CN111969606B - 支路n-1过载预防控制方法、装置及存储介质 - Google Patents

支路n-1过载预防控制方法、装置及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于条件断面约束的支路N‑1过载预防控制方法、装置及存储介质，旨在解决过载预防控制自动化程度不足的技术问题。其包括：获取潮流数据；根据潮流数据进行N‑1快速扫描，获得薄弱模式集和模式的裕度；当薄弱模式集为空时，返回步骤1，否则基于潮流转移比构建条件断面约束集合；当薄弱模式集中的最小裕度小于设定值，根据条件断面约束集合获得优化模型，并通过求解优化模型获得预防控制决策；进行条件断面分发。本发明能够进行支路N‑1过载预防控制在线决策及协同防御，并实现电网安全边界实时共享，得到控制代价更低的预防控制方案。

Description

支路N-1过载预防控制方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及一种基于条件断面约束的支路N-1过载预防控制方法、装置及存储介质，属于电力系统自动化技术领域。
背景技术
作为大电网安全稳定运行的第一道防线，预防控制在潜在故障发生前，在不损失电源和负荷的前提下，将工作点从稳定域外移至域内，对应预想故障为规程规定的第一级标准不严重故障。随着电网运行复杂程度不断增加，运行方式变化较大，常规的离线分析与控制已经难以满足需要，预防控制在线自适应优化成为电网调度中心必备的工具，但由于实时量测数据质量、模型参数、高维故障集下算法计算效率等诸多原因，目前预防控制在线自适应优化尚不具备闭环控制条件，常需调度人员频繁操作，令调度人员疲于应对。作为电网运行控制的指挥中枢和“决策大脑”，电力调度控制中心的自动化和智能化程度亟待提升。
热稳定问题是限制大受端电网或负荷中心电网输电能力的主要因素，其受模型参数、求解难度等方面的影响较小，优先实现设备过载问题的自动闭环控制，性价比愈发凸显。现有技术一般将断面传输功率作为监视电网安全运行水平的关键指标，断面潮流约束是现有SCADA、SCED等系统在运行控制中重点关注的硬性约束，其控制技术趋于成熟，但对于计及全网N-1的预想故障下过载问题，还缺乏统一的监视指标与控制手段。
发明内容
为了解决现有技术中过载预防控制自动化程度不足的问题，本发明提出了一种基于条件断面约束的支路N-1过载预防控制方法、装置及存储介质，将全网N-1的过载预防控制问题转化为断面功率控制问题，求解给定空间或全局空间下预防控制优化模型，得到闭环或开环控制措施，并将条件断面约束集分发至SCADA、SCED等系统，在高效进行过载预防控制的同时实现电网安全边界实时共享。
为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术手段：
第一方面，本发明提出了基于条件断面约束的支路N-1过载预防控制方法，具体包括如下步骤：
步骤1、获取潮流数据，所述潮流数据为收敛的电网运行断面数据；
步骤2、根据潮流数据，基于补偿法进行全网支路N-1开断模拟，获得薄弱模式集和模式的裕度；
步骤3、当薄弱模式集为空时，返回步骤1，否则基于潮流转移比构建条件断面约束集合；
步骤4、将薄弱模式集中的最小裕度与设定值进行比较，当最小裕度小于设定值，根据条件断面约束集合获得优化模型，并通过求解优化模型获得预防控制决策；
步骤5、为条件断面约束集合设置有效期，并将条件断面约束集合分发至安全约束调度系统、数据采集与监视控制系统。
结合第一方面，进一步的，电网中每个模式包括一个关联故障和一个关联元件，所述关联元件为主要潮流转移元件，所述主要潮流转移元件指故障下负载率变化量大于门槛值的过载考察元件。
结合第一方面，进一步的，薄弱模式集为薄弱模式的集合，所述薄弱模式指裕度小于裕度门槛值εe的模式。
结合第一方面，进一步的，所述裕度的计算公式如下：
Figure GDA0003540615810000031
其中，ηe.j表示模式j的裕度，pb,a,j表示模式j关联故障下关联元件的有功功率，pb,max,j表示模式j关联元件的事故后有功限值，电网中共有n个模式，j＝1,2,…,n。
结合第一方面，进一步的，步骤3中的条件断面约束集合为Te＝{Te.1,Te.2,…,Te.j,…,Te.n}，其中，Te.j的表达式如下：
ka,b,j*pa,j+pb,j≤pb,max,j (2)
其中，ka,b,j表示模式j的潮流转移比，pa,j表示模式j关联故障对应元件的故障前有功功率，pb,j表示模式j关联元件的故障前有功功率；
潮流转移比ka,b,j的计算公式如下：
Figure GDA0003540615810000032
结合第一方面，进一步的，步骤4的具体操作如下：
步骤401、获取薄弱模式集中的最小裕度，将最小裕度与设定值进行比较，当最小裕度小于设定值，进入步骤402；
步骤402、基于给定的决策空间，以控制代价最小化为目标、条件断面约束集合为安全约束获取第一优化模型，并进行模型计算；
步骤403、当第一优化模型有解，将第一优化模型的解作为预防控制措施下发至自动发电系统进行闭环执行，并进入步骤5；
步骤404、当第一优化模型无解，将决策空间扩展至全网可调，获取第二优化模型，并进行模型计算；
步骤405、将第二优化模型的解传输至调控人员，辅助人工决策后执行，并进入步骤5。
结合第一方面，进一步的，所述第一优化模型的表达式如下：
Figure GDA0003540615810000041
其中，Ω1为给定的决策空间，λi为预防控制措施i的优先权重，ci为预防控制措施i的单位代价，Δpi为预防控制措施i的调整量，sloss,i表示预防控制措施i有功对网损的灵敏度，p'a,j表示模式j关联故障对应元件的故障后有功功率，sa,j,i表示预防控制措施i对模式j关联故障对应元件的有功灵敏度，p'b,j表示模式j关联元件的故障后有功功率，sb,j,i表示预防控制措施i对模式j关联元件的有功灵敏度，pi,min,0表示预防控制措施i不计调节速率时的有功下限，pi表示预防控制措施i的调整前功率，ri表示预防控制措施i的调节速率，t为运行周期，pi,max,0表示预防控制措施i不计调节速率时的有功上限。
结合第一方面，进一步的，第二优化模型的表达式如下：
Figure GDA0003540615810000051
其中，Ω2为全局决策空间。
第二方面，本发明提出了基于条件断面约束的支路N-1过载预防控制装置，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行第一方面所述方法的步骤。
第三方面，本发明提出了计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面所述方法的步骤。
采用以上技术手段后可以获得以下优势：
本发明提出了一种基于条件断面约束的支路N-1过载预防控制方法、装置及存储介质，在N-1过载安全快速分析基础上，基于潮流转移比将薄弱模式集转换为条件断面约束集合，通过求解给定空间或全局空间下预防控制优化模型，得到闭环或开环预防控制措施，并将获得的条件断面约束集合分发至SCADA、SCED等系统，实现电网安全边界实时共享。
本发明可以进行支路N-1过载预防控制在线决策及协同防御，并有效避免不同系统间信息不对称带来的“控制冲突”问题，得到控制代价更低的预防控制方案，满足电网警戒状态下预防控制对经济性、时效性、安全性的要求，为大电网调度稳态自适应巡航提供技术支撑。
此外，本发明在分发条件断面约束集合前，为条件断面约束集合设置有效期，超过有效期后如果没有新的条件断面约束集合到达，当前条件断面约束集合将失效，进一步保障了电网预防控制的安全性。
附图说明
图1为本发明基于条件断面约束的支路N-1过载预防控制方法的步骤流程图。
图2为本发明基于条件断面约束的支路N-1过载预防控制方法的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明：
本发明提出了一种基于条件断面约束的支路N-1过载预防控制方法，该方法的运行周期为t，即本发明方法每隔t时间运行一次，进行数据采集-状态误差-状态估计等操作，完成支路N-1过载预防控制功能，t应该大于等于本发明方法下述步骤完整计算一次的时间。
如图1、2所示，本发明方法具体包括如下步骤：
步骤1、获取潮流数据，其中，潮流数据为收敛的电网运行断面数据。当电网运行断面数据收敛时，认为此时电网处于正常运行状态，当电网运行断面数据不收敛时，电网此时可能正处于故障中。以当前时刻获取的潮流数据为本发明方法的电网初始运行状态，进行后续的数据处理。
步骤2、根据潮流数据，基于补偿法进行全网支路N-1开断模拟，获得薄弱模式集和模式的裕度。
定义模式为相互之间联系紧密、开断灵敏度大的支路集合，具体的，电网中每个模式仅包含一个关联故障和一个关联元件，其中，关联故障指电网中的一个故障，关联元件为主要潮流转移元件，主要潮流转移元件指故障下负载率变化量大于门槛值的过载考察元件。如果同一个关联故障关联了多个主要潮流转移元件，则构成多个模式，模式中关联故障相同，但关联元件不同。
根据上述定义获得电网中的所有模式，为每个模式计算其裕度，并根据裕度获得薄弱模式集。薄弱模式集We为薄弱模式的集合，薄弱模式指裕度小于裕度门槛值εe的模式。
设电网中共有n个模式，则模式j的裕度ηe.j的计算公式如下：
Figure GDA0003540615810000071
其中，pb,a,j表示模式j关联故障下关联元件的有功功率，pb,max,j表示模式j关联元件的事故后有功限值，pb,max,j可以通过补偿法计算得到，j＝1,2,…,n。
步骤3、当薄弱模式集为空时，返回步骤1，重新获取潮流数据，否则基于潮流转移比构建条件断面约束集合。
条件断面约束集合与薄弱模式集有关，一个薄弱模式对应一个条件断面约束。条件断面约束集合为Te＝{Te.1,Te.2,…,Te.j,…,Te.n}，其中，Te.j表示模式j对应的条件断面约束，其表达式如下：
ka,b,j*pa,j+pb,j≤pb,max,j (7)
其中，ka,b,j表示模式j的潮流转移比，pa,j表示模式j关联故障对应元件的故障前有功功率，即发生中故障的元件的故障前有功功率，pb,j表示模式j关联元件的故障前有功功率。
潮流转移比ka,b,j的计算公式如下：
Figure GDA0003540615810000081
步骤4、获取薄弱模式集中的最小裕度，将最小裕度与设定值εuf进行比较，以此判断电网当前时刻是否需要进行过载预防控制。当最小裕度小于设定值时，需要进行控制，根据条件断面约束集合获得优化模型，并通过求解优化模型获得预防控制决策；当最小裕度大于等于设定值时，不需要进行控制，直接进入步骤5。
步骤4的具体操作如下：
步骤401、获取薄弱模式集中的最小裕度，将最小裕度与设定值εuf进行比较，当最小裕度小于设定值，进入步骤402；
步骤402、基于给定的决策空间，计及设备调节速率等因素，以控制代价最小化为目标、条件断面约束集合为安全约束获取第一优化模型，并进行模型计算。第一优化模型的表达式如下：
Figure GDA0003540615810000082
其中，Ω1为给定的决策空间，λi为预防控制措施i的优先权重，ci为预防控制措施i的单位代价，Δpi为预防控制措施i的调整量，sloss,i表示预防控制措施i有功对网损的灵敏度，p'a,j表示模式j关联故障对应元件的故障后有功功率，sa,j,i表示预防控制措施i对模式j关联故障对应元件的有功灵敏度，p'b,j表示模式j关联元件的故障后有功功率，sb,j,i表示预防控制措施i对模式j关联元件的有功灵敏度，pi,min,0表示预防控制措施i不计调节速率时的有功下限，pi表示预防控制措施i的调整前功率，ri表示预防控制措施i的调节速率，t为运行周期，pi,max,0表示预防控制措施i不计调节速率时的有功上限，i＝1,2,…,m，m为预防控制措施数量。
步骤403、当第一优化模型有解，将第一优化模型的解作为预防控制措施下发至自动发电系统(AGC)进行闭环执行，并进入步骤5。
步骤404、当第一优化模型无解，将决策空间扩展至全网可调，忽略设备调节速率等控制时限因素，获取求解空间扩大后的第二优化模型，并进行模型计算。第二优化模型的表达式如下：
Figure GDA0003540615810000091
其中，Ω2为全局决策空间。
步骤405、将第二优化模型的解传输至调控人员，辅助人工决策后执行，并进入步骤5。
步骤4分别进行闭环控制和开环控制，以获得预防控制决策，完成支路N-1过载预防控制功能。
步骤5、步骤3为电网提供了新的条件断面约束，此时的条件断面约束可能与前一时刻的条件断面约束不同，如果不将新的条件断面约束分发下去，那其他系统会继续使用前一时刻的条件断面约束，进而导致“控制冲突”。为了避免电网中不同系统间信息不对称带来的“控制冲突”问题，在薄弱模式集中最小裕度大于等于设定值或在步骤4完成预防控制措施执行后，为步骤3中的条件断面约束集合设置有效期，并将条件断面约束集合分发至安全约束调度系统(SCED)、数据采集与监视控制系统(SCADA)。
本发明中的有效期设置为2t，因为本发明方法的运行周期为t，即方法正常运行时，t时间间隔内就会输出一个新的条件断面约束集合和预防控制决策，所以当2t时间间隔都没有新的条件断面约束集合更新时，说明电网已经出现故障。
完成本发明方法的步骤5之后，电网系统将重新从步骤1开始进行过载预防控制操作，通过不断的循环本发明方法步骤，可以实现电网的长期、有效、安全控制。
本发明还提出了一种基于条件断面约束的支路N-1过载预防控制装置，包括处理器及存储介质；其中，存储介质用于存储指令；处理器用于根据所述指令进行操作以执行上述方法的步骤。
本发明还提出了计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
本发明可以进行支路N-1过载预防控制在线决策及协同防御，并实现电网安全边界实时共享，有效避免不同系统间信息不对称带来的“控制冲突”问题，得到控制代价更低的预防控制方案，满足电网警戒状态下预防控制对经济性、时效性、安全性的要求，为大电网调度稳态自适应巡航提供技术支撑。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
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 (7)

1.基于条件断面约束的支路N-1过载预防控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、获取潮流数据，所述潮流数据为收敛的电网运行断面数据；
步骤2、根据潮流数据，基于补偿法进行全网支路N-1开断模拟，获得薄弱模式集和模式的裕度；
步骤3、当薄弱模式集为空时，返回步骤1，否则基于潮流转移比构建条件断面约束集合；
步骤4、将薄弱模式集中的最小裕度与设定值进行比较，当最小裕度小于设定值，根据条件断面约束集合获得优化模型，并通过求解优化模型获得预防控制决策；
步骤5、为条件断面约束集合设置有效期，并将条件断面约束集合分发至安全约束调度系统、数据采集与监视控制系统；
步骤4的具体操作如下：
步骤401、获取薄弱模式集中的最小裕度，将最小裕度与设定值进行比较，当最小裕度小于设定值，进入步骤402；
步骤402、基于给定的决策空间，以控制代价最小化为目标、条件断面约束集合为安全约束获取第一优化模型，并进行模型计算；
步骤403、当第一优化模型有解，将第一优化模型的解作为预防控制措施下发至自动发电系统进行闭环执行，并进入步骤5；
步骤404、当第一优化模型无解，将决策空间扩展至全网可调，获取第二优化模型，并进行模型计算；
步骤405、将第二优化模型的解传输至调控人员，辅助人工决策后执行，并进入步骤5；
所述第一优化模型的表达式如下：
Figure FDA0003540615800000021
Figure FDA0003540615800000022
Figure FDA0003540615800000023
max(pi,min,0,pi-ri*t)≤pi+Δpi≤min(pi,max,0,pi+ri*t)
其中，Ω1为给定的决策空间，λi为预防控制措施i的优先权重，ci为预防控制措施i的单位代价，Δpi为预防控制措施i的调整量，sloss,i表示预防控制措施i有功对网损的灵敏度，ka,b,j表示模式j的潮流转移比，p'a,j表示模式j关联故障对应元件的故障后有功功率，pa,j表示模式j关联故障对应元件的故障前有功功率，sa,j,i表示预防控制措施i对模式j关联故障对应元件的有功灵敏度，p'b,j表示模式j关联元件的故障后有功功率，pb,j表示模式j关联元件的故障前有功功率，sb,j,i表示预防控制措施i对模式j关联元件的有功灵敏度，pb,max,j表示模式j关联元件的事故后有功限值，pi,min,0表示预防控制措施i不计调节速率时的有功下限，pi表示预防控制措施i的调整前功率，ri表示预防控制措施i的调节速率，t为运行周期，pi,max,0表示预防控制措施i不计调节速率时的有功上限，i＝1,2,…,m，m为预防控制措施数量，电网中共有n个模式，j＝1,2,…,n；
第二优化模型的表达式如下：
Figure FDA0003540615800000031
Figure FDA0003540615800000032
Figure FDA0003540615800000033
pi,min,0≤pi+Δpi≤pi,max,0
其中，Ω2为全局决策空间。
2.根据权利要求1所述的基于条件断面约束的支路N-1过载预防控制方法，其特征在于，电网中每个模式包括一个关联故障和一个关联元件，所述关联元件为主要潮流转移元件，所述主要潮流转移元件指故障下负载率变化量大于门槛值的过载考察元件。
3.根据权利要求2所述的基于条件断面约束的支路N-1过载预防控制方法，其特征在于，薄弱模式集为薄弱模式的集合，所述薄弱模式指裕度小于裕度门槛值εe的模式。
4.根据权利要求3所述的基于条件断面约束的支路N-1过载预防控制方法，其特征在于，所述裕度的计算公式如下：
Figure FDA0003540615800000034
其中，ηe.j表示模式j的裕度，pb,a,j表示模式j关联故障下关联元件的有功功率，pb,max,j表示模式j关联元件的事故后有功限值，电网中共有n个模式，j＝1,2,…,n。
5.根据权利要求4所述的基于条件断面约束的支路N-1过载预防控制方法，其特征在于，步骤3中的条件断面约束集合为Te＝{Te.1,Te.2,…,Te.j,…,Te.n}，其中，Te.j的表达式如下：
ka,b,j*pa,j+pb,j≤pb,max,j
其中，ka,b,j表示模式j的潮流转移比，pa,j表示模式j关联故障对应元件的故障前有功功率，pb,j表示模式j关联元件的故障前有功功率；
潮流转移比ka,b,j的计算公式如下：
Figure FDA0003540615800000041
6.基于条件断面约束的支路N-1过载预防控制装置，其特征在于，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1～5任一项所述方法的步骤。
7.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1～5任一项所述方法的步骤。
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