CN109829657B - 一种考虑关键节点的电网临近连锁跳闸的危险度计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种考虑关键节点的电网临近连锁跳闸的危险度计算方法，步骤一，针对电网的连锁跳闸场景，利用直流潮流法，给出电网在初始故障发生后的支路电流与节点电气控制量与扰动量之间的映射关系；步骤二，形成一个新的向量；步骤三，根据式（5）给出的数学模型，定义惩罚函数，并选择粒子群优化算法进行求解。本发明的主要优点是在严格分析的基础上，只考虑电网中影响连锁跳闸的关键节点，以此计算电网当前状态距离连锁跳闸事件发生的危险程度，可大大降低计算的时间，提高分析效率。

Description

一种考虑关键节点的电网临近连锁跳闸的危险度计算方法
技术领域
本发明涉及电气领域，尤其涉及一种考虑关键节点的电网临近连锁跳闸的危险度计算方法。
背景技术
现如今的电力系统，除了不断地采用新技术增加电力的可靠性外，通过互联将其规模扩大是一个必然的趋势，可以预计，在未来，电力系统规模还将扩大，而其运行则变得越来越复杂，在这样的背景下，一方面电网可以使能源得到更加高效合理的利用，但另一方面，电力系统的安全运行问题变得日益复杂，因为在大电网中发生的故障往往相互具有连锁效应，元件之间相互波及，一旦连锁效应放大，导致大范围的停电，其损失往往是很严重的。近年来世界范围内的一些大停电事故已经很深刻地说明了这一点，所以，近年来，电网的连锁跳闸问题或与之有关的连锁故障问题受到了许多电力工作者的关注。
目前，对电网连锁跳闸的分析和处理技术主要可以分为两大类，其中第一大类是将连锁跳闸置于长过程的连锁故障过程中，分析和处理整个连锁故障过程的相关问题；另一类是针对初始故障发生后的局部时段分析和研究连锁跳闸以及相关的预防措施。
(1)针对连锁故障长过程的分析方法和技术
长过程的连锁故障模型，包括连锁故障的发生机理，电网结构对连锁故障的影响以及长过程连锁故障的模拟。其中研究和分析研究故障的发生机理，主要是运用自组织临界理论来解释[1-6]，目前，一些研究工作者正在开展将此理论用于指导实际的连锁故障分析的研究中，如文献[7]给出了通过连锁故障的搜索判别系统进入自组织临界态的算法，文献[8]]给出了运用自组织临界理论判别系统可能的停电规模的方法。这些研究和技术对于连锁故障场景中的任何一级故障一般都按照连锁跳闸的模式进行分析，一般不涉及连锁故障中的复杂动态现象。
研究和分析电网结构对连锁故障的影响，目前主要是基于复杂网络理论分析电网的拓扑结构故障传播的影响[9-12],如文献[13]给出了小世界电网的故障传播规律，文献[14-15]给出辨识影响电网故障传播的关键结构参数的方法。这些研究和技术对于连锁故障场景中的任何一级故障一般也都按照连锁跳闸的模式进行分析，一般也不涉及连锁故障中的复杂动态现象。
对于现有长过程连锁故障的模拟技术，目前，既有基于多级连锁跳闸模拟的分析技术[16]，也有在涉及复杂动态的情况进行模拟的技术[17-19]，不过无论是哪种技术，目前还很难完全真实地再现完整的连锁故障动态过程，主要原因是这些动态过程过于复杂，涉及到的自动装置也没有完全统一的标准。
(2)针对连锁故障某一局部时段的分析方法和技术
针对连锁故障的某一局部时段的分析方法和技术，一般主要针对连锁故障的早期阶段的连锁跳闸事件进行分析，之所以这样做，是因为连锁故障早期的发展动因是故障线路停运造成的电网潮流的重新调整，其发展速度较为缓慢，有较为充裕的时间采取措施，而且对连锁故障的预防较为有利。近年来的主要方法和技术有：1)基于广域信息的潮流转移识别技术[20-21]，以及基于潮流转移识别的广域后备保护技术[22]；2)基于本地信息的潮流转移识别和系统保护技术[22,23]；3)对初始故障产生的潮流转移所关联的输电断面进行识别的技术[24]以及输电断面保护技术[25]；4)根据初始故障发生后电网是否因潮流转移诱发下一轮连锁过载跳闸，辨识电网的脆弱支路的技术[26-28]；5)根据初始故障，根据电网的节点注入功率计算电网针对连锁跳闸的安全裕度[29]。而传统分析和应对连锁跳闸的技术主要是从九十年代以后开始在电力系统广泛使用的电力系统静态安全分析和控制技术[20-31]。
与本发明最相近的技术方法主要是文献[29]提出的计算电网对于连锁跳闸事件的安全裕度计算方法，该文献中所考虑的安全裕度计算是针对电网中的所有节点而进行的，计算效率受到一定的限制，与本发明中提到的方法是不同的。
术语解释：
连锁跳闸：当电网中某条线路因故障被跳闸切除后，引起电力系统其他线路的电气量发生变化，当这些线路中的某一些因电气量进入继电保护的动作区而被保护切除，则这样的现象称为连锁跳闸。
初始故障：电网连锁跳闸现象中出现的第一个故障，或在分析电网连锁跳闸现象时所考虑的第一个故障。
电网连锁跳闸临界运行状态：当电网中发生初始故障后，该初始故障是否可以引发连锁故障，这与电网的运行状态是密切相关的，同样的一个初始故障，在有的运行状态下可以引发连锁故障，而在有的运行状态下则不能引发连锁故障，刚好使得该初始故障能够触发连锁故障的运行状态即是电网临界运行状态。
发明内容
本发明的目的在于提供一种计算时间短、分析高效的考虑关键节点的电网临近连锁跳闸的危险度计算方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种考虑关键节点的电网临近连锁跳闸的危险度计算方法，包括以下步骤：
步骤一，针对电网的连锁跳闸场景，利用直流潮流法，给出电网在初始故障发生后的支路电流与节点电气量如下式所示的数学关系：
I＝f(u,p)(1)
式(1)中，I为初始故障发生后电网中剩余支路的电流向量，u为电网节点上的控制量，p为电网节点上的扰动量；
进一步，利用式(1)及各剩余支路的受扰情况，筛选出对严重受扰支路贡献较大的节点及其相应的电气量u1和p1，并将对严重受扰支路贡献不大的节点电气量记为u2和p2；
步骤二，以u1和p1形成一个新的向量，表示为：
O＝[u1,p1](2)
并分别用OS和OC作为O在电网当前运行状态及连锁跳闸临界运行状态时的表示形式，由此，进一步给出电网当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离表示形式：
D＝||OC-OS||(3)
式(3)中，D为OC与OS之差的范数；
再进一步，将如下的约束条件考虑进来：
Figure BDA0001981441310000031
式(4)中，x为电网的状态变量；h1代表初始故障发生前电网的潮流约束；h2代表初始故障切除后电网的潮流约束；g1为初始故障发生前电网的不等约束关系，包括由电网的节点电压和发电机所发的有功、无功功率以及支路功率参量的上下限所确定的不等式约束关系；h3和g2代表电网处于连锁跳闸临界运行状态时其支路电流的等式约束和不等式约束关系；
综合式(3)～(4)，本发明给出如下用以计算电网当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的最短距离的数学模型：
Figure BDA0001981441310000041
此数学模型也即计算电网当前状态距离连锁跳闸事件发生的危险程度的模型；
步骤三，根据式(5)给出的数学模型，定义惩罚函数，并选择粒子群优化算法进行求解。
所述步骤一中，利用式(1)中，I，u，p以及I与u，p之间的映射关系中的元素，并利用K均值聚类算法筛选出对严重受扰支路贡献较大的节点。
本发明的主要优点是在严格分析的基础上，只考虑电网中影响连锁跳闸的关键节点，以此计算电网当前状态距离连锁跳闸事件发生的危险程度，可大大降低计算的时间，提高分析效率。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明：
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种考虑关键节点的电网临近连锁跳闸的危险度计算方法，包括以下步骤：
步骤一，针对电网的连锁跳闸场景，利用直流潮流法，给出电网在初始故障发生后的支路电流与节点电气量如下式所示的数学关系：
I＝f(u,p)(1)
式(1)中，I为初始故障发生后电网中剩余支路的电流向量，u为电网节点上的控制量，p为电网节点上的扰动量；
进一步，根据各剩余支路的受扰情况，利用式(1)中的I，U，P以及I与U，P之间的映射关系中的元素，利用K均值聚类算法筛选出对严重受扰支路贡献较大的节点及其相应的电气量u1和p1，并将对严重受扰支路贡献不大的节点电气量记为u2和p2；
步骤二，以u1和p1形成一个新的向量，表示为：
O＝[u1,p1](2)
并分别用OS和OC作为O在电网当前运行状态及连锁跳闸临界运行状态时的表示形式，由此，进一步给出电网当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离表示形式：
D＝||OC-OS||(3)
式(3)中，D为OC与OS之差的范数；
再进一步，将如下的约束条件考虑进来：
Figure BDA0001981441310000051
式(4)中，x为电网的状态变量；h1代表初始故障发生前电网的潮流约束；h2代表初始故障切除后电网的潮流约束；g1为初始故障发生前电网的不等约束关系，包括由电网的节点电压和发电机所发的有功、无功功率以及支路功率参量的上下限所确定的不等式约束关系；h3和g2代表电网处于连锁跳闸临界运行状态时其支路电流的等式约束和不等式约束关系；
综合式(3)～(4)，本发明给出如下用以计算电网当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的最短距离的数学模型：
Figure BDA0001981441310000061
此数学模型也即计算电网当前状态距离连锁跳闸事件发生的危险程度的模型；
步骤三，根据式(5)给出的数学模型，定义惩罚函数，并选择粒子群优化算法进行求解。
本发明的主要优点是在严格分析的基础上，只考虑电网中影响连锁跳闸的关键节点，以此计算电网当前状态距离连锁跳闸事件发生的危险程度，可大大降低计算的时间，提高分析效率。
参考文献：
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[31]吴际舜.电力系统静态安全分析[M].上海:上海交通大学出版社,1985.

Claims (2)

1.一种考虑关键节点的电网临近连锁跳闸的危险度计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，针对电网的连锁跳闸场景，利用直流潮流法，给出电网在初始故障发生后的支路电流与节点电气量如下式所示的数学关系：
I＝f(u,p) (1)
式(1)中，I为初始故障发生后电网中剩余支路的电流向量，u为电网节点上的控制量，p为电网节点上的扰动量；
进一步，利用式(1)及各剩余支路的受扰情况，筛选出对严重受扰支路贡献大的节点及其相应的电气量u1和p1，并将对严重受扰支路贡献不大的节点电气量记为u2和p2；
步骤二，以u1和p1形成一个新的向量，表示为：
O＝[u1,p1] (2)
并分别用OS和OC作为O在电网当前运行状态及连锁跳闸临界运行状态时的表示形式，由此，进一步给出电网当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的距离表示形式：
D＝||OC-OS|| (3)
式(3)中，D为OC与OS之差的范数；
再进一步，将如下的约束条件考虑进来：
Figure FDA0003592561130000011
式(4)中，x为电网的状态变量；h1代表初始故障发生前电网的潮流约束；h2代表初始故障切除后电网的潮流约束；g1为初始故障发生前电网的不等约束关系，包括由电网的节点电压和发电机所发的有功、无功功率以及支路功率参量的上下限所确定的不等式约束关系；h3和g2代表电网处于连锁跳闸临界运行状态时其支路电流的等式约束和不等式约束关系；
综合式(3)～(4)，给出如下用以计算电网当前运行状态与连锁跳闸临界运行状态之间的最短距离的数学模型：
Figure FDA0003592561130000021
此数学模型也即计算电网当前状态距离连锁跳闸事件发生的危险程度的模型；
步骤三，根据式(5)给出的数学模型，定义惩罚函数，并选择粒子群优化算法进行求解。
2.根据权利要求1所述的一种考虑关键节点的电网临近连锁跳闸的危险度计算方法，其特征在于：所述步骤一中，利用式(1)中，I，u，p以及I与u，p之间的映射关系中的元素，并利用K均值聚类算法筛选出对严重受扰支路贡献大的节点。
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