组织临界性的影响，采用加权潮流熵指标评估电网运行方式的潮流分布有序性，分析复杂电网自组织临界状态演化规律，对于从宏观上评估电网所处运行状态；
步骤C：监测主力发电机的励磁电流，若励磁电流达到或超过第二门槛值，跳转至步骤G，若励磁电流未达到第二门槛值，进行下一步；
步骤D：判断线路潮流是否越限，若线路潮流越限，跳转至步骤G，若线路潮流未越限，进行下一步；
步骤E：基于耦合支路介数指标计算电网中的关键支路，形成关键支路集；
步骤F：计算关键支路集中任一支路断开后的潮流，若潮流收敛，跳转至步骤B，若潮流不收敛，进行下一步；
步骤G：整理连锁故障序列，形成连锁故障集；
步骤H：启动全过程动态仿真程序，按照步骤G形成的连锁故障集逐一进行计算，若发生连锁故障，导致电网失稳，结束仿真，若未发生连锁故障导致电网失稳，跳转至步骤D。步骤H能够通过全过程仿真进行指标越线系统进入警戒状态后的精细化、长时限仿真，可计及发电机过励限制、过负荷保护动态过程对故障引发潮流转移后电压恢复的影响。
本方法能够有机结合两种方法的优势，通过熵及发电机励磁电流指标对电网状态进行评估，能够迅速、客观判断电网稳定状态；通过全过程仿真进行指标越线系统进入警戒状态后的精细化、长时限仿真，可计及发电机过励限制、过负荷保护动态过程对故障引发潮流转移后电压恢复的影响；能够在保证故障集可信性的基础上压缩故障仿真数量，大幅提高连锁故障防御策略制定效率，并能够在实际电网仿真应用中能够取得良好效果；有助于深入研究大停电事故发展机理和电网故障状态评估原则，在此基础上研究应对大停电的电网应急控制策略，全面提升电网防御大停电事故能力和事故后恢复能力，减少故障负荷损失，降低停电对社会经济的影响。
本实施例的一可选实施方式中，所述步骤B中第一门槛值为0.5。
本实施例的一可选实施方式中，所述步骤C中第二门槛值为:励磁电流1.03p.u.，且持续时间超过10s。励磁电流和持续时间任意一项未达到，均为未达到第二门槛值。
本实施例的一可选实施方式中，所述步骤E中，通过计算研究区域电网内的耦合支路介数指标，根据指标排序，形成关键故障集。
为更进一步说明上述故障集构建流程的应用，以某地电网典型方式为例，其中，示例电网各线路额定功率取1980MW，对应额定电流2300A，网架结构如图2所示。
初始状态下，系统加权潮流熵为0.427，未超过设定的熵指标第一门槛值（0.5），区域电网内主力发电机励磁电流为0.81~0.99，未超过第二门槛值（1.03）。采用耦合支路介数指标方法计算当前电网中的关键支路，形成关键支路集，结果如图3所示。
选定首故障为A33-A41双回线故障。故障后加权潮流熵为0.59，启动全过程仿真，系统未崩溃。
A33-A41双回线故障后，再次计算耦合直路介数并选定后续故障为A16-A30 N-2；此时系统加权潮流熵增大至0.65；经全过程仿真分析中长期电压大幅跌落，发电机过负荷保护动作切除发电机，电压崩溃；低压解列装置动作跳开A41-A39双回，导致示例电网南部地区仅通过1回500kV线路联网，功角失稳；电网崩溃，发生大停电。
分析上述故障过程，A33-A41双回线故障后，大量潮流转移至示例区域电网由北向南通道，承载潮流转移较多的A16-A30双回线发生潮流越限。A16-A30双回线断开后，潮流进一步转移至A19-A32线路，潮流转移路线附近母线电压大幅跌落，导致相关发电机组励磁电流超过额定值，进而引起机组转子过负荷保护相继动作，进一步降低了示例电网无功电压支撑能力，最终导致电压崩溃。并且，由于低压解列装置动作，A41-A39双回线断开，导致示例电网南部地区仅通过A19-A32同主网相联，引发功角失稳。
可见，所提出方法能够快速准确判断电网宏观稳定状态，并预测后续故障形式，提出的加权潮流熵结合机组励磁电流指标能够可靠筛选出需要全过程精细仿真的故障组合，找出能够引起大规模停电事故的故障集。上述算例验证了本文所提出的加权潮流熵指标结合全过程动态仿真的大停电故障集构建技术的有效性。
本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (4)
1.一种结合加权潮流熵和全过程仿真的连锁故障集构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A：建立研究区域内电网典型运行方式下包含中长期动态模型的全过程仿真数据；
步骤B：计算电网典型运行方式下电网的加权潮流熵，若加权潮流熵达到或超过第一门槛值，跳转至步骤G，若加权潮流熵未达到第一门槛值，进行下一步；
步骤C：监测主力发电机的励磁电流，若励磁电流达到或超过第二门槛值，跳转至步骤G，若励磁电流未达到第二门槛值，进行下一步；
步骤D：判断线路潮流是否越限，若线路潮流越限，跳转至步骤G，若线路潮流未越限，进行下一步；
步骤E：基于耦合支路介数指标计算电网中的关键支路，形成关键支路集；
步骤F：计算关键支路集中任一支路断开后的潮流，若潮流收敛，跳转至步骤B，若潮流不收敛，进行下一步；
步骤G：整理连锁故障序列，形成连锁故障集；
步骤H：启动全过程动态仿真程序，按照步骤G形成的连锁故障集逐一进行计算，若发生连锁故障，导致电网失稳，结束仿真，若未发生连锁故障导致电网失稳，跳转至步骤D。
2.如权利要求1所述的结合加权潮流熵和全过程仿真的连锁故障集构建方法，其特征在于，所述步骤B中第一门槛值为0.5。
3.如权利要求1所述的结合加权潮流熵和全过程仿真的连锁故障集构建方法，其特征在于，所述步骤C中第二门槛值为:励磁电流1.03p.u.，且持续时间超过10s。
4.如权利要求1所述的结合加权潮流熵和全过程仿真的连锁故障集构建方法，其特征在于，所述步骤E中，通过计算研究区域电网内的耦合支路介数指标，根据指标排序，形成关键故障集。
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