CN109873428B - 一种面向大电网的多断面功率控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向大电网的多断面功率控制方法和系统，本发明针对大电网发生故障后的多断面越限后的功率控制，采用直流潮流功率灵敏度等量匹配方法，并且针对断面越限，把越限程度和灵敏度系数综合加权来对发电机进行筛选和排序，采用发电机功率等量匹配方法，保持频率稳定，并且在控制过程中，还加入了非越限断面的约束，保证其他断面不产生越限，本发明实现简单，具有较强的实用价值。

Description

一种面向大电网的多断面功率控制方法和系统

技术领域

本发明涉及一种面向大电网的多断面功率控制方法和系统，属于电力系统控制技术领域。

背景技术

输电断面安全稳定裕度是保证电网实时安全稳定运行的必备条件，当电网出现异常时，调度员需要迅速采取有效手段将越限断面潮流控制到合理水平，尽量优化平衡各断面安全裕度，确保电网安全可靠运行。

在实际运行中，当电网发生异常，出现断面潮流越限问题时，需要快速实施断面功率控制。传统的处理方式是，如果在运行方式规定文档中有，则按运行方式规定处理，如果没有，则依赖于调度人员的运行经验，给出的控制方案可能不是最合理的。

目前采用的断面功率控制方法有：

(1)功率灵敏度和割集断面控制方法

该方法先识别割集断面，采用基于功率灵敏度系数矩阵，利用非线性优化得到满足发电机可调量约束及线路冗余量约束的断面潮流定向控制方案，对断面总潮流及断面各支路潮流实现定向控制。

(2)基于直流潮流功率灵敏度的断面控制方法

该方法利用直流潮流获得断面支路对应的功率灵敏度矩阵，再根据断面潮流定向控制需要,利用断面的灵敏度矩阵,通过非线性优化确定断面潮流调控方案。

以上现有技术存在的缺点：

(1)功率灵敏度和割集断面控制方法：针对复杂大电网，割集的不太容易识别，尤其针对多断面同时越限情况，并且该方法没有考虑非越限断面约束问题。

(2)基于直流潮流功率灵敏度的断面控制方法：该方法没有考虑非越限断面约束问题，并且没有考虑频率问题，发电机在控制过程中，增加出力和减少出力不一致，可能会引起频率变化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种面向大电网的多断面功率控制实现方法和系统。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

提供一种面向大电网的多断面功率控制方法，包括如下步骤：

采集越限断面k的当前功率P_k以及其断面限额P_{k_limit},计算越限断面k的当前功率P_k减去断面限额P_{k_limit}的偏差量ΔP_k；

选定有可调容量的发电机组作为断面功率控制可调发电机组，计算可调发电机组对所有断面支路的灵敏度系数矩阵S；

对所有越限断面的功率偏差量归一化得到越限断面偏差量系数，根据越限断面偏差量系数计算可调发电机组对各个断面的综合灵敏度系数得到综合灵敏度系数矩阵S’；

从可调发电机组中删除对两个断面目标量调整作用方向不一致的发电机组节点，并按照综合灵敏度系数将可调发电机组分为正向灵敏度发电机组G1、负向灵敏度发电机组G2和零灵敏度发电机组G0；

将正向灵敏度发电机组G1、负向灵敏度发电机组G2中的发电机组按发电机对所有断面的综合灵敏度从大到小排序，并从其中顺序选择增加出力的发电机组节点和减少出力的发电机组节点，按照设定的本步长调整量ΔP_G进行调整，确保增加的出力和减少出力相同；

根据调整的发电机组节点和调整量步长校核其它断面是否有越限，如果其它断面有越限，则重新确定要调整的发电机组节点；如果其它断面都没有越限，则按照调整量步长ΔP_G调整选定的机组，直至所有其它断面均不越限。

进一步地，确定灵敏度系数矩阵S的方法如下：

采用发电机输出功率转移分布因子GSDF法确定可调发电机节点对所有断面支路的灵敏度系数矩阵，其中发电机组节点注入功率对断面之路的灵敏度系数矩阵C表示为：

其中c_ij是发电机组节点i的注入有功功率改变单位值时，支路j的有功功率变化量；w为可调发电机组台数，n个断面共有l条支路，

可调发电机组节点i对第k个断面的灵敏度系数为：

进而得到可调发电子组对所有n个断面的灵敏度系数矩阵为：

再进一步地，对越限断面的功率偏差量归一化得到断面偏差量系数的表达式如下：

其中ΔP_k为断面k的功率偏差量，n为断面总数；

再进一步地，根据断面偏差量系数计算发电机组节点i对断面k的综合灵敏度系数表达式为：

s_ik′＝s_ikl_k，

其中s_ik为发电机组节点i对第k个断面的灵敏度系数。

进一步地，如果发电机组节点i对断面j的综合灵敏度系数s’_ij与发电机组节点i对断面k的综合灵敏度系数s’_ik符号不同则判断发电机对两个断面目标量调整作用方向不一致。

进一步地，按照综合灵敏度系数将可调发电机组分为正向灵敏度发电机组G1、负向灵敏度发电机组G2和零灵敏度发电机组G0的方法如下:

计算可调发电机组对所有断面的综合灵敏度，表达式如下：

S″＝[s₁″,s₂″,…,s_w′″]^T，

其中

是可调发电机组节点i对所有断面的综合灵敏度系数，n为断面的总数，w’为分组内的发电机组台数；

正向灵敏度发电机组中综合灵敏度系数s”_i为正的对应的发电机组；

负向灵敏度发电机组中综合灵敏度系数s”_i为负的对应的发电机组；

零灵敏度发电机组组中综合灵敏度系数的s”_i为零的对应的发电机组。

再以上技术方案中，进一步地，根据调整的机组和调整量步长校核其它断面是否有越限的方法为：

计算增加出力的可调发电机组节点a和减少出力的可调发电机组节点b按照本步长调整量ΔP_G调整后的非越限断面k的功率P’_k，断面k的功率是否越限，其中调整后的功率P’_k表达式为：

P_k′＝P_k+(s_ak-s_bk)ΔP_G

其中P_k为断面k的当前功率，S_ak为发电机组节点a对断面k的灵敏度系数,S_bk发电机组节点b对断面k的灵敏度系数，

若调整后的非越限断面k的功率P’_k大于断面限额P_{k_limit}则为越限。

再以上技术方案中，优选地，重新确定要调整的发电机组的方法如下：

如果发电机组节点a对断面k的灵敏度系数s_ak＞0，则本次不调整准备增加出力的发电机组a，在正向灵敏度发电机组G1或零灵敏度发电机组G0中跟下一发电机组调整顺序；

如果发电机组节点b对断面k的灵敏度系数s_bk＜0，则本次不调整准备减少出力的发电机组b，在负向灵敏度发电机组G2或零灵敏度发电机组G0中跟下一发电机调整顺序。

9、根据权利要求8所述的多断面功率控制方法，其特征是，重新确定要调整的发电机组还包括重新本步长调整量ΔP_G。

在另一方面，本发明提供了一种面向大电网的多断面功率控制系统，包括：

断面偏差量确定模块，用于采集越限断面k的当前功率P_k以及其断面限额P_{k_limit},计算越限断面k的当前功率P_k减去断面限额P_{k_limit}的偏差量ΔP_k；

灵敏度系数矩阵确定模块，用于选定有可调容量的发电机组作为断面功率控制可调发电机组，计算可调发电机组对所有断面支路的灵敏度系数矩阵S；

综合灵敏度系数矩阵确定模块，用于对所有越限断面的功率偏差量归一化得到越限断面偏差量系数，根据越限断面偏差量系数计算可调发电机组对各个断面的综合灵敏度系数得到综合灵敏度系数矩阵S’；

发电机组确定模块，用于从可调发电机组中删除对两个断面目标量调整作用方向不一致的发电机组节点，并按照综合灵敏度系数将可调发电机组分为正向灵敏度发电机组G1、负向灵敏度发电机组G2和零灵敏度发电机组G0；

其它断面越限判断及调整模块，用于将正向灵敏度发电机组G1、负向灵敏度发电机组G2中的发电机组按发电机对所有断面的综合灵敏度从大到小排序，并从其中顺序选择增加出力的发电机组节点和减少出力的发电机组节点，按照设定的本步长调整量ΔP_G进行调整，确保增加的出力和减少出力相同；

根据调整的发电机组节点和调整量步长校核其它断面是否有越限，如果其它断面有越限，则重新确定要调整的发电机组节点；如果其它断面都没有越限，则按照调整量步长ΔP_G调整选定的机组，并重新设定本步长调整量ΔP_G，直至所有其它断面均不越限。

本发明所达到的有益效果：

1、本发明对所有越限断面的功率偏差量归一化得到越限断面偏差量系数，针对对断面越限，把越限程度和灵敏度系数综合加权来对发电机进行筛选和排序，本发明在对可调发电机组进行调节的时候确保增加的出力和减少出力相同，采用此发电机功率等量匹配方法，能够在调整过程保证频率稳定；本发明考虑其它断面是否越限的判别，确保断面不越限，能够完全满足断面调整的需求，是一种可靠实用的方法。

2、本发明在对可调发电机组进行排序时不仅考虑灵敏度大小，还考虑断面的偏差量，例如越限程度高的断面需要优先调整，确定了越限断面的综合灵敏度系数矩阵，能够进一步提高调整的有效性和可靠性，能够完全满足断面调整的需求。

附图说明

图1是本发明具体实施例提供的面向大电网的多断面功率控制方法流程图。

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。

实施例，方法流程图见图1，图1示出了面向大电网的多断面功率控制方法，包括以下步骤：

步骤一：计算越限断面的控制目标和偏差量

电网有m个监视断面，其中有n个断面越限，越限断面k的当前功率为P_k，断面限额为P_{k_limit}，需要控制越限断面小于其限额，偏差量为

ΔP_k＝P_{k_limit}-P_k

控制目标为ΔP_k＞0。

步骤二：确定可调控的发电机组

选出有可调容量并且可以进行调整的机组作为断面功率控制可调控的发电机组，有w台可调发电机，G＝[g₁ g₂ … g_w]^T，g_i是第i台发电机的节点号。

步骤三：计算可调发电机组注入节点(以下简称发电机节点)对所有断面支路的灵敏度系数矩阵

有w台可调发电机，m个断面有l条支路，发电机输出功率转移分布因子(Generation Shift Distribution Factor,GSDF)即发电机节点注入功率对支路的灵敏度系数矩阵表示如下：

其中c_ij是发电机节点i的注入有功功率改变单位值时，支路j的有功功率变化量。

步骤四：计算可调发电机组对所有m个断面的灵敏度系数矩阵

发电机节点i对第k个断面的灵敏度系数为

可调发电机组对所有m个断面的灵敏度系数矩阵为：

步骤五：计算越限断面的综合灵敏度系数矩阵

考虑越限断面偏差大(例如越限程度高)优先调整，在排序时不仅考虑灵敏度大小，还考虑偏差量。

有n个越限断面，断面k的功率偏差量ΔP_k对所有断面归一化系数为：

计及断面偏差量系数的发电机节点i对第k个断面的综合灵敏度系数为

s_ik′＝s_ikl_k

越限断面的综合灵敏度系数矩阵S′为：

步骤六：发电机筛选和排序

在多断面控制时，调整的发电机对断面的作用不同，需要对可调的发电机进行筛选和排序，要去掉对越限断面有反向作用的发电机，并按综合灵敏度系数的大小对发电机进行排序和分类。

(1)发电机筛除

S′矩阵中，如果某一行元素符号不同(排除零元素)，则该发电机需要排除，可调控发电机为G′。

具体分析如下：对于所有断面的灵敏度系数矩阵S：

1)灵敏度系数s_ij＞0，发电机和断面调整方向一致，发电机功率增加，断面功率增加，发电机功率减少，断面功率减少；

2)灵敏度系数s_ij＜0，发电机和断面调整方向相反，发电机功率增加，断面功率减少，发电机功率减少，断面功率增加。

对于断面功率偏差量系数l_k：

1)当断面功率需要增加时ΔP_k＞0，l_k＞0

2)当断面功率需减少时ΔP_k＜0，l_k＜0

计及功率偏差系数的综合灵敏度系数为s′_ij＝s_ijl_j

1)当s′_ij＞0时，是发电机就需要增加功率，有两种情况：

a.l_i＞0，s_ij＞0，断面需要增加功率，发电机与断面功率调整方向一致，发电机增加功率；

b.l_i＜0，s_ij＜0，断面需要减少功率，发电机与断面调整方向相反，发电机需要增加功率

2)当s′_ij＜0时，是发电机就需要减少功率，有两种情况：

a.l_i＞0，s_ij＜0，断面需要增加功率，发电机与断面功率调整方向相反，发电机减少功率；

b.l_i＜0，s_ij＞0，断面需要减少功率，发电机与断面调整方向相同，发电机需要减少功率

3)当s′_ij＝0，发电机调整对断面不起作用

因此，根据以上分析，对综合灵敏度系数矩阵S’，如果发电机节点i对断面j的灵敏度系数s’_ij与断面k的灵敏度系数s’_ik符号不同，则表示该发电机对两个断面目标量调整作用方向不一致，即一个断面的按照控制目标需要增加发电机，而另一断面按照控制目标需要减少发电机，因此需要过滤该发电机；

(2)发电机分类和排序

1)计算发电机对所有断面的综合灵敏度

S″＝[s₁″,s₂″,…,s_w′″]^T

其中，

是发电机节点i对所有断面的综合灵敏度系数。

2)发电机分类和排序

根据S″的符号和大小，把发电机分为G′分为正向灵敏度发电机组矩阵G1，负向灵敏度发电机组矩阵G2和零灵敏度发电机组矩阵G0。

G1中存的是s_i″为正的对应的发电机组，并按s_i″大小排序，该矩阵存的发电机是需要正向调整，即要增加出力；

G2中存的是s_i″为负的对应的发电机组，并按s_i″大小排序，该矩阵存的发电机是需要负向调整，即要减少出力；

G0中存的是s_i″为零的对应的发电机组，该矩阵存的发电机是对断面不起作用，既可以正向调整，也可以负向调整。

步骤七：单步发电机调整量计算

按照等量匹配调整原则，在正向灵敏度发电机组矩阵G1，负向灵敏度发电机组矩阵G2和零灵敏度发电机组矩阵G0，选择增加出力机组和减少出力机组，需要确保增加的出力和减少出力相同，以保持系统频率不变。

在正向灵敏度发电机组矩阵G1，选取排在最前面的可调发电机，作为本步长增加出力的机组；

在负向灵敏度发电机组矩阵G2，选取排在最前面的可调发电机，作为本步长减少出力的机组；

如果G1或G2没有可调发电机，则取从零灵敏度发电机组矩阵G0，选取发电机，来代替增加或减少的发电机组。

增加和减少的发电机，选择最小可调量，作为本步长的可调整量ΔP_G。

步骤八：非越限断面校核

为避免发电机的调整引起其他断面越限，需要根据调整的机组和调整量校核其他断面是否有越限。

本步长准备调整的增加出力发电机节点号为i，在断面灵敏矩阵中是第a行，要减少出力的发电机节点号为j，在断面灵敏矩阵中是第b行，针对非越限断面k，功率变为

P_k′＝P_k+(s_ak-s_bk)ΔP_G

P_k是断面k当前功率，与该断面的限额进行比较，判断是否有越限。

如果断面越限，则需要调整要调整的发电机，如果其他断面都没有越限，按照该控制这两台发电机，按该调整量调整这两台发电机。

步骤九：发电机顺序调整

如果本步长确定调整的发电机会导致其他断面越限，则该发电机不能调整，需要调换发电机顺序。

如果s_ak＞0，则本次准备增加出力的发电机i调整会导致断面功率增加，该发电机不能调整，在G1或G0中跟下一发电机调整顺序；

如果s_bk＜0，则本次准备减少出力的发电机j调整会导致断面功率增加，该发电机不能调整，在G2或G0中跟下一发电机调整顺序。

然后到步骤七，重新选取发电机和计算发电机调整量。

步骤九：发电机调整

按照计算的发电机调整量调整发电机出力。

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形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种面向大电网的多断面功率控制方法，其特征是，包括如下步骤：

采集越限断面k的当前功率P_k以及其断面限额P_{k_limit},计算越限断面k的当前功率P_k减去断面限额P_{k_limit}的偏差量ΔP_k；

选定有可调容量的发电机组作为断面功率控制可调发电机组，计算可调发电机组对所有断面支路的灵敏度系数矩阵S；

对所有越限断面的功率偏差量归一化得到越限断面偏差量系数，根据越限断面偏差量系数计算可调发电机组对各个断面的综合灵敏度系数得到综合灵敏度系数矩阵S’；

从可调发电机组中删除对两个断面目标量调整作用方向不一致的发电机组节点，并按照综合灵敏度系数将可调发电机组分为正向灵敏度发电机组G1、负向灵敏度发电机组G2和零灵敏度发电机组G0；

将正向灵敏度发电机组G1、负向灵敏度发电机组G2中的发电机组按发电机对所有断面的综合灵敏度从大到小排序，并从其中顺序选择增加出力的发电机组节点和减少出力的发电机组节点，设定本步长调整量ΔP_G进行调整，确保增加的出力和减少出力相同；

根据调整的发电机组节点和调整量步长校核其它断面是否有越限，如果其它断面有越限，则重新确定要调整的发电机组节点；如果其它断面都没有越限，则按照调整量步长ΔP_G调整选定的机组，并重新设定本步长调整量ΔP_G，直至所有其它断面均不越限；

确定灵敏度系数矩阵S的方法如下：

采用发电机输出功率转移分布因子GSDF法确定可调发电机节点对所有断面支路的灵敏度系数矩阵，其中发电机组节点注入功率对断面之路的灵敏度系数矩阵C表示为：

其中c_ij是发电机组节点i的注入有功功率改变单位值时，支路j的有功功率变化量；w为可调发电机组台数，m个断面共有l条支路，

可调发电机组节点i对第k个断面的灵敏度系数为：

进而得到可调发电子组对所有m个断面的灵敏度系数矩阵为：

对越限断面的功率偏差量归一化得到断面偏差量系数的表达式如下：

其中ΔP_k为断面k的功率偏差量，n为断面总数；

根据断面偏差量系数计算发电机组节点i对断面k的综合灵敏度系数表达式为：

s_ik′＝s_ikl_k，

其中s_ik为发电机组节点i对第k个断面的灵敏度系数；

如果发电机组节点i对断面j的综合灵敏度系数s’_ij与发电机组节点i对断面k的综合灵敏度系数s’_ik符号不同则判断发电机对两个断面目标量调整作用方向不一致；

按照综合灵敏度系数将可调发电机组分为正向灵敏度发电机组G1、负向灵敏度发电机组G2和零灵敏度发电机组G0的方法如下:

计算可调发电机组对所有断面的综合灵敏度，表达式如下：

S″＝[s₁″,s₂″,…,s_w′″]^T，

其中

是可调发电机组节点i对所有断面的综合灵敏度系数，n为断面的总数，w’为分组内的发电机组台数；

正向灵敏度发电机组中综合灵敏度系数s”_i为正的对应的发电机组；

负向灵敏度发电机组中综合灵敏度系数s”_i为负的对应的发电机组；

零灵敏度发电机组中综合灵敏度系数的s”_i为零的对应的发电机组；

根据调整的机组和调整量步长校核其它断面是否有越限的方法为：

计算增加出力的可调发电机组节点a和减少出力的可调发电机组节点b按照本步长调整量ΔP_G调整后的非越限断面k的功率P’_k，断面k的功率是否越限，其中调整后的功率P’_k表达式为：

P_k′＝P_k+(s_ak-s_bk)ΔP_G，

其中P_k为断面k的当前功率，S_ak为发电机组节点a对断面k的灵敏度系数,S_bk发电机组节点b对断面k的灵敏度系数，

若调整后的非越限断面k的功率P,_k大于断面限额P_{k_limit}则为越限；

根据调整的机组和调整量步长校核其它断面是否有越限的方法为：

计算增加出力的可调发电机组节点a和减少出力的可调发电机组节点b按照本步长调整量ΔP_G调整后的非越限断面k的功率P’_k，断面k的功率是否越限，其中调整后的功率P’_k表达式为：

P_k′＝P_k+(s_ak-s_bk)ΔP_G，

其中P_k为断面k的当前功率，S_ak为发电机组节点a对断面k的灵敏度系数,S_bk发电机组节点b对断面k的灵敏度系数，

若调整后的非越限断面k的功率P’_k大于断面限额P_{k_limit}则为越限；

重新确定要调整的发电机组的方法如下：

如果发电机组节点a对断面k的灵敏度系数s_ak＞0，则本次不调整准备增加出力的发电机组a，在正向灵敏度发电机组G1或零灵敏度发电机组G0中跟下一发电机组调整顺序；

如果发电机组节点b对断面k的灵敏度系数s_bk＜0，则本次不调整准备减少出力的发电机组b，在负向灵敏度发电机组G2或零灵敏度发电机组G0中跟下一发电机调整顺序。

2.一种面向大电网的多断面功率控制系统，应用于如权利要求1的一种面向大电网的多断面功率控制方法，其特征是，包括：

断面偏差量确定模块，用于采集越限断面k的当前功率P_k以及其断面限额P_{k_limit},计算越限断面k的当前功率P_k减去断面限额P_{k_limit}的断面k的功率偏差量ΔP_k；

灵敏度系数矩阵确定模块，用于选定有可调容量的发电机组作为断面功率控制可调发电机组，计算可调发电机组对所有断面支路的灵敏度系数矩阵S；

综合灵敏度系数矩阵确定模块，用于对所有越限断面的功率偏差量归一化得到越限断面偏差量系数，根据越限断面偏差量系数计算可调发电机组对各个断面的综合灵敏度系数得到综合灵敏度系数矩阵S’；

发电机组确定模块，用于从可调发电机组中删除对两个断面目标量调整作用方向不一致的发电机组节点，并按照综合灵敏度系数将可调发电机组分为正向灵敏度发电机组G1、负向灵敏度发电机组G2和零灵敏度发电机组G0；

其它断面越限判断及调整模块，用于将正向灵敏度发电机组G1、负向灵敏度发电机组G2中的发电机组按发电机对所有断面的综合灵敏度从大到小排序，并从其中顺序选择增加出力的发电机组节点和减少出力的发电机组节点，按照设定的本步长调整量ΔP_G进行调整，确保增加的出力和减少出力相同；

根据调整的发电机组节点和调整量步长校核其它断面是否有越限，如果其它断面有越限，则重新确定要调整的发电机组节点；如果其它断面都没有越限，则按照调整量步长ΔP_G调整选定的机组，并重新设定本步长调整量ΔP_G，直至所有其它断面均不越限。

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