CN112436542B - 计及稳控策略的稳态安全紧急控制在线预决策方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计及稳控策略的稳态安全紧急控制在线预决策方法，该方法首先基于电网EMS提供的电网当前运行方式、设备模型参数生成在线安全稳定评估和决策计算数据，在此基础上根据稳控装置实时运行状态、稳控离线策略模型和以及EMS提供的当前时刻设备投/停状态和潮流实时信息，识别电网当前运行状态下各预想故障的稳控当值策略，对各预想故障计及稳控当值策略进行时域仿真，对各预想故障准稳态状态下设备过载、断面越限、电压越限和频率越限进行安全裕度评估，针对不满足安全要求的预想故障逐个进行多类安全约束的紧急控制预决策，给出安全裕度大于门槛值且控制代价最小控制策略，提升电网紧急控制的可靠性，保证严重故障下电网稳态安全运行。

Description

计及稳控策略的稳态安全紧急控制在线预决策方法

技术领域

本发明属于电网调度运行与控制技术领域，特别涉及一种计及稳控策略的稳态安全紧急控制在线预决策方法，还涉及一种系统。

背景技术

《电力系统安全稳定导则》根据故障的严重程度定义了电力系统运行与控制的三级安全稳定标准，其中第二级安全稳定标准要求在电网正常运行方式下发生第二级安全稳定标准所列的严重故障后，允许采取切负荷、切机等稳定措施，保持电网稳定运行，目前各级电网均配置有第二道防线稳控系统。

随着用电负荷的增长、电力市场交易推进、大规模新能源并网及恶劣天气导致的临时检修增加，电网的潮流分布日趋复杂多变，基于离线典型方式计算整定的稳控策略，在网架结构和潮流多变的实际电网运行方式存在欠控甚至策略失配风险，稳控计及稳控策略的稳态安全紧急控制在线预决策方法及系统按离线整定的策略动作后，电网仍有可能存在设备过载、断面越限、电压越限和频率越限等问题。

为了消除严重故障稳控计及稳控策略的稳态安全紧急控制在线预决策方法及系统动作后仍存在设备过载、断面越限、电压越限或频率越限的问题，可以针对电网当前运行状态，计及各预想故障的稳控离线当值策略通过时域仿真模拟策略动作后的准稳态状态，进行准稳态状态的安全评估，对存在不满足安全要求的预想故障，综合故障和稳控策略动作导致的设备停运信息，基于准稳态方式设备运行功率信息，识别紧急控制可控措施空间，并计算各措施对不同安全问题的控制性能指标，筛选有效可控措施，按按照设备过载/断面越限、电压越限、频率越限安全问题的优先次序分别进行紧急控制预决策优化，通过迭代实现多类安全问题的协调决策，弥补电网严重故障后稳控策略失配或控制量不足导致的稳态安全问题。为了消除因稳控计及稳控策略的稳态安全紧急控制在线预决策方法及系统离线当值策略失配或控制量不足导致电网稳态安全问题，有必要提出一种新的稳态安全紧急控制在线预决策方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种计及稳控策略的稳态安全紧急控制在线预决策方法，解决现有技术中稳控装置离线策略失配或控制量不足时导致电网存在稳态不安全的问题。本发明的目的之二是提供一种计及稳控策略的稳态安全紧急控制在线预决策系统。

本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的：

该种计及稳控策略的稳态安全紧急控制在线预决策方法，包括以下步骤：

步骤S1：设电网当前运行时刻为t₀，将t₀时刻的电网运行状态记为S₀，基于EMS提供的电网当前运行方式、设备模型参数信息生成在线安全稳定评估和决策计算数据，将稳控装置防御的故障集作为在线安全评估和紧急控制预决策的初始预想故障集F₀；

步骤S2：根据t₀时刻稳控装置离线策略模型和参数、稳控装置实时运行状态C₀以及t₀时刻设备投/停状态和潮流实时信息，识别电网运行状态S₀下F₀中各故障的稳控当值策略，进入步骤S3；

步骤S3：计及各预想故障的稳控当值策略通过时域仿真准稳态状态S₁进行F₀中所有故障的安全评估，筛选出准稳态安全裕度不满足门要求的预想故障子集F₁，若F₁为空，则结束；法，若不为空，则进入步骤S4；

步骤S4：对F₁中各故障，基于计及稳控当值策略动作后准稳态运行状态S₁，结合稳控当值策略动作措施信息和预决策候选措施集，识别运行状态S₁下紧急控制预决策可控措施空间；

步骤S5：基于F₁中各故障后准稳态运行状态S₁，计算紧急控制预决策可控措施空间中各措施对准稳态安全问题的控制性能指标，对不同的稳态安全问题分类进行有效措施的筛选，在此基础上，以控制代价最小为目标进行计及多类稳态安全约束的紧急控制预决策优化，给出控制措施。

特别地，所述步骤S3中，时域仿真准稳态状态判别依据是在设定时长Δt内系统机组功角、母线频率及电压波动幅值均小于设定的门槛值，即同时满足如下三个公式的限定：

|δ_i.max-δ_i.min|≤ε_δ i＝1，2，3…，N (1)

|f_j.max-f_j.min|≤ε_f j＝1，2，3…，M (2)

|U_j.max-U_j.min|≤ε_U j＝1，2，3…，M (3)

式中，δ_i.max、δ_i.min分别代表机组i在Δt内功角的最大值、最小值，N为机组最大数，ε_δ为设定的功角波动幅度门槛值；f_j.max、f_j.min分别代表母线j在Δt内频率的最大值、最小值，ε_f为设定的频率波动幅度门槛值；U_j.max、U_j.min分别代表母线j在Δt内电压的最大值、最小值，ε_U为设定的电压波动幅度门槛值，M为母线最大数。

特别地，所述步骤S3中，稳态安全评估包括设备过载、断面越限、母线电压越限和频率越限的安全评估，其中，设备过载有包括线路过载和变压器过载，按如下公式(4)-(10)分别计算各类问题的安全裕度；

(1)线路过载安全裕度计算：

式中，I_sta为故障后稳态线路电流；I_N为线路额定电流；

(2)变压器过载安全裕度计算：

式中，S_sta为故障后稳态变压器的视在功率；S_N为变压器额定容量。

(3)断面越限安全裕度计算：

式中，P_sta.k为断面组成线路k的有功功率，n为断面组成线路数；P_N为断面限额。

(4)母线电压越限安全裕度计算：

当准稳态母线电压界于上限和下限之间时，通过式(7)计算母线的电压越限安全裕度；当准稳态母线电压高于上限时，通过式(8)计算母线的电压越限安全裕度；当准稳态母线电压低于下限时，通过式(9)计算母线的电压越限安全裕度：

式中，U_b.u为母线b电压上限；U_b.l为母线b电压下限；U_b为母线b的准稳态电压。

(5)频率越限安全裕度计算：

当准稳态频率小于系统额定频率时，通过式(10)计算系统频率越限安全裕度；当准稳态频率大于系统额定频率时，通过式(11)计算系统频率越限安全裕度：

式中，f_sta为准稳态系统频率，f_N为系统额定频率，Δf_t为设定的频率偏移允许门槛值。

特别地，所述步骤S3中，安全裕度不满足要求是指设备过载、断面越限、电压越限和稳态频率越限任一裕度小于相应的根据电网安全稳定运行规程设置的安全稳定裕度门槛值。

特别地，所述步骤S4中，运行状态S₁下紧急控制预决策可控措施空间识别具体方法是：

步骤S41：设S₀状态下预决策候选措施集为Ω₀：

其中，X_0.i.1表示运行状态S₀下第i类措施中第₁个措施；Y_0.i.1表示运行状态S₀下第i类措施中第1个措施的可控容量；i＝1，2，3，4，5分别代表常规水火电机组、风电光伏机组、直流、负荷、容抗器这5类措施；N_i为第i类措施最大措施数；

步骤S42：对F₁中各故障在Ω₀中剔除故障和稳控策略动作导致的停运设备，并取准稳态S₁下设备运行功率作为其可控容量，生成预决策可控措施空间Ω₁，

特别地，步骤S5中，针对F₁中各故障后准稳态运行状态S₁，各措施对稳态安全问题的控制性能指标计算方法如下：

S51：对设备过载或断面越限的控制性能指标的计算，通过公式(11)进行：

式中：PI_p.j.s为其中第j个措施对设备过载/断面越限的控制性能指标，i_k1为故障后准稳态设备过载或断面越限的薄弱设备数，S_p.j.i为第j个措施准稳态下对第i个设备或断面的有功灵敏度，η_ol.i为准稳态下第i个设备过载或断面越限的安全裕度，P_lim.i稳态下中第i个设备/ 断面功率限值，G_p为设备过载或断面越限可控措施最大数，C_p.j为第j个措施单位功率的控制代价；

步骤S52：对于电压越限的控制性能指标的计算，通过公式(12)进行：

式中：PI_q.j.s为其中第j个措施对电压越限的控制性能指标，i_k2为故障后准稳态下电压越下限的薄弱节点数，η_vl.i为故障后准稳态下第i个薄弱节点的电压越下限裕度，S_q.j.i为第 j个措施对第i个薄弱节点电压的灵敏度，U_r.i为第i个节点稳态下电压安全设定值，U_i.l为第 i个节点稳态下电压安全下限值，U_i.u为第i个节点稳态下电压安全上限值，i_k3为故障后准稳态下电压越上限的薄弱节点数，η_vu.i为故障后稳态下中第i个节点的电压越上限裕度， S′_q.j.i为第j个措施对第i个薄弱节点电压的灵敏度，d₁用于确定调节方向，取1或-1G_q为电压越限可控措施最大数；

步骤S53：对频率越限的控制性能指标的计算，通过公式(13)进行：

式中：PI_f.j.s为其中第j个措施对于频率越限的控制性能指标，k_l.f.j为第j个措施对电网低频的控制灵敏度；η_fl为低频越限安全裕度；f_N为系统额定频率；f_ll为频率安全下限值，k_l.f.j为第j个措施对电网高频的控制灵敏度，η_fu为高频越限安全裕度；f_ul为频率安全上限值，d₂用于确定调节方向，取1或-1，G_f为频率越限可控措施最大数。

特别地，所述步骤S5中，针对F₁中各故障后以控制代价最小为目标进行计及多类稳态安全约束的紧急控制预决策优化方法如下：

按照设备过载/断面越限、电压越限、频率越限安全问题的优先次序分别进行紧急控制预决策优化，针对后一安全问题的优化决策计及针对前一安全问题的决策结果，更新可控措施空间，通过逐步迭代实现设备过载、断面越限、电压越限、频率越限紧急控制预决策的协调；

在针对每一类安全问题的紧急控制预决策中，基于可控措施空间Ω₁内可控措施的控制性能指标，筛选出控制性能代价指标大于门槛值的有效可控措施，在此基础上，对有效可控措施按控制精度进行控制方案的枚举组合，利用集群计算平台对各方案并行校核，选取安全裕度大于门槛值且控制代价最小的方案作为优化的紧急控制预决策策略。

特别地，步骤S5中，所给出的控制措施依据安全问题的严重程度，其执行方式采用自动执行或人工执行。

本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的：

该种计及稳控策略的稳态安全紧急控制在线预决策系统，包括：在线计算数据整合模块、稳控当值策略识别模块、准稳态安全评估模块、故障筛选模块、可控措施识别模块和紧急控制预决策生成模块；

所述在线计算数据整合模块，基于电网EMS提供的电网当前运行方式、设备模型参数生成在线安全稳定评估计算数据，包括安全稳定评估计算参数、设备安全稳定限值以及潮流、稳定、预想故障集数据；

所述稳控当值策略识别模块，根据稳控装置实时运行状态、稳控离线策略模型和以及EMS 提供的当前时刻设备投/停状态和潮流实时信息，识别电网当前运行状态下各预想故障的稳控当值策略；

所述准稳态安全评估模块，用于对各预想故障计及稳控当值策略进行时域仿真，以及对准稳态状态下设备过载、断面越限、电压越限和频率越限进行安全评估，给出安全裕度信息；

所述故障筛选模块，基于准稳态安全评估的结果，筛选出设备过载、断面越限、电压越限和频率越限任一安全裕度小于门槛值的预想故障；

所述可控措施识别模块，用于针对准稳态不安全的各故障，基于稳控当值策略动作后准稳态运行状态，结合故障和稳控当值策略动作导致设备停运信息，识别各故障准稳态运行状态下紧急控制预决策可控措施设备和可控容量；

所述紧急控制预决策生成模块，用于针对存在稳态不安全的各预想故障，在可控措施识别的基础上，进行设备过载、断面越限、电压越限、频率越限的协调决策，选取安全裕度大于门槛值且控制代价最小的方案作为紧急控制预决策策略。

10.根据权利要求9所述的计及稳控策略的稳态安全紧急控制在线预决策系统，其特征在于：所述准稳态安全评估模块包括时域仿真子模块、准稳态判别子模块和安全裕度计算模块，其中，

所述时域仿真子模块对预想故障集中的所有故障通过逐步积分法进行时域仿真，获取故障后各仿真步长的设备包括有功、无功、电流、电压、角度、频率在内的各电气量信息；

所述准稳态判别子模基于时域仿真过程中的电气信息，在设定时长Δt内系统机组功角、母线频率及电压波动幅值均小于设定的门槛值，即同时满足如下三个公式则判定系统达到准稳态：

|δ_i.max-δ_i.min|≤ε_δ i＝1，2，3…，N (1)

|f_j.max-f_j.min|≤ε_f j＝1，2，3…，M (2)

|U_j.max-U_j.min|≤ε_U j＝1，2，3…，M (3)

式中，δ_i.max、δ_i.min分别代表机组i在Δt内功角的最大值、最小值，N为机组最大数，ε_δ为设定的功角波动幅度门槛值；f_j.max、f_j.min分别代表母线j在Δt内频率的最大值、最小值，ε_f为设定的频率波动幅度门槛值；U_j.max、U_j.min分别代表母线j在Δt内电压的最大值、最小值，ε_U为设定的电压波动幅度门槛值，M为母线最大数。

所述安全裕度计算模块基于故障准稳态运行状态下各设备的运行功率、电压及系统频率信息，按前述的公式(4)-(10)分别计算设备过载、断面越限、电压越限和频率越限的稳态安全裕度，其中，设备过载有包括线路过载和变压器过载。

本发明的有益效果是：本发明通过电网调度自动化系统获取的电网实时运行信息，结合稳控装置实测信息和控制策略模型，识别当前电网运行方式下各严重故障的当值策略，计及各预想故障的稳控离线当值策略通过时域仿真模拟策略动作后的准稳态状态，进行准稳态状态的安全裕度评估，对存在不满足安全要求的预想故障，综合故障和稳控策略动作导致的设备停运信息，基于准稳态方式设备运行功率信息，识别紧急控制可控措施空间，并计算各措施对不同安全问题的控制性能指标，筛选有效可控措施，按照设备过载/断面越限、电压越限、频率越限安全问题的优先次序分别进行紧急控制预决策优化，通过迭代实现多类安全问题的协调决策，弥补电网严重故障后稳控策略失配或控制量不足导致的稳态安全问题。本发明为综合应对严重故障下稳控装置离线策略失配或控制量不足时的稳态安全紧急控制预决策优化提供了技术支撑，保障严重故障下电网安全运行。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

附图1为本发明的方法流程示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

现有基于离线典型方式制定的稳控装置控制策略，受限于电网运行方式的复杂多变、多种安全问题交织等因素，控制策略失配和控制量不足的风险越来越大，缺乏计及稳控离线策略的在线紧急控制预决策技术手段。

本发明提出首先基于电网EMS提供的电网当前运行方式、设备模型参数生成在线安全稳定评估和决策计算数据，在此基础上根据稳控装置实时运行状态、稳控离线策略模型和以及EMS提供的当前时刻设备投/停状态和潮流实时信息，识别电网当前运行状态下各预想故障的稳控当值策略，对各预想故障计及稳控当值策略进行时域仿真，对各预想故障准稳态状态下设备过载、断面越限、电压越限和频率越限进行安全裕度评估，针对不满足安全要求的预想故障逐个进行多类安全约束的紧急控制预决策，给出安全裕度大于门槛值且控制代价最小控制策略，提升电网紧急控制的可靠性，保证严重故障下电网稳态安全运行。

如图1所示，本发明的一种计及稳控策略的稳态安全紧急控制在线预决策方法，包括以下步骤：

步骤S1：设电网当前运行时刻为t₀，将t₀时刻的电网运行状态记为S₀，基于EMS提供的电网当前运行方式、设备模型参数信息生成在线安全稳定评估和决策计算数据，将稳控装置防御的故障集作为在线安全评估和紧急控制预决策的初始预想故障集F₀；

步骤S2，根据t₀时刻稳控装置离线策略模型和参数、稳控装置实时运行状态C₀以及t₀时刻设备投/停状态和潮流实时信息，识别电网运行状态S₀下F₀中各故障的稳控当值策略；

步骤S3，计及各预想故障的稳控当值策略通过时域仿真准稳态状态S₁进行F₀中所有故障的安全评估，筛选出准稳态安全裕度不满足门要求的预想故障子集F₁，若F₁为空，则结束本方法，否则，进入步骤S4；

其中，时域仿真准稳态状态判别依据是在设定时长Δt(通常取5s)内系统机组功角、母线频率及电压波动幅值均小于设定的门槛值，即同时满足如下三个公式：

|δ_i.max-δ_i.min|≤ε_δ i＝1，2，3…，N (1)

|f_j.max-f_j.min|≤ε_f j＝1，2，3…，M (2)

|U_j.max-U_j.min|≤ε_U j＝1，2，3…，M (3)

式中，δ_i.max、δ_i.min分别代表机组i在Δt内功角的最大值、最小值，N为机组最大数，ε_δ为设定的功角波动幅度门槛值(取0.001度)；f_j.max、f_j.min分别代表母线j在Δt内频率的最大值、最小值，ε_f为设定的频率波动幅度门槛值(取0.001Hz)；U_j.max、U_j.min分别代表母线j在Δt内电压的最大值、最小值，ε_U为设定的电压波动幅度门槛值(取 0.0001p.u.)，M为母线最大数。

其中，稳态安全评估包括设备过载、断面越限、母线电压越限和频率越限，其中，设备过载有包括线路过载和变压器过载，按如下公式(4)-(10)分别计算各类问题的安全裕度。

(1)线路过载安全裕度计算：

式中，I_sta为故障后稳态线路电流；I_N为线路额定电流。

(2)变压器过载安全裕度计算：

式中，S_sta为故障后稳态变压器的视在功率；S_N为变压器额定容量。

(3)断面越限安全裕度计算公式：

式中，P_sta.k为断面组成线路k的有功功率，n为断面组成线路数；P_N为断面限额。

(4)母线电压越限安全裕度计算：

当准稳态母线电压界于上限和下限之间时，通过式(7)计算母线的电压越限安全裕度；当准稳态母线电压高于上限时，通过式(8)计算母线的电压越限安全裕度；当准稳态母线电压低于下限时，通过式(9)计算母线的电压越限安全裕度。

式中，U_b.u为母线b电压上限；U_b.l为母线b电压下限；U_b为母线b的准稳态电压。

(5)频率越限安全裕度计算

当准稳态频率小于系统额定频率时，通过式(10)计算系统频率越限安全裕度；当准稳态频率大于系统额定频率时，通过式(11)计算系统频率越限安全裕度。

式中，f_sta为准稳态系统频率，f_N为系统额定频率，Δf_t为设定的频率偏移允许门槛值。

安全裕度不满足要求是指设备过载、断面越限、电压越限和稳态频率越限任一裕度小于相应的根据电网安全稳定运行规程设置的安全稳定裕度门槛值，通常将安全裕度门槛统一设置为5％。本实施例中，也设置为5％。

步骤S4：对F₁中各故障，基于计及稳控当值策略动作后准稳态运行状态S₁，结合稳控当值策略动作措施信息和预决策候选措施集，识别运行状态S₁下紧急控制预决策可控措施空间，进入步骤S5。

运行状态S₁下紧急控制预决策可控措施空间识别具体方法是：

(1)设S₀状态下预决策候选措施集为Ω₀：

其中，X_0.i.1表示运行状态S₀下第i类措施中第₁个措施，Y_0.i.1表示运行状态S₀下第i类措施中第₁个措施的可控容量。i＝1，2，3，4，5分别代表常规水火电机组、风电光伏机组、直流、负荷、容抗器等5类措施，N_i为第i类措施最大措施数。

(2)对F₁中各故障在Ω₀中剔除故障和稳控策略动作导致的停运设备，并取准稳态S₁下设备运行功率作为其可控容量，生成预决策可控措施空间Ω₁，

步骤S5，基于F₁中各故障后准稳态运行状态S₁，计算紧急控制预决策可控措施空间中各措施对准稳态安全问题的控制性能指标，对不同的稳态安全问题分类进行有效措施的筛选，在此基础上，以控制代价最小为目标进行计及多类稳态安全约束的紧急控制预决策优化，给出控制措施。

针对F₁中各故障后准稳态运行状态S₁，各措施对稳态安全问题的控制性能指标计算方法如下：

(1)措施对设备过载或断面越限的控制性能指标计算如公式(11)所示：

式中：PI_p.j.s为其中第J个措施对设备过载/断面越限的控制性能指标，l_k1为故障后准稳态设备过载或断面越限的薄弱设备数，S_p.j.i为第J个措施准稳态下对第i个设备或断面的有功灵敏度，η_ol.i为准稳态下第i个设备过载或断面越限的安全裕度，P_lim.i稳态下中第i个设备/断面功率限值，G_p为设备过载或断面越限可控措施最大数，C_p.j为第j个措施单位功率的控制代价。

(2)措施对于申压越限的控制性能指标计算如公式(12)所示：

式中：PI_q.j.s为其中第j个措施对电压越限的控制性能指标，i_k2为故障后准稳态下电压越下限的薄弱节点数，η_vl.i为故障后准稳态下第i个薄弱节点的电压越下限裕度，S_q.j.i为第j个措施对第i个薄弱节点电压的灵敏度，U_r.i为第i个节点稳态下电压安全设定值，U_i.l为第i个节点稳态下电压安全下限值，U_i.u为第i个节点稳态下电压安全上限值，i_k3为故障后准稳态下电压越上限的薄弱节点数，η_vu.i为故障后稳态下中第 i个节点的电压越上限裕度，S′_q.j.i为第j个措施对第i个薄弱节点电压的灵敏度，d₁用于确定调节方向，取1或-1，G_q为电压越限可控措施最大数。

(3)措施对频率越限的控制性能指标计算如公式(13)

式中：PI_f.j.s为其中第j个措施对于频率越限的控制性能指标，k_l.f.j为第j个措施对电网低频的控制灵敏度；η_fl为低频越限安全裕度；f_N为系统额定频率；f_u为频率安全下限值，k′_l.f.j为第j个措施对电网高频的控制灵敏度，η_fu为高频越限安全裕度；f_ul为频率安全上限值，d₂用于确定调节方向，取1或-1，G_f为频率越限可控措施最大数。

针对F₁中各故障后以控制代价最小为目标进行计及多类稳态安全约束的紧急控制预决策优化方法如下：

按照设备过载/断面越限、电压越限、频率越限安全问题的优先次序分别进行紧急控制预决策优化，针对后一安全问题的优化决策计及针对前一安全问题的决策结果，更新可控措施空间，通过逐步迭代实现设备过载、断面越限、电压越限、频率越限紧急控制预决策的协调。

在针对每一类安全问题的紧急控制预决策中，基于可控措施空间Ω₁内可控措施的控制性能指标，筛选出控制性能代价指标大于门槛值的有效可控措施，在此基础上，对有效可控措施按控制精度(如50MW)进行控制方案的枚举组合，利用集群计算平台对各方案并行校核，选取安全裕度大于门槛值且控制代价最小的方案作为优化的紧急控制预决策策略。

所给出的稳态紧急控制在线预决策策略依据安全问题的严重程度其执行方式可以通过装置自动执行，也可以选择人工执行。

本发明的实施例还提供了一种计及稳控策略的稳态安全紧急控制在线预决策系统，能够用于执行前述的一种计及稳控策略的稳态安全紧急控制在线预决策方法，该系统包括：在线计算数据整合模块、稳控当值策略识别模块、准稳态安全评估模块、故障筛选模块、可控措施识别模块和紧急控制预决策生成模块。其中，各模块的功能和作用设置如下：

(1)在线计算数据整合模块：基于电网EMS提供的电网当前运行方式、设备模型参数生成在线安全稳定评估计算数据，包括安全稳定评估计算参数、设备安全稳定限值以及潮流、稳定、预想故障集数据。

(2)稳控当值策略识别模块：根据稳控装置实时运行状态、稳控离线策略模型和以及EMS提供的当前时刻设备投/停状态和潮流实时信息，识别电网当前运行状态下各预想故障的稳控当值策略。

(3)准稳态安全评估模块：对各预想故障计及稳控当值策略进行时域仿真，对准稳态状态下设备过载、断面越限、电压越限和频率越限进行安全评估，给出安全裕度信息。

本实施例中，准稳态安全评估模块包括时域仿真子模块、准稳态判别子模块和安全裕度计算模块，各子模块的功能和作用设计如下：

时域仿真子模块：对预想故障集中的所有故障通过逐步积分法进行时域仿真，获取故障后各仿真步长的设备有功、无功、电流、电压、角度、频率等电气量信息。

准稳态判别子模块：基于时域仿真过程中的电气信息，在设定时长Δt内系统机组功角、母线频率及电压波动幅值均小于设定的门槛值，即同时满足如下三个公式则判定系统达到准稳态。

|δ_i.max-δ_i.min|≤ε_δ i＝1，2，3…，N (1)

|f_j.max-f_j.min|≤ε_f j＝1，2，3…，M (2)

|U_j.max-U_j.min|≤ε_U j＝1，2，3…，M (3)

式中，δ_i.max、δ_i.min分别代表机组i在Δt内功角的最大值、最小值，N为机组最大数，ε_δ为设定的功角波动幅度门槛值；f_j.max、f_j.min分别代表母线j在Δt内频率的最大值、最小值，ε_f为设定的频率波动幅度门槛值；U_j.max、U_j.min分别代表母线j在Δt内电压的最大值、最小值，ε_U为设定的电压波动幅度门槛值，M为母线最大数。

安全裕度计算模块：基于故障准稳态运行状态下各设备的运行功率、电压及系统频率信息，按式(4)-(10)分别计算设备过载、断面越限、电压越限和频率越限的稳态安全裕度，具体计算过程如下：

(a)线路过载安全裕度计算

式中，I_sta为故障后稳态线路电流；I_N为线路额定电流。

(b)变压器过载安全裕度计算

式中，S_sta为故障后稳态变压器的视在功率；S_N为变压器额定容量。

(c)断面越限安全裕度计算公式：

式中，P_sta.k为断面组成线路k的有功功率，n为断面组成线路数；P_N为断面限额。

(d)母线电压越限安全裕度计算

当准稳态母线电压界于上限和下限之间时，通过式(7)计算母线的电压越限安全裕度；当准稳态母线电压高于上限时，通过式(8)计算母线的电压越限安全裕度；当准稳态母线电压低于下限时，通过式(9)计算母线的电压越限安全裕度。

式中，U_b.u为母线b电压上限；U_b.l为母线b电压下限；U_b为母线b的准稳态电压。

(e)频率越限安全裕度计算

当准稳态频率小于系统额定频率时，通过式(10)计算系统频率越限安全裕度；当

式中，f_sta为准稳态系统频率，f_N为系统额定频率，Δf_t为设定的频率偏移允许门槛值。

(4)故障筛选模块：基于准稳态安全评估的结果，筛选出设备过载、断面越限、电压越限和频率越限任一安全裕度小于门槛值的预想故障。

(5)可控措施识别模块：针对准稳态不安全的各故障，基于稳控当值策略动作后准稳态运行状态，结合故障和稳控当值策略动作导致设备停运信息，识别各故障准稳态运行状态下紧急控制预决策可控措施设备和可控容量。

(6)紧急控制预决策生成模块：针对存在稳态不安全的各预想故障，在可控措施识别的基础上，进行设备过载、断面越限、电压越限、频率越限的协调决策，选取安全裕度大于门槛值且控制代价最小的方案作为紧急控制预决策策略。

需要说明的是，流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，″计算机可读介质″可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.计及稳控策略的稳态安全紧急控制在线预决策方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：设电网当前运行时刻为t₀，将t₀时刻的电网运行状态记为S₀，基于EMS提供的电网当前运行方式、设备模型参数信息生成在线安全稳定评估和决策计算数据，将稳控装置防御的故障集作为在线安全评估和紧急控制预决策的初始预想故障集F₀；

步骤S2：根据t₀时刻稳控装置离线策略模型和参数、稳控装置实时运行状态C₀以及t₀时刻设备投/停状态和潮流实时信息，识别电网运行状态S₀下F₀中各故障的稳控当值策略，进入步骤S3；

步骤S3：计及各预想故障的稳控当值策略通过时域仿真准稳态运行状态S₁进行F₀中所有故障的安全评估，筛选出准稳态安全裕度不满足门要求的预想故障子集F₁，若F₁为空，则结束；若不为空，则进入步骤S4；

步骤S4：对F₁中各故障，基于计及稳控当值策略动作后准稳态运行状态S₁，结合稳控当值策略动作措施信息和预决策候选措施集，识别准稳态运行状态S₁下紧急控制预决策可控措施空间；

所述步骤S4中，准稳态运行状态S₁下紧急控制预决策可控措施空间识别具体方法是：

步骤S41：设S₀状态下预决策候选措施集为Ω₀：

其中，X_0，i.1表示运行状态S₀下第i类措施中第1个措施；Y_0.i.1表示运行状态S₀下第i类措施中第1个措施的可控容量；i＝1，2，3，4，5分别代表常规水火电机组、风电光伏机组、直流、负荷、容抗器这5类措施；N_i为第i类措施最大措施数；

步骤S42：对F₁中各故障，在Ω₀中剔除故障和稳控策略动作导致的停运设备，并取准稳态S₁下设备运行功率作为其可控容量，生成预决策可控措施空间Ω₁，

步骤S5：基于F₁中各故障后准稳态运行状态S₁，计算紧急控制预决策可控措施空间中各措施对准稳态安全问题的控制性能指标，对不同的稳态安全问题分类进行有效措施的筛选，以控制代价最小为目标进行计及多类稳态安全约束的紧急控制预决策优化，给出控制措施。

2.根据权利要求1所述的计及稳控策略的稳态安全紧急控制在线预决策方法，其特征在于：所述步骤S3中，时域仿真准稳态状态判别依据是在设定时长Δt内系统机组功角、母线频率及电压波动幅值均小于设定的门槛值，即同时满足如下三个公式的限定：

|δ_i.max-δ_i.min|≤ε_δ i＝1，2，3…，N (1)

|f_j.max-f_j.min|≤ε_f j＝1，2，3…，M (2)

|U_j.max-U_j.min|≤ε_U j＝1，2，3…，M (3)

式中，δ_i.max、δ_i.min分别代表机组i在Δt内功角的最大值、最小值，N为机组最大数，ε_δ为设定的功角波动幅度门槛值；f_j.max、f_j.min分别代表母线j在Δt内频率的最大值、最小值，ε_f为设定的频率波动幅度门槛值；U_j.max、U_j，min分别代表母线j在Δt内电压的最大值、最小值，ε_U为设定的电压波动幅度门槛值，M为母线最大数。

3.根据权利要求1或2所述的计及稳控策略的稳态安全紧急控制在线预决策方法，其特征在于：所述步骤S3中，稳态安全评估包括设备过载、断面越限、母线电压越限和频率越限的安全评估，其中，设备过载有包括线路过载和变压器过载，按如下公式(4)-(10)分别计算各类问题的安全裕度；

(1)线路过载安全裕度计算：

式中，I_sta为故障后稳态线路电流；I_N为线路额定电流；

(2)变压器过载安全裕度计算：

式中，S_sta为故障后稳态变压器的视在功率；S_N为变压器额定容量；

(3)断面越限安全裕度计算：

式中，P_sta.k为断面组成线路k的有功功率，n为断面组成线路数；P_N为断面限额；

(4)母线电压越限安全裕度计算：

当准稳态母线电压界于上限和下限之间时，通过式(7)计算母线的电压越限安全裕度；当准稳态母线电压高于上限时，通过式(8)计算母线的电压越限安全裕度；当准稳态母线电压低于下限时，通过式(9)计算母线的电压越限安全裕度：

式中，U_b.u为母线b电压上限；U_b.l为母线b电压下限；U_b为母线b的准稳态电压；

(5)频率越限安全裕度计算：

当准稳态频率小于系统额定频率时，通过式(10)计算系统频率越限安全裕度；当准稳态频率大于系统额定频率时，通过式(10.1)计算系统频率越限安全裕度：

式中，f_sta为准稳态系统频率，f_N为系统额定频率，

为设定的频率偏移允许门槛值。

4.根据权利要求1所述的计及稳控策略的稳态安全紧急控制在线预决策方法，其特征在于：所述步骤S3中，安全裕度不满足要求是指设备过载、断面越限、电压越限和稳态频率越限任一裕度小于相应的根据电网安全稳定运行规程设置的安全稳定裕度门槛值。

5.根据权利要求1所述的计及稳控策略的稳态安全紧急控制在线预决策方法，其特征在于：步骤S5中，针对F₁中各故障后准稳态运行状态S₁，各措施对稳态安全问题的控制性能指标计算方法如下：

S51：对设备过载或断面越限的控制性能指标的计算，通过公式(11)进行：

式中：PI_p.j.s为其中第j个措施对设备过载/断面越限的控制性能指标，i_k1为故障后准稳态设备过载或断面越限的薄弱设备数，S_p.j.i为第j个措施准稳态下对第i个设备或断面的有功灵敏度，η_ol，i为准稳态下第i个设备过载或断面越限的安全裕度，P_lim.i稳态下中第i个设备/断面功率限值，G_p为设备过载或断面越限可控措施最大数，C_p.j为第j个措施单位功率的控制代价；

步骤S52：对于电压越限的控制性能指标的计算，通过公式(12)进行：

式中：PI_q.j.s为其中第j个措施对电压越限的控制性能指标，i_k2为故障后准稳态下电压越下限的薄弱节点数，η_vl.i为故障后准稳态下第i个薄弱节点的电压越下限裕度，S_q.j.i为第j个措施对第i个薄弱节点电压的灵敏度，U_r.i为第i个节点稳态下电压安全设定值，U_i.l为第i个节点稳态下电压安全下限值，U_i，u为第i个节点稳态下电压安全上限值，i_k3为故障后准稳态下电压越上限的薄弱节点数，η_vu.i为故障后稳态下中第i个节点的电压越上限裕度，S′_q.j，i为第j个措施对第i个薄弱节点电压的灵敏度，d₁用于确定调节方向，取1或-1，G_q为电压越限可控措施最大数；

步骤S53：对频率越限的控制性能指标的计算，通过公式(13)进行：

式中：PI_f.j.s为其中第j个措施对于频率越限的控制性能指标，k_l.f.j为第j个措施对电网低频的控制灵敏度；η_fl为低频越限安全裕度；f_N为系统额定频率；f_ll为频率安全下限值，k'_l.f.j 为第j个措施对电网高频的控制灵敏度，η_fu为高频越限安全裕度；f_ul为频率安全上限值，d₂用于确定调节方向，取1或-1，G_f为频率越限可控措施最大数。

6.根据权利要求1所述的计及稳控策略的稳态安全紧急控制在线预决策方法，其特征在于：所述步骤S5中，针对F₁中各故障后以控制代价最小为目标进行计及多类稳态安全约束的紧急控制预决策优化方法如下：

按照设备过载/断面越限、电压越限、频率越限安全问题的优先次序分别进行紧急控制预决策优化，针对后一安全问题的优化决策计及针对前一安全问题的决策结果，更新可控措施空间，通过逐步迭代实现设备过载、断面越限、电压越限、频率越限紧急控制预决策的协调；

在针对每一类安全问题的紧急控制预决策中，基于可控措施空间Ω₁内可控措施的控制性能指标，筛选出控制性能代价指标大于门槛值的有效可控措施，在此基础上，对有效可控措施按控制精度进行控制方案的枚举组合，利用集群计算平台对各方案并行校核，选取安全裕度大于门槛值且控制代价最小的方案作为优化的紧急控制预决策策略。

7.根据权利要求1所述的计及稳控策略的稳态安全紧急控制在线预决策方法，其特征在于：步骤S5中，所给出的控制措施依据安全问题的严重程度，其执行方式采用自动执行或人工执行。

8.计及稳控策略的稳态安全紧急控制在线预决策系统，基于如权利要求1所述的计及稳控策略的稳态安全紧急控制在线预决策方法，其特征在于：所述系统包括：在线计算数据整合模块、稳控当值策略识别模块、准稳态安全评估模块、故障筛选模块、可控措施识别模块和紧急控制预决策生成模块；

所述在线计算数据整合模块，基于电网EMS提供的电网当前运行方式、设备模型参数生成在线安全稳定评估计算数据，包括安全稳定评估计算参数、设备安全稳定限值以及潮流、稳定、预想故障集数据；

所述稳控当值策略识别模块，根据稳控装置实时运行状态、稳控离线策略模型和以及EMS提供的当前时刻设备投/停状态和潮流实时信息，识别电网当前运行状态下各预想故障的稳控当值策略；

所述准稳态安全评估模块，用于对各预想故障计及稳控当值策略进行时域仿真，以及对准稳态状态下设备过载、断面越限、电压越限和频率越限进行安全评估，给出安全裕度信息；

所述故障筛选模块，基于准稳态安全评估的结果，筛选出设备过载、断面越限、电压越限和频率越限任一安全裕度小于门槛值的预想故障；

所述可控措施识别模块，用于针对准稳态不安全的各故障，基于稳控当值策略动作后准稳态运行状态，结合故障和稳控当值策略动作导致设备停运信息，识别各故障准稳态运行状态下紧急控制预决策可控措施设备和可控容量；

所述紧急控制预决策生成模块，用于针对存在稳态不安全的各预想故障，在可控措施识别的基础上，进行设备过载、断面越限、电压越限、频率越限的协调决策，选取安全裕度大于门槛值且控制代价最小的方案作为紧急控制预决策策略。

9.根据权利要求8所述的计及稳控策略的稳态安全紧急控制在线预决策系统，其特征在于：所述准稳态安全评估模块包括时域仿真子模块、准稳态判别子模块和安全裕度计算模块，其中，

所述时域仿真子模块对预想故障集中的所有故障通过逐步积分法进行时域仿真，获取故障后各仿真步长的设备包括有功、无功、电流、电压、角度、频率在内的各电气量信息；

所述准稳态判别子模基于时域仿真过程中的电气信息，在设定时长Δt内系统机组功角、母线频率及电压波动幅值均小于设定的门槛值，即同时满足如下三个公式则判定系统达到准稳态：

|δ_i.max-δ_i.min|≤ε_δ i＝1，2，3…，N (1)

|f_j.max-f_j.min|≤ε_f j＝1，2，3…，M (2)

|U_j.max-U_j.min|≤ε_U j＝1，2，3…，M (3)

式中，δ_i.max、δ_i.min分别代表机组i在Δt内功角的最大值、最小值，N为机组最大数，ε_δ为设定的功角波动幅度门槛值；f_j.max、f_j.min分别代表母线j在Δt内频率的最大值、最小值，ε_f为设定的频率波动幅度门槛值；U_j.max、U_j.min分别代表母线j在Δt内电压的最大值、最小值，ε_U为设定的电压波动幅度门槛值，M为母线最大数；

所述安全裕度计算模块基于故障准稳态运行状态下各设备的运行功率、电压及系统频率信息，按下述的公式(4)-(10)分别计算设备过载、断面越限、电压越限和频率越限的稳态安全裕度，其中，设备过载有包括线路过载和变压器过载；

(1)线路过载安全裕度计算：

式中，I_sta为故障后稳态线路电流；I_N为线路额定电流；

(2)变压器过载安全裕度计算：

式中，S_sta为故障后稳态变压器的视在功率；S_N为变压器额定容量；

(3)断面越限安全裕度计算：

式中，P_sta，k为断面组成线路k的有功功率，n为断面组成线路数；P_N为断面限额；

(4)母线电压越限安全裕度计算：

当准稳态母线电压界于上限和下限之间时，通过式(7)计算母线的电压越限安全裕度；当准稳态母线电压高于上限时，通过式(8)计算母线的电压越限安全裕度；当准稳态母线电压低于下限时，通过式(9)计算母线的电压越限安全裕度：

式中，U_b.u为母线b电压上限；U_b，l为母线b电压下限；U_b为母线b的准稳态电压；

(5)频率越限安全裕度计算：

当准稳态频率小于系统额定频率时，通过式(10)计算系统频率越限安全裕度；当准稳态频率大于系统额定频率时，通过式(10.1)计算系统频率越限安全裕度：

式中，f_sta为准稳态系统频率，f_N为系统额定频率，

为设定的频率偏移允许门槛值。

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