CN109599859B - 一种电力系统暂态功角薄弱线路的判断方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电力系统暂态功角薄弱线路的判断方法，包括：根据两区域中线路两端母线的初始角度差和最大运行角度差，获取线路初始功率与最大功率的比值；计算不同线路发生故障时在其他线路上引起的潮流转移值，根据线路初始功率与最大功率的比值及线路发生故障时在其他线路上引起的潮流转移值，确定发生故障后，健全线路的功率与最大功率的比值，并将所述比值作为不同故障下线路的薄弱因子；根据薄弱因子确定发生故障的两区域线路中的薄弱线路。解决了自动寻找电力系统暂态功角薄弱线路的问题，节省了大量的时间和人力。

Description

一种电力系统暂态功角薄弱线路的判断方法及装置
技术领域
本申请涉及电力系统故障判断领域，具体涉及一种电力系统暂态功角薄弱线路的判断方法，以及一种电力系统暂态功角薄弱线路的判断装置。
背景技术
计算电力系统暂态功角稳定极限时，往往需要通过对所有线路的故障进行逐一仿真来实现，既无法事先得知系统输电能力受限的原因，也无法事先得知输电能力受限故障的位置所在，更无法事先确定具体的输电能力值，因此，获取电力系统暂态功角薄弱线路的判断缺乏技术指引，寻找时略显盲目，且需要耗费大量的时间和人力，无法实现自动寻找。
发明内容
本申请提供一种电力系统暂态功角薄弱线路的判断方法，解决了自动寻找电力系统暂态功角薄弱线路的问题，节省了大量的时间和人力。
本申请提供了一种电力系统暂态功角薄弱线路的判断方法，其特征在于，包括：
根据两区域中线路两端母线的初始角度差和最大运行角度差，获取线路初始功率与最大功率的比值；
计算不同线路发生故障时在其他线路上引起的潮流转移值，根据线路初始功率与最大功率的比值及线路发生故障时在其他线路上引起的潮流转移值，确定发生故障后，健全线路的功率与最大功率的比值，并将所述比值作为不同故障下线路的薄弱因子；
将所述薄弱因子作为两区域线路中薄弱线路的衡量指标，确定发生故障的两区域线路中的薄弱线路。
优选的，所述两区域线路，包括：并联线路与串联线路。
优选的，所述根据两区域中线路两端母线的初始角度差和最大运行角度差，获取线路初始功率与最大功率的比值，包括：
线路i初始时的功率与最大功率之比为
Figure BDA0001885188200000021
该比值越大，说明该线路距离最大输送功率的裕度越小，为薄弱线路；
设电压幅值均为1，假定，各线路运行在最大功率时的功角为δmax，当故障切除时间相等时，可以认为各线路最大运行功率角δmax相等；
线路i初始时的功率与最大功率之比为
Figure BDA0001885188200000022
该比值越大，说明该线路距离最大输送功率的裕度越小，为薄弱线路。
优选的，所述计算不同线路发生故障时在其他线路上引起的潮流转移值，根据线路初始功率与最大功率的比值及线路发生故障时在其他线路上引起的潮流转移值，确定发生故障后，健全线路的功率与最大功率的比值，包括：
若并联两区域线路的第k条线路发生故障时，在第i条线路上引起的潮流转移值为
Figure BDA0001885188200000023
潮流转移后，第i条线路的功率与最大功率之比为
Figure BDA0001885188200000024
其中，Yj *为第j条线路导纳标幺值，由于δmax均相等，且为常数，因此，对于线路i而言，其δ0越大，导纳值Yi越大，且第k条线路转移的功率ΔPk越大，则发生故障后，该线路的传输功率裕度越小，则说明该线路输送的功率接近稳定极限；
若串联两区域线路发生故障，设串联线路上第i段的功率转移为△Pki，潮流转移后，第i条线路的功率与最大功率之比为
Figure BDA0001885188200000031
假设电压值均为1，则有
Figure BDA0001885188200000032
由于δmax均相等，且为常数，因此，对于线路i而言，其δ0越大，Yi越大，且第k条线路转移的功率ΔPk越大，则发生故障后，该线路的传输功率裕度越小，则说明该线路输送的功率接近稳定极限。
优选的，还包括：
根据所述薄弱线路的衡量指标，监测不同状态下的薄弱线路，并判断线路的输电能力是否饱和。
优选的，根据所述薄弱线路的衡量指标，监测不同状态下的薄弱线路，并判断线路的输电能力是否饱和，包括：
若发生故障的两区域线路为并联线路，可以把公式
Figure BDA0001885188200000033
作为多线路相连的两区域电网中薄弱线路的衡量指标，定义为线路薄弱因子，该值最大的线路为相连断面的最薄弱线路，是限制该断面输电能力的关键线路；
利用该指标，可实时监测不同状态下断面的薄弱线路，并判断线路的输电能力是否饱和；
若发生故障的两区域线路为串联线路，可以把sin(δi0)+XiΔPi作为多线路相连的两区域电网中薄弱线路的衡量指标，定义为线路薄弱因子，该值最大的线路为相连断面的最薄弱线路，是限制该断面输电能力的关键线路。
本申请同时提供一种电力系统暂态功角薄弱线路的判断装置，其特征在于，包括：
比值获取单元，用于根据两区域线路中线路两端母线初始角度差和最大运行角度差，获取线路初始功率与最大功率的比值；
薄弱因子获取单元，用于计算不同线路发生故障时在其他线路上引起的潮流转移值，根据线路初始功率与最大功率的比值及线路发生故障时在其他线路上引起的潮流转移值，确定发生故障后，健全线路的功率与最大功率的比值，并将所述比值作为不同故障下线路的薄弱因子；
薄弱线路确定单元，用于将所述薄弱因子作为两区域线路中薄弱线路的衡量指标，确定考虑故障的两区域线路中的薄弱线路。
本申请提供了一种电力系统暂态功角薄弱线路的判断方法，通过判断两区域输电断面暂态功角薄弱线路的指标及考虑线路故障后对健全线路影响程度的指标，判断两区域输电断面暂态功角稳定极限的限制故障及输电能力受限的原因，对电力系统暂态功角输电能力的分析具有十分明晰的指导作用，可大大节省计算时间，节省人力。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种电力系统暂态功角薄弱线路的判断方法流程示意图；
图2是本申请实施例涉及的多线路并联的两区域电网示意图；
图3是本申请实施例涉及的多线路串联的两区域电网示意图；
图4是本申请实施例涉及的N-1故障时达输电极限前后芜三-廻峰功率示意图；
图5是本申请实施例涉及的N-2故障时达输电极限前后芜三-廻峰功率示意图；
图6是本申请实施例涉及的西北～新疆联网通道结构示意图；
图7是本申请实施例涉及的N-1故障时达输电极限前后沙洲-鱼卡功率示意图；
图8是本申请实施例涉及的N-2故障时达输电极限前后沙洲-鱼卡功率示意图。
图9是本申请实施例提供的一种电力系统暂态功角薄弱线路的判断装置示意图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
请参看图1，图1是本申请实施例提供的一种电力系统暂态功角薄弱线路的判断方法流程示意图，下面结合图1对本申请提供的方法进行详细说明。
步骤S101，根据两区域中线路两端母线的初始角度差和最大运行角度差，获取线路初始功率与最大功率的比值。
线路i初始时的功率与最大功率之比为
Figure BDA0001885188200000051
该比值越大，说明该线路距离最大输送功率的裕度越小，为薄弱线路；
设电压幅值均为1，假定，各线路运行在最大功率时的功角为δmax，当故障切除时间相等时，可以认为各线路最大运行功率角δmax相等；
线路i初始时的功率与最大功率之比为
Figure BDA0001885188200000052
该比值越大，说明该线路距离最大输送功率的裕度越小，为薄弱线路。
步骤S102，计算不同线路发生故障时在其他线路上引起的潮流转移值，根据线路初始功率与最大功率的比值及线路发生故障时在其他线路上引起的潮流转移值，确定发生故障后，健全线路的功率与最大功率的比值，并将所述比值作为不同故障下线路的薄弱因子。
所述两区域线路，包括并联线路和串联线路。下面会分别针对并联线路和串联线路对本实施例提供的方法进行详细说明。
多线路并联的两区域电网示意图如图2所示，若并联两区域线路的第k条线路发生故障时，在第i条线路上引起的潮流转移值为
Figure BDA0001885188200000053
潮流转移后，第i条线路的功率与最大功率之比为
Figure BDA0001885188200000061
其中，Yj *为第j条线路导纳标幺值，由于δmax均相等，且为常数，因此，对于线路i而言，其δ0越大，导纳值Yi越大，且第k条线路转移的功率ΔPk越大，则发生故障后，该线路的传输功率裕度越小，则说明该线路输送的功率接近稳定极限；
多线路串联的两区域电网示意图如图3所示，若串联两区域线路发生故障，设串联线路上第i段功率转移为△Pki，潮流转移后，第i条线路的功率与最大功率之比为
Figure BDA0001885188200000062
假设电压值均为1，则有
Figure BDA0001885188200000063
由于δmax均相等，且为常数，因此，对于线路i而言，其δ0越大，Yi越大，且第k条线路转移的功率ΔPk越大，则，发生故障后，该线路的传输功率裕度越小，则说明该线路输送的功率接近稳定极限。
步骤S103，所述薄弱因子作为两区域线路中薄弱线路的衡量指标，确定发生故障的两区域线路中的薄弱线路。
若发生故障的两区域线路为并联线路，可以把公式
Figure BDA0001885188200000064
作为多线路相连的两区域电网中薄弱线路的衡量指标，定义为线路薄弱因子，该值最大的线路为相连断面的最薄弱线路，是限制该断面输电能力的关键线路；
利用该指标，可实时监测不同状态下断面的薄弱线路，并判断线路的输电能力是否饱和；
若发生故障的两区域线路为串联线路，可以把sin(δi0)+XiΔPi作为多线路相连的两区域电网中薄弱线路的衡量指标，定义为线路薄弱因子，该值最大的线路为相连断面的最薄弱线路，是限制该断面输电能力的关键线路。
下面再分别对多线路并联和串联的两区域电网进行实例给证。
首先，对多线路并联的两区域电网进行实例验证，以华东区域江苏电网为例。该电网与外界有13条联络线，各线路的参数如下：
表1江苏与外省联络线路参数及初始潮流
Figure BDA0001885188200000071
N-1故障下各线路的LFF矩阵如下。
表2 N-1故障下江苏与省外联络线的LFF矩阵
Figure BDA0001885188200000072
Figure BDA0001885188200000081
矩阵元素LFFij的意义是，第j列所在线路故障后引起的第i行线路的输电能力指标，该值越大，说明距离最大输电能力越近，线路j故障后引起线路i失稳的可能性越大。
因此，从计算结果可以看出，指标最大的值位于芜三-廻峰线路所在的行，以及淮南-南京所在的列，这就说明，若考虑系统N-1故障，则系统的薄弱点在芜三-廻峰，当断面功率增加时，线路淮南-南京发生故障后，会引起芜三-廻峰线路过暂稳极限，系统达最大输电能力，也就是线路的输电能力达到饱和，N-1故障时达输电极限前后芜三-廻峰功率情况请参看图4。
同样可得，当系统发生N-2故障时各线路形成的LFF矩阵如下。
表3 N-2故障下江苏与省外联络线的LFF矩阵
Figure BDA0001885188200000082
Figure BDA0001885188200000091
从计算结果可以看出，指标最大的值位于芜三-廻峰线路所在的行，以及淮南-南京所在的列，这就说明，若考虑系统N-2故障，则系统的薄弱点在芜三-廻峰，当断面功率增加时，线路淮南-南京发生故障后，会引起芜三-廻峰线路过暂稳极限，系统达最大输电能力，也就是线路的输电能力达到饱和，N-2故障时达输电极限前后芜三-廻峰功率情况请参看图5。
实际仿真结果表明，江苏省联络断面按线路N-1故障考虑时，受限故障为淮南-南京及当涂-天目线路N-1故障，对应LFF表中是对芜三-廻峰线路影响最大的两个双回线路。表明，所提指标可以较为准确地表征薄弱线路及其他线路故障后对薄弱线路的影响。江苏省联络断面按线路N-2故障考虑时，受限故障为淮南-南京线路N-2故障，对应LFF表中是对芜三-廻峰线路影响最大的双回线路。表明，所提指标可以较为准确地表征薄弱线路及其他线路故障后对薄弱线路的影响。
接下来，对多线路串联的两区域电网进行实例验证，以西北新疆联网通道为例进行验证。西北～新疆联网通道线路图如图6所示。该通道分一通道和二通道，每个通道均是多个同塔双回线路串联。初始状态时，计算线路N-1、N-2故障后的LFF矩阵，结果如下：
表4 N-1故障下西北-新疆联网通道的LFF矩阵
Figure BDA0001885188200000101
表5 N-2故障下西北-新疆联网通道的LFF矩阵
Figure BDA0001885188200000102
Figure BDA0001885188200000111
从表中可以看出，考虑N-1故障时，指标的最大值位于酒泉-河西所在的行及酒泉-河西所在的列。即酒泉-河西线路发生N-1故障后最严重，原因在于酒泉-河西N-1故障后剩余的健全线路较为薄弱。考虑N-2故障时，指标的最大值位于沙洲-柴达木所在的行及酒泉-河西所在的列，即酒泉-河西发生N-2故障后影响最严重，主要原因在于酒泉-河西N-2故障后沙洲-柴达木线路比较薄弱。
实际仿真结果表明，该指标预测的十分准确。西北新疆联网通道按N-1考虑的最大输电能力受限故障既是酒泉-河西N-1故障，按N-2考虑的最大输电能力受限故障仍是酒泉-河西N-2故障。在发生N-1故障时达输电极限前后沙洲-鱼卡功率情况如图7所示，在发生N-2故障时达输电极限前后沙洲-鱼卡功率情况如图8所示。
本申请同时提供一种电力系统暂态功角薄弱线路的判断装置900，请参看图9，其特征在于，包括：
比值获取单元910，用于根据两区域线路中线路两端母线初始角度差和最大运行角度差，获取线路初始功率与最大功率的比值；
薄弱因子获取单元920，用于计算不同线路发生故障时在其他线路上引起的潮流转移值，根据线路初始功率与最大功率的比值及线路发生故障时在其他线路上引起的潮流转移值，确定发生故障后，健全线路的功率与最大功率的比值，并将所述比值作为不同故障下线路的薄弱因子；
薄弱线路确定单元930，用于将所述薄弱因子作为两区域线路中薄弱线路的衡量指标，确定发生故障的两区域线路中的薄弱线路。
本申请提供的方法，通过判断两区域输电断面暂态功角薄弱线路的指标及其他线路故障后对其影响程度的指标，判断两区域输电断面暂态功角稳定极限的限制故障及输电能力受限的原因，对电力系统暂态功角输电能力的分析具有十分明晰的指导作用，可大大节省计算时间，节省人力。
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，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电力系统暂态功角薄弱线路的判断方法，其特征在于，包括：
根据两区域中线路两端母线的初始角度差和最大运行角度差，获取线路初始功率与最大功率的比值，包括：线路i初始时的功率与最大功率之比为
Figure FDA0003505724680000011
式中，Pi(δi0)为线路i的初始功率，Pi(δimax)为线路i的最大功率，UiB为线路i的基准电压，Xi为线路i的电抗标幺值，δi0为线路i的初始运行角度差，δimax为线路i的最大运行角度差；
该比值越大，说明该线路距离最大输送功率的裕度越小，为薄弱线路；
设电压幅值均为1，假定，各线路运行在最大功率时的功角为δmax，当故障切除时间相等时，可以认为各线路最大运行功率角δmax相等；
线路i初始时的功率与最大功率之比为
Figure FDA0003505724680000012
该比值越大，说明该线路距离最大输送功率的裕度越小，为薄弱线路；
计算不同线路发生故障时在其他线路上引起的潮流转移值，根据线路初始功率与最大功率的比值及线路发生故障时在其他线路上引起的潮流转移值，确定发生故障后，潮流转移后健全线路的功率与最大功率的比值，并将所述比值作为不同故障下线路的薄弱因子；
将所述薄弱因子作为两区域线路中薄弱线路的衡量指标，确定发生故障的两区域线路中的薄弱线路。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两区域线路，包括：并联线路与串联线路。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算不同线路发生故障时在其他线路上引起的潮流转移值，根据线路初始功率与最大功率的比值及线路发生故障时在其他线路上引起的潮流转移值，确定发生故障后，健全线路的功率与最大功率的比值，包括：
若并联两区域线路的第k条线路发生故障时，在第i条线路上引起的潮流转移值为
Figure FDA0003505724680000021
式中，ΔPik为第k条线路发生故障时在第i条线路上引起的潮流转移值，ΔPk为第k条线路发生故障发生后的功率转移值，Yj为线路j导纳值，n为并联线路数；
潮流转移后，第i条线路的功率与最大功率之比为
Figure FDA0003505724680000022
式中，Pi(δi)为第i条线路上的有功功率，Pi(δimax)为线路i的最大功率，Pi(δi0)为线路i的初始功率，ΔPik为第k条线路发生故障时在第i条线路上引起的潮流转移值，UiB、UjB为线路i、j的基准电压,SB为系统的基准容量，ΔPk为第k条线路发生故障发生后的功率转移值，Xi为线路i的电抗标幺值，Yi、Yj为线路i、j导纳值，δi0为线路i的初始运行角度差，δimax为线路i的最大运行角度差，
Figure FDA0003505724680000023
为第j条线路导纳标幺值；
由于线路最大运行功率角δimax均相等，且为常数，因此，对于线路i而言，其δi0越大，导纳标幺值
Figure FDA0003505724680000024
越小，且第k条线路转移的功率ΔPk越大，则发生故障后，该线路的传输功率裕度越小，则说明该线路输送的功率接近稳定极限；
若串联两区域线路发生故障，设串联线路上第i段的功率转移为△Pi，潮流转移后，第i条线路的功率与最大功率之比为
Figure FDA0003505724680000025
假设电压值均为1，则有
Figure FDA0003505724680000026
由于线路最大运行功率角δimax均相等，且为常数，因此，对于线路i而言，其δi0越大，Xi越大，且第i条线路转移的功率ΔPi越大，则发生故障后，该线路的传输功率裕度越小，则说明该线路输送的功率接近稳定极限。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
根据所述薄弱线路的衡量指标，监测不同状态下的薄弱线路，并判断线路的输电能力是否饱和。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，根据所述薄弱线路的衡量指标，监测不同状态下的薄弱线路，并判断线路的输电能力是否饱和，包括：
若发生故障的两区域线路为并联线路，可以把公式
Figure FDA0003505724680000031
作为多线路相连的两区域电网中薄弱线路的衡量指标，定义为线路薄弱因子，该值最大的线路为相连断面的最薄弱线路，是限制该断面输电能力的关键线路，其中，δi0为线路i的初始运行角度差，ΔPk为第k条线路发生故障发生后的功率转移值，UiB、UjB为线路i、j的基准电压,SB为系统的基准容量，
Figure FDA0003505724680000032
为第j条线路导纳标幺值；
利用该指标，可实时监测不同状态下断面的薄弱线路，并判断线路的输电能力是否饱和；
若发生故障的两区域线路为串联线路，可以把sin(δi0)+XiΔPi作为多线路相连的两区域电网中薄弱线路的衡量指标，定义为线路薄弱因子，该值最大的线路为相连断面的最薄弱线路，是限制该断面输电能力的关键线路，式中，Xi为线路i的电抗标幺值。
6.一种电力系统暂态功角薄弱线路的判断装置，其特征在于，包括：
比值获取单元，用于根据两区域线路中线路两端母线初始角度差和最大运行角度差，获取线路初始功率与最大功率的比值，包括：线路i初始时的功率与最大功率之比为
Figure FDA0003505724680000033
式中，Pi(δi0)为线路i的初始功率，Pi(δimax)为线路i的最大功率，UiB为线路i的基准电压，Xi为线路i的电抗标幺值，δi0为线路i的初始运行角度差，δimax为线路i的最大运行角度差；
该比值越大，说明该线路距离最大输送功率的裕度越小，为薄弱线路；
设电压幅值均为1，假定，各线路运行在最大功率时的功角为δmax，当故障切除时间相等时，可以认为各线路最大运行功率角δmax相等；
线路i初始时的功率与最大功率之比为
Figure FDA0003505724680000041
该比值越大，说明该线路距离最大输送功率的裕度越小，为薄弱线路；
薄弱因子获取单元，用于计算不同线路发生故障时在其他线路上引起的潮流转移值，根据线路初始功率与最大功率的比值及线路发生故障时在其他线路上引起的潮流转移值，确定发生故障后，潮流转移后健全线路的功率与最大功率的比值，并将所述比值作为不同故障下线路的薄弱因子；
薄弱线路确定单元，用于将所述薄弱因子作为两区域线路中薄弱线路的衡量指标，确定考虑故障的两区域线路中的薄弱线路。
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基于熵修正的层次分析法的电网薄弱线路的评判与分析;刘宇彬;《中国优秀硕士学位论文全文数据库》;20160315(第3期);第1-47页 *

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