CN110190596A

CN110190596A - 一种考虑连锁跳闸的电网临界状态搜索方法

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Publication number: CN110190596A
Application number: CN201910424922.8A
Authority: CN
Inventors: 邓慧琼
Original assignee: Fujian University of Technology
Current assignee: Fujian University of Technology
Priority date: 2019-05-21
Filing date: 2019-05-21
Publication date: 2019-08-30
Anticipated expiration: 2039-05-21
Also published as: CN110190596B

Abstract

本发明公开了一种考虑连锁跳闸的电网临界状态搜索方法，步骤一，针对初始故障支路切除后的电网，给出电网其余支路的关键电气量与电网节点注入功率之间的灵敏度关系；步骤二，给出寻找与电网当前运行状态最近的电网临界运行状态的具体流程。本发明的主要优点是只考虑一个初始状态，即电网的当前运行状态，然后按照支路电气量与电网节点注入功率之间的灵敏度关系，快速寻找与电网当前运行状态最近的临界状态，与现有最好的技术相比，可不必考虑多个初始运行状态，省却了针对多个初始状态的两次潮流计算，可大大降低计算的工作量，从而减少计算时间，提高分析效率。

Description

一种考虑连锁跳闸的电网临界状态搜索方法

技术领域

本发明涉及电气领域，尤其涉及一种考虑连锁跳闸的电网临界状态搜索方法。

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的计算方法，该文献中所用到的方法，在寻找与电网当前运行状态最近的临界状态时，以群体优化方法为主，需要设定多个初始状态，然后按照群体寻优的规则逼近目标点，而这需要针对多个初始状态计算其初始故障发生前后的潮流，计算效率受到一定的限制。

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、分析高效的考虑连锁跳闸的电网临界状态搜索方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种考虑连锁跳闸的电网临界状态搜索方法，包括以下步骤：

步骤一，针对初始故障支路切除后的电网，给出电网其余支路的关键电气量与电网节点注入功率之间的灵敏度关系；

步骤二，给出寻找与电网当前运行状态最近的电网临界运行状态的具体流程。

步骤一的具体过程如下：设初始故障支路切除后，电网剩余的支路共有l条，任一支路L_j的电流有效值为I_j(j＝1，2，…l)，任一支路L_j的后备保护的整定值为I_j·set(j＝1，2，…l)，根据后备保护的动作条件I_j≥I_j·set，令I_j·key＝I_j-I_j·set(j＝1，2，…l)为支路的关键电气量；

设初始故障支路切除后，电网剩余支路的电流与电网节点注入功率之间的关系为：

I＝f(P,Q) (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，P为电网节点上的注入的有功功率向量，Q为电网节点上注入的无功功率向量，f为I与P、Q与之间的映射关系；

设电网中的节点总数为N，则在初始故障切除后，任一支路L_j的电流I_j(j＝1，2，…l)与节点注入功率之间的关系，由式(1)可得为：

I_j＝f_j(P₁,Q₁,…,P_i,Q_i,…,P_N,Q_N)(i＝1,2,…N) (2)

式(2)中，f_j为f中的第j个映射，P_i为电网第i个节点注入的有功功率，Q_i为电网第i个节点注入的无功功率。

从而，在初始故障切除后，任一支路L_j的关键电气量I_j·key与第i个节点注入的有功功率和无功功率之间的灵敏度关系为式(3)所示的形式：

步骤二的具体流程如下：记电网当前的运行状态为S⁽⁰⁾，此状态下电网中任一节点i对应的节点注入功率为P_i,Q_i(i＝1，2，…N)，寻找与电网当前运行状态最近的电网临界运行状态的具体流程为：

Step1：对于预设的初始故障，先计算初始故障切除后电网的潮流，并根据潮流计算的结果，对于任一支路，检验其电流量是否满足I_j>I_j·set，如果满足，则转Step6，若不满足I_j>I_j·set，则转入Step2；

Step2：对于任一支路，检验其电流量是否满足I_j＝I_j·set，如果有部分支路满足此条件，则将此时电网的节点注入功率P_i,Q_i(i＝1，2，…N)记录下来，并将其状态记为S⁽¹⁾，作为所要寻找的电网临界运行状态，然后转Step6；如果没有任何支路满足I_j＝I_j·set的条件，则转Step3；

Step3：根据I_j和I_j·key的计算结果，选出其中I_j·key(j＝1，2，…l)最大的支路，记录支路的编号，转Step4；

Step4：设I_j·key(j＝1，2，…l)最大的支路为支路L_k，根据式(3)计算出支路L_k的关键电气量I_k·key与第i(i＝1，2，…N)个节点注入的有功功率之间的灵敏度以及与无功功率之间的灵敏度然后转入Step5；

Step5：根据(i＝1，2，…N)的计算结果，从中选出其中计算值较大的一组来，这样便选出了对支路L_k的I_k·key作用最大的节点集合T，然后对T中任一节点i，按P_i+ΔP_i和Q_i+ΔQ_i的形式修改该节点的注入功率，其中，△P_i为节点i上注入的有功功率增量，△Q_i为节点i上注入的无功功率增量，修改完毕后，将重新得到的节点注入功率记为：P_i,Q_i(i＝1，2，…N)，然后转Step1；

Step6：停止搜寻。

本发明的主要优点是只考虑一个初始状态，即电网的当前运行状态，然后按照支路电气量与电网节点注入功率之间的灵敏度关系，快速寻找与电网当前运行状态最近的临界状态，与现有最好的技术相比，可不必考虑多个初始运行状态，省却了针对多个初始状态的两次潮流计算，可大大降低计算的工作量，从而减少计算时间，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，本发明一种考虑连锁跳闸的电网临界状态搜索方法包括以下步骤：

步骤一，针对初始故障支路切除后的电网，给出电网其余支路的关键电气量与电网节点注入功率之间的灵敏度关系；具体过程如下：设初始故障支路切除后，电网剩余的支路共有l条，任一支路L_j的电流有效值为I_j(j＝1，2，…l)，任一支路L_j的后备保护的整定值为I_j·set(j＝1，2，…l)，根据后备保护的动作条件I_j≥I_j·set，令I_j·key＝I_j-I_j·set(j＝1，2，…l)为支路的关键电气量；

I＝f(P,Q) (1)

I_j＝f_j(P₁,Q₁,…,P_i,Q_i,…,P_N,Q_N)(i＝1,2,…N) (2)

步骤二，给出寻找与电网当前运行状态最近的电网临界运行状态的具体流程,具体流程如下：记电网当前的运行状态为S⁽⁰⁾，此状态下电网中任一节点i对应的节点注入功率为P_i,Q_i(i＝1，2，…N)，寻找与电网当前运行状态最近的电网临界运行状态的具体流程为：

Step6：停止搜寻。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

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Claims

1.一种考虑连锁跳闸的电网临界状态搜索方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种考虑连锁跳闸的电网临界状态搜索方法，其特征在于：步骤一的具体过程如下：设初始故障支路切除后，电网剩余的支路共有l条，任一支路L_j的电流有效值为I_j(j＝1，2，…l)，任一支路L_j的后备保护的整定值为I_j·set(j＝1，2，…l)，根据后备保护的动作条件I_j≥I_j·set，令I_j·key＝I_j-I_j·set(j＝1，2，…l)为任一支路的关键电气量；

I＝f(P,Q) (1)

I_j＝f_j(P₁,Q₁,…,P_i,Q_i,…,P_N,Q_N) (i＝1,2,…N) (2)

。

3.根据权利要求2所述的一种考虑连锁跳闸的电网临界状态搜索方法，其特征在于：步骤二的具体流程如下：记电网当前的运行状态为S⁽⁰⁾，此状态下电网中任一节点i对应的节点注入功率为P_i,Q_i(i＝1，2，…N)，寻找与电网当前运行状态最近的电网临界运行状态的具体流程为：

Step5：根据的计算结果，从中选出其中计算值较大的一组来，这样便选出了对支路L_k的I_k·key作用最大的节点集合T，然后对T中任一节点i，按P_i+αP_i和Q_i+ΔQ_i的形式修改该节点的注入功率，其中，△P_i为节点i上注入的有功功率增量，△Q_i为节点i上注入的无功功率增量，修改完毕后，将重新得到的节点注入功率记为：P_i,Q_i(i＝1，2，…N)，然后转Step1；

Step6：停止搜寻。