CN113363970A - 电力系统设备过载预防控制的解耦决策方法及装置 - Google Patents

电力系统设备过载预防控制的解耦决策方法及装置 Download PDF

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CN113363970A CN202110646176.4A CN202110646176A CN113363970A CN 113363970 A CN113363970 A CN 113363970A CN 202110646176 A CN202110646176 A CN 202110646176A CN 113363970 A CN113363970 A CN 113363970A
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Abstract

本发明公开了一种电力系统设备过载预防控制的解耦决策方法及装置，根据预想故障下的过载安全裕度确定关键设备集与关键故障集，通过灵敏度分析筛选有效控制措施，对关键设备的控制目标进行枚举组合形成不同的计算方案，分别通过线性规划求解控制代价最小的预防控制策略；针对求解成功的计算方案和关键故障集，将预防控制策略实施后对应的电网运行状态进行静态安全分析，确定预想故障下过载安全裕度满足要求且控制代价最小的计算方案，通过控制目标枚举范围调整提高优化求解速度。本发明可以降低预想故障规模对优化决策求解速度的影响，有效提高设备过载预防控制的计算精度。

Description

电力系统设备过载预防控制的解耦决策方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统设备过载预防控制的解耦决策方法及装置，属于电力系统运行控制技术领域。
背景技术
当电力系统预想故障的发生导致线路有功潮流越限，电力系统会存在安全隐患，对其进行预防控制使之尽量达到正常安全状态，对确保电力系统安全稳定运行具有重大意义。为高效、快速地解决输电设备过载问题，应该以最快的调整速度、最小的调整代价和调整量为目标进行控制，满足电网预想故障下的安全稳定要求。
随着预想故障集规模扩大，常规的非线性优化模型的约束和控制变量数目迅速增加，难以满足在线应用对过载设备预防控制策略计算精度和求解速度的要求；当预想故障下存在不同的过载设备时，基于灵敏度的启发式算法得到的预防控制策略会存在过控或者欠控的问题。文献《一种基于连续线性规划技术的在线静态安全校正算法》根据灵敏度分析结果构造线性规划求解模型，可以有效降低优化模型的复杂性，提高求解效率。但是由于灵敏度分析存在误差，优化后的控制策略难以满足计算精度的要求。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供电力系统设备过载预防控制的解耦决策方法及装置，在保障设备过载预防控制的计算精度的前提下，降低预想故障规模对优化决策求解速度的影响。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种电力系统设备过载预防控制的解耦决策方法，包括如下步骤：
步骤1：根据设定的有功控制精度ε、设备i欠控档位数Mi和设备i过控档位数Ni确定关键设备集中设备i的控制目标集合Seti。
步骤2：分别对关键设备集中设备i的控制目标集合进行枚举组合，形成
Figure BDA0003107866180000021
个计算方案，其中，
Figure BDA0003107866180000022
表示乘积函数。
步骤3：根据每个计算方案分别通过线性规划求解控制代价最小的预防控制策略的线性规划模型，将求解成功的计算方案加入待校核方案集，并获得控制代价最小的预防控制策略。
步骤4：根据待校核方案集的计算方案和关键故障集，将预防控制策略实施后对应的电网运行状态进行静态安全分析，若存在关键故障集中所有预想故障过载安全裕度大于设定门槛值ηcr.1的计算方案，选择控制代价最小的计算方案Sch；否则，计算各计算方案对应的预想故障过载安全裕度ηw，选取ηw最大的计算方案Sch；将计算方案Sch作为最终的预防控制策略输出。
作为优选方案，当计算方案Sch中存在过控或者欠控的关键设备，则调整设备i的过控档位和欠控档位，返回步骤1。
一种电力系统设备过载预防控制的解耦决策装置，包括如下模块：
控制目标集合模块：根据设定的有功控制精度ε、设备i欠控档位数Mi和设备i过控档位数Ni确定关键设备集中设备i的控制目标集合Seti。
计算方案模块：分别对关键设备集中设备i的控制目标集合进行枚举组合，形成
Figure BDA0003107866180000031
个计算方案，其中，
Figure BDA0003107866180000032
表示乘积函数。
待校核安案集模块：根据每个计算方案分别通过线性规划求解控制代价最小的预防控制策略的线性规划模型，将求解成功的计算方案加入待校核方案集，并获得控制代价最小的预防控制策略。
预防控制策略输出模块：根据待校核方案集的计算方案和关键故障集，将预防控制策略实施后对应的电网运行状态进行静态安全分析，若存在关键故障集中所有预想故障过载安全裕度大于设定门槛值ηcr.1的计算方案，选择控制代价最小的计算方案Sch；否则，计算各计算方案对应的预想故障过载安全裕度ηw，选取ηw最大的计算方案Sch；将计算方案Sch作为最终的预防控制策略输出。
作为优选方案，档位调整模块：当计算方案Sch中存在过控或者欠控的关键设备，则调整设备i的过控档位和欠控档位，返回控制目标集合模块。
作为优选方案，所述控制目标集合Seti计算公式如下：
Figure BDA0003107866180000033
为设备i在档位k对应的控制目标；
Figure BDA0003107866180000034
Pi C为设备i的有功限值；k为不同控制目标对应的档位，k∈{-M,…,N}，参数M和N分别为Mi和Ni初始化的设定值，分别为档位上限和下限。
作为优选方案，所述控制代价最小的预防控制策略的线性规划模型如下：
1)目标函数
Figure BDA0003107866180000035
其中，E为有效控制措施集中措施个数，
Figure BDA0003107866180000036
和
Figure BDA0003107866180000037
为措施e有功增加和有功减小的调整代价，
Figure BDA0003107866180000041
和
Figure BDA0003107866180000042
为措施e有功增加量和有功减小量，措施e的有功调整量
Figure BDA0003107866180000043
2)设备有功功率约束
Figure BDA0003107866180000044
其中，i＝1,…,F，F为关键设备集中设备个数，
Figure BDA0003107866180000045
为计算方案w下设备i对应的控制目标，Pi为待控制有功功率，De,i为功率转移分布因子。
3)控制措施有功功率约束
ue,min≤ue,0+Δue≤ue,max
其中，e＝1,…,E，ue,0、ue,min和ue,max分别为措施e的当前有功、有功上限和有功下限。
4)调整量平衡约束
Figure BDA0003107866180000046
作为优选方案，所述预想故障过载安全裕度ηw计算公式如下：
ηw＝min(ηw,j)，其中，ηw,j为关键故障集中预想故障状态Sj下的所有关键设备的过载安全安全裕度。
作为优选方案，所述关键设备集为电网预想故障下过载安全裕度小于设定门槛值ηcr.2的设备的集合。所述关键故障集为每个预想故障下设备过载安全裕度的最小值，且最小值小于设定门槛值ηcr.2对应的预想故障的集合。
作为优选方案，待控制有功功率Pi计算公式如下：
Pi＝min(Pi,j)
其中，Pi,j为设备i在关键故障集中预想故障状态Sj下的有功功率，j＝1,…,C，C为预想故障个数。
作为优选方案，有效控制措施集为关键设备集中设备i待控制有功功率Pi对应的预想故障状态，通过灵敏度分析计算预防控制措施集中有功调整措施e对设备i的功率转移分布因子De,i，De,i≥Dcr对应的有功调整措施e的集合，其中，Dcr为设定的功率转移分布因子门槛值。
作为优选方案，调整关键设备i的过控档位和欠控档位的方法如下：
如果预防控制策略实施后关键设备i的待控制有功功率Pi′满足以下条件：
Figure BDA0003107866180000051
则关键设备i为过控设备，将Mi更新为
Figure BDA0003107866180000052
将Ni更新为
Figure BDA0003107866180000053
如果预防控制策略实施后关键设备i的待控制有功功率Pi′满足以下条件：
Figure BDA0003107866180000054
则关键设备i为欠控设备，将Mi更新为
Figure BDA0003107866180000055
将Ni更新为
Figure BDA0003107866180000056
有益效果：本发明提供的电力系统设备过载预防控制的解耦决策方法，根据预想故障下的过载安全裕度确定关键设备集与关键故障集，通过灵敏度分析筛选有效控制措施，对关键设备的控制目标进行枚举组合形成不同的计算方案，避免灵敏度分析误差导致的过控或者欠控问题；针对求解成功的计算方案和关键故障集，将预防控制策略实施后对应的电网运行状态进行静态安全分析，确定预想故障下过载安全裕度满足要求且控制代价最小的计算方案，通过控制目标枚举范围调整提高优化求解速度。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
图1中步骤1描述的是将电网预想故障下过载安全裕度小于设定门槛值ηcr.1的设备加入到过载设备集中，若过载设备集中有过载设备，则进入步骤2)；否则，结束本方法。
其中，过载安全裕度的计算方法参见专利CN103514364B《计及负荷转供措施的电网设备过载辅助决策计算方法》。
所述设备是指线路和变压器。
图1中步骤2描述的是将电网预想故障下过载安全裕度小于设定门槛值ηcr.2的设备加入到关键设备集中；将每个预想故障下设备过载安全裕度的最小值，且最小值小于设定门槛值ηcr.2对应的预想故障加入到关键故障集中。
一般情况下，ηcr.2大于ηcr.1。
图1中步骤3描述的是针对关键设备集中的设备i，根据公式(1)确定设备i的待控制有功功率Pi：
Pi＝min(Pi,j) (1)
其中，Pi,j为设备i在关键故障集中预想故障状态Sj下的有功功率，j＝1,…,C，C为预想故障个数。
图1中步骤4描述的是针对关键设备集中设备i待控制有功功率Pi对应的预想故障状态，通过灵敏度分析计算预防控制措施集中有功调整措施e对关键设备i的功率转移分布因子De,i，将Dei,≥rcD对应的有功调整措施e加入到有效控制措施集中。
其中，Dcr为设定的功率转移分布因子门槛值。
图1中步骤5描述的是根据设定的有功控制精度ε、设备i欠控档位数Mi和设备i过控档位数Ni确定关键设备集中设备i的控制目标集合Seti。
其中，
Figure BDA0003107866180000071
为设备i在档位k对应的控制目标；
Figure BDA0003107866180000072
为设备i的有功限值；k为不同控制目标对应的档位，k∈{-M,…,N}，参数M和N分别为Mi和Ni初始化的设定值，分别为档位上限和下限。
图1中步骤6描述的是分别对关键设备集中设备i的控制目标集合进行枚举组合，形成
Figure BDA0003107866180000073
个计算方案。计算方案是指针对各关键设备的控制目标进行线性规划和交流潮流校核，确定该控制目标能否解决所有过载问题；
Figure BDA0003107866180000074
表示乘积函数。
图1中步骤7描述的是针对每个计算方案分别通过线性规划求解控制代价最小的预防控制策略，将求解成功计算方案加入待校核方案集。
针对计算方案w求解控制代价最小的预防控制策略的线性规划模型如下：
1)目标函数
Figure BDA0003107866180000081
其中，E为有效控制措施集中措施个数，
Figure BDA0003107866180000082
和
Figure BDA0003107866180000083
为措施e有功增加和有功减小的调整代价，
Figure BDA0003107866180000084
和
Figure BDA0003107866180000085
为措施e有功增加量和有功减小量，措施e的有功调整量
Figure BDA0003107866180000086
2)设备有功功率约束
Figure BDA0003107866180000087
其中，i＝1,…,F，F为关键设备集中设备个数，
Figure BDA0003107866180000088
为计算方案w下设备i对应的控制目标，Pi为待控制有功功率，De,i为功率转移分布因子。
3)控制措施有功功率约束
ue,min≤ue,0+Δue≤ue,max (5)
其中，e＝1,…,E，ue,0、ue,min和ue,max分别为措施e的当前有功、有功上限和有功下限。
4)调整量平衡约束
Figure BDA0003107866180000089
图1中步骤8描述的是针对待校核方案集的方案和关键故障集，将预防控制策略实施后对应的电网运行状态进行静态安全分析，若存在关键故障集中所有预想故障过载安全裕度大于ηcr.1的计算方案，选择控制代价最小的计算方案Sch；否则，分别根据公式(2)确定各计算方案对应的预想故障过载安全裕度ηw，选取ηw最大的计算方案Sch。
ηw＝min(ηw,j) (2)
其中，ηw,j为关键故障集中预想故障状态Sj下的所有关键设备的过载安全安全裕度。
图1中步骤9描述的是若存在过控或者欠控的关键设备，则调整该设备的过控档位和欠控档位，返回步骤5)；否则，将计算方案Sch作为最终的预防控制策略输出，结束本方法。
调整关键设备i的过控档位和欠控档位的方法如下：
1)如果预防控制策略实施后关键设备i的待控制有功功率Pi′满足以下条件：
Figure BDA0003107866180000091
则关键设备i为过控设备，将Mi更新为
Figure BDA0003107866180000092
将Ni更新为
Figure BDA0003107866180000093
2)如果预防控制策略实施后关键设备i的待控制有功功率Pi′满足以下条件：
Figure BDA0003107866180000094
则关键设备i为欠控设备，将Mi更新为
Figure BDA0003107866180000095
将Ni更新为
Figure BDA0003107866180000096
实施例1：
一种电力系统设备过载预防控制的解耦决策装置，包括如下模块：
控制目标集合模块：根据设定的有功控制精度ε、设备i欠控档位数Mi和设备i过控档位数Ni确定关键设备集中设备i的控制目标集合Seti。
计算方案模块：分别对关键设备集中设备i的控制目标集合进行枚举组合，形成
Figure BDA0003107866180000101
个计算方案，其中，
Figure BDA0003107866180000102
表示乘积函数。
待校核安案集模块：根据每个计算方案分别通过线性规划求解控制代价最小的预防控制策略的线性规划模型，将求解成功的计算方案加入待校核方案集，并获得控制代价最小的预防控制策略。
预防控制策略输出模块：根据待校核方案集的计算方案和关键故障集，将预防控制策略实施后对应的电网运行状态进行静态安全分析，若存在关键故障集中所有预想故障过载安全裕度大于设定门槛值ηcr.1的计算方案，选择控制代价最小的计算方案Sch；否则，计算各计算方案对应的预想故障过载安全裕度ηw，选取ηw最大的计算方案Sch；将计算方案Sch作为最终的预防控制策略输出。
档位调整模块：当计算方案Sch中存在过控或者欠控的关键设备，则调整设备i的过控档位和欠控档位，返回控制目标集合模块。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种电力系统设备过载预防控制的解耦决策方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：根据设定的有功控制精度ε、设备i欠控档位数Mi和设备i过控档位数Ni确定关键设备集中设备i的控制目标集合Seti；
步骤2：分别对关键设备集中设备i的控制目标集合进行枚举组合，形成
Figure FDA0003107866170000011
个计算方案，其中，
Figure FDA0003107866170000012
表示乘积函数；
步骤3：针对每个计算方案，分别通过线性规划求解控制代价最小的预防控制策略的线性规划模型，将求解成功的计算方案加入待校核方案集，并获得控制代价最小的预防控制策略；
步骤4：根据待校核方案集的计算方案和关键故障集，将预防控制策略实施后对应的电网运行状态进行静态安全分析，若存在关键故障集中所有预想故障过载安全裕度大于设定门槛值ηcr.1的计算方案，选择控制代价最小的计算方案Sch；否则，计算各计算方案对应的预想故障过载安全裕度ηw，选取ηw最大的计算方案Sch；将计算方案Sch作为最终的预防控制策略输出。
2.根据权利要求1所述的电力系统设备过载预防控制的解耦决策方法，其特征在于，还包括：当计算方案Sch中存在过控或者欠控的关键设备，则调整设备i的过控档位和欠控档位，返回步骤1。
3.根据权利要求1或2所述的电力系统设备过载预防控制的解耦决策方法，其特征在于：所述控制目标集合Seti计算公式如下：
Figure FDA0003107866170000013
Figure FDA0003107866170000014
为设备i在档位k对应的控制目标；
Figure FDA0003107866170000015
Pi C为设备i的有功限值；k为不同控制目标对应的档位，k∈{-M,…,N}，参数M和N分别为Mi和Ni初始化的设定值，分别为档位上限和下限。
4.根据权利要求1或2所述的电力系统设备过载预防控制的解耦决策方法，其特征在于：所述控制代价最小的预防控制策略的线性规划模型如下：
1)目标函数
Figure FDA0003107866170000021
其中，E为有效控制措施集中措施个数，
Figure FDA0003107866170000022
和
Figure FDA0003107866170000023
为措施e有功增加和有功减小的调整代价，
Figure FDA0003107866170000024
和
Figure FDA0003107866170000025
为措施e有功增加量和有功减小量，措施e的有功调整量
Figure FDA0003107866170000026
2)设备有功功率约束
Figure FDA0003107866170000027
其中，i＝1,…,F，F为关键设备集中设备个数，
Figure FDA0003107866170000028
为计算方案w下设备i对应的控制目标，Pi为待控制有功功率，De,i为功率转移分布因子；
3)控制措施有功功率约束
ue,min≤ue,0+Δue≤ue,max
其中，e＝1,…,E，ue,0、ue,min和ue,max分别为措施e的当前有功、有功上限和有功下限；
4)调整量平衡约束
Figure FDA0003107866170000029
5.根据权利要求1或2所述的电力系统设备过载预防控制的解耦决策方法，其特征在于：所述预想故障过载安全裕度ηw计算公式如下：ηw＝min(ηw,j)，其中，ηw,j为关键故障集中预想故障状态Sj下的所有关键设备的过载安全安全裕度。
6.根据权利要求1或2所述的电力系统设备过载预防控制的解耦决策方法，其特征在于：所述关键设备集为电网预想故障下过载安全裕度小于设定门槛值ηcr.2的设备的集合；所述关键故障集为每个预想故障下设备过载安全裕度的最小值，且最小值小于设定门槛值ηcr.2对应的预想故障的集合。
7.根据权利要求1或2所述的电力系统设备过载预防控制的解耦决策方法，其特征在于：所述待控制有功功率Pi计算公式如下：
Pi＝min(Pi,j)
其中，Pi,j为设备i在关键故障集中预想故障状态Sj下的有功功率，j＝1,…,C，C为预想故障个数。
8.根据权利要求1或2所述的电力系统设备过载预防控制的解耦决策方法，其特征在于：有效控制措施集为关键设备集中设备i待控制有功功率Pi对应的预想故障状态，通过灵敏度分析计算预防控制措施集中有功调整措施e对设备i的功率转移分布因子De,i，De,i≥Dcr对应的有功调整措施e的集合，其中，Dcr为设定的功率转移分布因子门槛值。
9.根据权利要求2所述的电力系统设备过载预防控制的解耦决策方法，其特征在于：调整关键设备i的过控档位和欠控档位的方法如下：
如果预防控制策略实施后关键设备i的待控制有功功率Pi′满足以下条件：
Figure FDA0003107866170000031
则关键设备i为过控设备，将Mi更新为
Figure FDA0003107866170000032
将Ni更新为
Figure FDA0003107866170000041
如果预防控制策略实施后关键设备i的待控制有功功率Pi′满足以下条件：
Figure FDA0003107866170000042
则关键设备i为欠控设备，将Mi更新为
Figure FDA0003107866170000043
将Ni更新为
Figure FDA0003107866170000044
10.一种电力系统设备过载预防控制的解耦决策装置，其特征在于：包括如下模块：
控制目标集合模块：根据设定的有功控制精度ε、设备i欠控档位数Mi和设备i过控档位数Ni确定关键设备集中设备i的控制目标集合Seti；
计算方案模块：分别对关键设备集中设备i的控制目标集合进行枚举组合，形成
Figure FDA0003107866170000045
个计算方案，其中，
Figure FDA0003107866170000046
表示乘积函数；
待校核安案集模块：根据每个计算方案分别通过线性规划求解控制代价最小的预防控制策略的线性规划模型，将求解成功的计算方案加入待校核方案集，并获得控制代价最小的预防控制策略；
预防控制策略输出模块：根据待校核方案集的计算方案和关键故障集，将预防控制策略实施后对应的电网运行状态进行静态安全分析，若存在关键故障集中所有预想故障过载安全裕度大于设定门槛值ηcr.1的计算方案，选择控制代价最小的计算方案Sch；否则，计算各计算方案对应的预想故障过载安全裕度ηw，选取ηw最大的计算方案Sch；将计算方案Sch作为最终的预防控制策略输出。
11.根据权利要求10所述的电力系统设备过载预防控制的解耦决策装置，其特征在于：还包括档位调整模块，档位调整模块：当计算方案Sch中存在过控或者欠控的关键设备，则调整设备i的过控档位和欠控档位，返回控制目标集合模块。
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