CN110571852B - 一种电力系统黑启动初期小系统形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力系统黑启动初期小系统的形成方法，本发明首先在选定的片区内，将所有黑启动电站排序并标记，顺次选取容量最大的水电站为出发点，随后使用广度优先算法，搜索出与所有被启动电站的连接拓扑关系。通过优先级评估函数对被启动水电站进行优先级进行排序，根据排序结果选择出最优的由黑启动电源到被启动水电站的路径，形成一组黑启动初期小系统。然后剔除已经匹配过的黑启动电站与被启动电站，重复上述步骤，形成多组黑启动初期小系统。本发明有利于减少黑启动时间，提高黑启动成功率，为后续电网全面恢复系统打下基础，对黑启动整个过程具有重要意义。

Description

一种电力系统黑启动初期小系统形成方法

技术领域

本发明属于电力系统运行技术领域，具体而言，涉及黑启动初期小系统形成方法。

背景技术

当电力系统因电压崩溃出现大面积停电后，通常将整个系统恢复过程分为黑启动初期小系统形成、网络重构和重要负荷应急恢复三个阶段。在黑启动初期,为了保证系统后续的可靠恢复，通常由黑启动电源快速启动另一台无自启动能力的机组从而形成并列运行的初期小系统。作为系统黑启动恢复的第一环节，该小系统的快速形成对故障区域能否通过黑启动恢复起到了决定性作用。对于包含多黑启动机组的故障区域来说，黑启动初期小系统数量越多，能发起网络重构的点也越多，黑启动的成功率也越高。反之，如果故障区域不能快速有效的形成黑启动初期小系统也就意味着黑启动失败，故障区域将不能快速恢复供电，产生巨大的社会影响和经济损失。现有黑启动初期小系统的形成大都是一台黑启动机组通过算法找出一台被启动机组从而构成初期小系统，该方法的不足之处在于，当该小系统不稳定或者出现二次故障后，就会导致整个黑启动恢复宣告失败。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种适用于故障区域内多黑启动机组的黑启动初期小系统形成的方法，该方法能够同时形成多个稳定黑启动初期小系统，多点并举同时恢复系统，大大缩短了黑启动时间，提升黑启动成功率，为后续黑启动过程打下基础，对黑启动整个过程具有重要意义。

本发明技术方案如下：

首先将黑启动片区内所有具有自启动能力的水电站作为黑启动电站并排序标记，选取容量最大的黑启动电站为出发点，然后使用广度优先算法，搜索出该黑启动电站与所有被启动电站的连接拓扑关系，再通过优先级评估函数选出最优的由黑启动电站到被启动电站的路径，形成一组黑启动初期小系统，最后删除已经匹配过的黑启动电站与被启动电站，重复上述步骤，形成多组黑启动初期小系统。

具体步骤如下：

Step1以SCADA系统获取的电网当前的运行状态为基础，确定停电范围，形成黑启动恢复目标片区；以黑启动片区内所有具有自启动能力的电站按容量从大到小进行排序，并顺次标记构成黑启动电站集合V＝(V₁,V₂,…V_n)，n表示黑启动电站的数量；将黑启动片区内所有无自启动能力的电站标记构成被启动机组集合U＝(U₁,U₂,…U_p)，p表示被启动机组的数量，将黑启动片区内变电站标记构成变电站集合W＝(W₁,W₂,…W_k)，k表示变电站的数量，以黑启动片区内的黑启动电站、被启动电站和变电站为节点，每两个能直接联通的节点构成线路并通过两端点标记形成黑启动片区线路集合E；此时，黑启动片区就可以用无向图G＝(V，U，W，E)来表示。

Step2通过广度优先算法搜索出可以和黑启动机组V₁匹配的所有被启动机组，通过优先性评估函数对集合U中的被启动机组进行评估并选出最优被启动机组U_j，V₁和U_j之间的路径形成一组黑启动初期小系统；优先性评估函数通过节点间的距离长度、被启动电厂容量、经过的节点数及电压转换次数设置，具体如下：

其中，L_ij表示黑启动电站V_i到被启动电站U_j的距离，

表示被启动电站的容量，m表示黑启动电站V_i到被启动电站U_j的电压转换次数。

Step3将已经匹配过的黑启动机组V₁和被启动机组U_j分别从集合V和U中剔除，然后以黑启动机组V₂为出发点，重复Step2，进行下一轮黑启动初期小系统匹配，直到黑启动机组集合V或者被启动机组集合U为空，形成多个黑启动初期小系统。

本发明中提到的广度优先搜索算法是一种网络拓扑搜寻方法，具体对节点的扩展过程如图2所示，可以看出，这种搜索是逐层进行的，在对下一层的任意节点进行搜索前，必须搜索完本层的所有节点。

以图2所示的IEEE30节点系统为例简要说明广度优先搜索算法的过程。

假设根节点为23，即：黑启动电源；

将节点23进行第一层扩展，寻找与节点23直接相连的节点，即：节点15、24；

对节点23进行第二层扩展，依次寻找与节点15、24直接相连的节点，即12、14、18、22和25；

节点22是电源节点，即：目标节点。由此回溯到根节点可得到一个方案路径：节点23—支路32—节点24—支路31—节点22，此方向的扩展结束；

依照上述方法可对其他节点进一步拓展，直至达到所规定的扩展层次为止。从上述搜索过程可以看出，只要问题有解，即明确搜索边界，用广度优先

搜索算法一定能在有限的深度内，经过有限的操作搜索步数，形成网络拓扑结构。

本发明的有益效果：本发明提出的多黑启动初期小系统同时并举恢复克服了现有方法不足，即使某个黑启动初期小系统形成失败，也不会影响后续进程，而且多点恢复更有利于加快恢复速度，能最大限度的减少停电带来的损失。

附图说明

图1为黑启动初期小系统生成流程图；

图2为广度优先算法路径轨迹图；

图3为IEEE30节点系统图；

图4为六库片区系统一次接线图；

图5为采用本方法的六库片区黑启动初期小系统恢复方案图；

图6为采用本方法的六库片区具体的黑启动恢复方案图；

图7为采用prime算法恢复的六库片区黑启动黑启动恢复方案图。

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。

实施例1：

以六库中心片区为例，其片区图如图4所示，参照如图1所示的流程图以及发明内容部分的具体方法来形成黑启动初期小系统，具体为分别形成黑启动电站集合V，按容量从大到小排序并标记，形成被启动电站集合U，形成变电站集合W，形成线路集合E，分别如表1-表4所示。

表1黑启动电站表

表2被启动电站表

表3变电站表

表4线路表

由表1可知，听命河水电站容量最大，故选择听命河电站为出发点通过广度优先法搜索出所有的被启动电站并用函数

评估被启动机组优先性。

以马俄河水电站为算例，从听命河水电站到马俄河水电站的路径为V₁、<V₁,W₁>、W₁、<W₁,W₃>、W₃、<W₃,U₁>、U₁。路径长度L_ij＝25+64+0.08＝89.08，马俄河水电站容量

电压转换次数m＝3，求得F＝6.12。同样的方法求集合U中其他元素的函数值得出表5：

表5优先性评估计算结果1

由上表可知，金满河电站是优先性评估最高的被启动电站，也就是听命河水电站寻得的最优的被启动电站。其构成的黑启动初期小系统为V₁、<V₁,W₁>、W₁、<W₁,W₃>、W₃、<W₃,U₃>、U₃。接着将V₁和U₃分别从集合V、U中剔除。此时集合V＝(V₂,V₃,V₄,V₅),U＝(U₁,U₂,U₄,U₅,U₆)。

再以V₂老窝河四级水电站为出发点，通过广度优先算法搜索出所有被启动电站并用函数

评估被启动机组优先性。得到集合U中所有元素的函数值如表6：

表6优先性评估计算结果2

由上表可知，马俄河电站是优先性评估最高的被启动电站，也就是老窝河四级水电站寻得的最优的被启动电站。其构成的黑启动初期小系统为V₂、<V₂,W₁>、W₁、<W₁,W₃>、W₃、<W₃,U₁>、U₁。接着将V₂和U₁分别从集合V、U中剔除。此时集合V＝(V₃,V₄,V₅),U＝(U₂,U₄,U₅,U₆)。

再以V₃片马河三级水电站为出发点，通过广度优先算法搜索出所有被启动电站并用函数

评估被启动机组优先性。得到集合U中所有元素的函数值如表7：

表7优先性评估计算结果3

由上表可知，隔界河二级水电站是优先性评估最高的被启动电站，也就是片马河三级水电站寻得的最优的被启动电站。其构成的黑启动初期小系统为V₃、<V₃,W₂>、W₂、<W₂,W₁>、W₁、<W₁,U₂>、U₂。接着将V₃和U₂分别从集合V、U中剔除。此时集合V＝(V₄,V₅),U＝(U₄,U₅,U₆)。

再以V₄老窝河三级水电站为出发点，通过广度优先算法搜索出所有被启动电站并用函数

评估被启动机组优先性。得到集合U中所有元素的函数值如表8：

表8优先性评估计算结果4

由上表可知，自基河水电站是优先性评估最高的被启动电站，也就是老窝河三级水电站寻得的最优的被启动电站。其构成的黑启动初期小系统为V₄、<V₄,W₁>、W₁、<W₁,U₄>、U₄。接着将V₄和U₄分别从集合V、U中剔除。此时集合V＝(V₅),U＝(U₅,U₆)。

最后以V₅茅草坪水电站为出发点，通过广度优先算法搜索出所有被启动电站并用函数

评估被启动机组优先性。得到集合U中所有元素的函数值如表9：

表9优先性评估计算结果5

由上表可知，银坡河水电站是优先性评估最高的被启动电站，也就是茅草坪水电站寻得的最优的被启动电站。其构成的黑启动初期小系统为V₅、<V₅,W₄>、W₄、<W₄,U₅>、U₅。接着将V₄和U₄分别从集合V、U中剔除。此时集合V为空,U＝(U₆)。无法构成更多的黑启动初期小系统。此时该片区形成如图5所示的小系统恢复方案。其具体黑启动恢复方案如图6，由图可知使用该方法需要9步可恢复六库中心片区。

同样以六库中心片区为算例，以当前黑启动通用恢复方法prime算法形成的恢复方案如图7，由图可知该方法需要13步才能将六库中心片区完整恢复，且网架可靠性差。

上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (1)

1.一种电力系统黑启动初期小系统的形成方法，其特征在于：首先将黑启动片区内所有具有自启动能力的水电站作为黑启动电站并排序标记，选取容量最大的黑启动电站为出发点，然后使用广度优先算法，搜索出该黑启动电站与所有被启动电站的连接拓扑关系，再通过优先级评估函数选出最优的由黑启动电站到被启动电站的路径，形成一组黑启动初期小系统，最后删除已经匹配过的黑启动电站与被启动电站，重复上述步骤，形成多组黑启动初期小系统；

具体步骤如下：

Step1以黑启动片区内所有具有自启动能力的电站按容量从大到小进行排序，并顺次标记构成黑启动电站集合V＝(V₁,V₂,…V_n)，n表示黑启动电站的数量；将黑启动片区内所有无自启动能力的电站标记构成被启动机组集合U＝(U₁,U₂,…U_p)，p表示被启动机组的数量，将黑启动片区内变电站标记构成变电站集合W＝(W₁,W₂,…W_k)，k表示变电站的数量，以黑启动片区内的黑启动电站、被启动电站和变电站为节点，每两个能直接联通的节点构成线路并通过两端点标记形成黑启动片区线路集合E；

Step2通过广度优先算法搜索出可以和黑启动机组V₁匹配的所有被启动机组，通过优先性评估函数对集合U中的被启动机组进行评估并选出最优被启动机组U_j，V₁和U_j之间的路径形成一组黑启动初期小系统；

所述Step2中优先性评估函数通过节点间的距离长度、被启动电厂容量、经过的节点数及电压转换次数设置，具体如下：

其中，L_ij表示黑启动电站V_i到被启动电站U_j的距离，

表示被启动电站的容量，m表示黑启动电站V_i到被启动电站U_j的电压转换次数；

Step3将已经匹配过的黑启动机组V₁和被启动机组U_j分别从集合V和U中剔除，然后以黑启动机组V₂为出发点，重复Step2，进行下一轮黑启动初期小系统匹配，直到黑启动机组集合V或者被启动机组集合U为空，形成多个黑启动初期小系统。

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