CN113505457B - 一种电网运行极限确定方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电网运行极限确定方法和系统。所述电网运行极限确定方法，在获取电网数据后，采用电网数据构建电网拓扑模型，基于电网拓扑模型获取电网正常运行时的潮流，再根据潮流确定电网拓扑模型中的目标线路，确定断线线路范围，然后，基于目标线路建立基于混合整数线性规划的电网运行极限模型，最后，采用多线程方式根据电网运行极限模型确定断线线路范围内的电网运行极限结果。通过采用多线程的方式对所建立基于混合整数线性规划的电网运行极限模型进行并行求解手段，提高确定电网运行极限的计算速度和准确性。

Description

一种电网运行极限确定方法和系统

技术领域

本发明涉及电网运行检测技术领域，特别是涉及一种电网运行极限确定方法和系统。

背景技术

电网运行方式是电网调度运行的一项重要工作，是确保电网安全、稳定、经济运行的重要保障。调度中心根据发电计划、设备检修计划，考虑各类因素安排运行策略，根据负荷预测进行安全分析以防止设备过载电压越限。其中，电网的极限运行方式是调度中心方式科所需要提出的一种极为重要的运行方式，对保证电网的安全稳定具有重要意义。近年来，线路所承载功率越限导致电网遭受了一系列重大停电事故。如何找到电网极限运行从而制定相应的控制措施防止线路越限，对于增强电力系统的稳定性、保障系统安全可靠运行具有重要意义。

目前电网所采用的传统电网运行极限计算方法是先通过应用分析软件计算潮流断面，依赖专业人员的人工经验预测可能引起线路越限的故障情况，再不断手动修改运行参数，找到引起越限的情况并制定出相应的控制措施。传统的计算方式流程重复性较大，需要人工反复进行，工作量大，效率低，并且受计算分析人员的影响，存在着因人员经验不足导致的系统安全风险，这远远不能满足日益增大的电网规模和综合停电管理水平提升的要求。

关于电网运行极限的研究主要集中在计算电力系统的传输极限上。其中，电力系统的传输极限是指输电路径上的最大电力传输能力。“郭琦，赵晋泉，张伯明，赵传霖，李钦.一种线路极限传输容量的在线计算方法[J].中国电机工程学报，2006(05):1-5.”介绍了目前调度运行采用的连续潮流法，“荆朝霞，陈达鹏，谭慧娟，王宏益.城市输电网最大供电能力改进Benders算法[J].中国电机工程学报，2019，39(15):4373-4385.”、“默哈莫德·夏班，刘皓明，李卫星，严正，倪以信，吴复立.静态安全约束下基于Benders分解算法的可用传输容量计算[J].中国电机工程学报，2003(08):8-12.”采用最优潮流模型计算电力系统传输极限。基于此，目前在计算电力系统传输极限时，并未考虑电力系统断线状态下的电网运行极限，这就导致不能准确找到电网极端运行情况。在调度方式科制定运行方式过程中，若没有准确地找到电网极端运行情况，制定出的运行计划考虑不周密，极有可能引起电网的大规模故障。

因此，提供一种能够准确地找出电网在断线状态下的运行极限，以解决目前电网运行极限计算不准确且耗时耗力等问题的方法或系统，是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电网运行极限确定方法和系统，以能够准确地找出电网在断线状态下的运行极限，进而解决目前电网运行极限计算不准确且耗时耗力等问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种电网运行极限确定方法，包括：

获取电网数据，形成电网拓扑结构；所述电网数据包括：发电机参数、电网线路数据、变压器数据和节点负荷数据；

基于所述电网数据和所述电网拓扑模型获取电网正常运行时的潮流；

根据所述潮流确定所述电网拓扑模型中的目标线路；

根据初始电网拓扑结构确定断线线路范围；

基于所述目标线路建立电网运行极限模型；所述电网运行极限模型为基于混合整数线性规划的电网运行极限模型；

采用多线程方式根据所述电网运行极限模型在所述断线线路范围内确定电网运行极限结果。

优选地，所述根据所述潮流确定所述电网拓扑模型中的目标线路，具体包括：

获取电网线路中的线路额定传输容量和所述潮流中的有功功率；

确定所述有功功率大于所述线路额定传输容量的设定百分比的线路为目标线路。

优选地，所述根据初始电网拓扑结构确定断线线路范围，具体包括：

将与所述目标线路相连的线路记为层级为1的线路，与所述层级为1的线路相连的线路记为层级为2的线路，依次类推，将与所述层级为n+1的线路相连的线路记为层级为n的线路；

获取层级小于设定值的线路；

根据所述层级小于设定值的线路确定断线线路范围。

优选地，所述基于所述目标线路建立电网运行极限模型，具体包括：

以所述目标线路中有功功率的取值最大为目标函数；

根据发电机节点发出的功率、负荷节点的功率和目标线路节点的有功功率建立等式约束和不等式约束；所述等式约束包括：节点有功功率平衡等式约束和线路状态变量总和等式约束；所述不等式约束包括：发电机功率限制约束、线路开断功率限制约束、线路直流潮流约束和相角约束；

所述目标函数、所述等式约束和所述不等式约束构成所述电网运行极限模型；

其中，线路的有功功率最大的目标函数具体为：

maxp_ll∈L^T (1)

式中，p表示线路有功功率，L^T表示筛选出的目标线路集合，l表示在线路集合L^T中的某一条线路；

节点有功功率平衡等式约束为：

式中，G表示发电机节点集合，D表示含负荷节点集合，N表示所有节点的集合，p_gi表示发电机节点i发出的有功功率，p_di表示负荷节点功率，p_ij表示线路节点(i,j)的有功功率；

线路状态变量总和等式约束具体为：

式中，L^C表示断线线路范围线路集合，n表示L^C集合中线路的总数，s_ij为线路状态，s_ij∈{0,1}，0表示线路为断开状态，1表示线路为闭合状态；

线路直流潮流约束为：

p_ij+B_ijθ_ij＝0(i,j)∈L^R (4)

式中，L^R表示所有线路中除去L^C的剩余线，p_ij表示线路节点(i,j)的有功功率，B_ij为节点i与节点j之间导纳的虚部，θ_ij为节点i与节点j之间相角差；

发电机功率限制约束具体为：

式中，

表示发电机节点i发出的有功功率的最小值，

表示发电机节点i发出的有功功率的最大值，p_gi表示发电机节点i发出的有功功率；

线路开断功率限制约束具体为：

-Ms_ij≤p_ij≤Ms_ij (6)

式中，(i,j)∈L^C，M为一个常数，p_ij表示线路节点(i,j)的有功功率；

线路直流潮流约束具体为：

-(1-s_ij)M_ij≤p_ij+B_ijθ_ij≤(1-s_ij)M_ij(i,j)∈L^C (7)

式中，(i,j)∈L^C，B_ij为节点i与节点j之间导纳的虚部，θ_ij为节点i与节点j之间相角差，M_ij为线路节点(i,j)的一个常数；

相角约束具体为：

θ_slack＝0(9)

式中，

表示节点i与节点j之间相角差的最小值，

表示节点i与节点j之间相角差的最大值，θ_slack表示平衡节点的相角。

优选地，采用多线程方式根据所述电网运行极限模型在所述断线线路范围内确定电网运行极限结果，具体包括：

采用多线程方式根据所述电网运行极限模型在所述断线线路范围内确定每一所述目标线路的运行极限结果；

在断线线路范围内除去在计算出的导致目标线路越限的线路故障集再进行计算，以此方法持续筛选故障集，直至求解出所有导致线路越限的故障集，得到最后的电网运行极限计算结果。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的电网运行极限确定方法，在获取电网数据后，采用电网数据构建电网拓扑模型，基于电网拓扑模型获取电网正常运行时的潮流，再根据潮流确定电网拓扑模型中的目标线路以及断线线路范围，然后，基于目标线路建立基于混合整数线性规划的电网运行极限模型，最后，采用多线程方式根据电网运行极限模型确定电网运行极限结果。通过采用多线程的方式对所建立基于混合整数线性规划的电网运行极限模型进行并行求解手段，提高确定电网运行极限的计算速度和准确性。

对应于上述提供的电网运行极限确定方法，本发明还提供了以下实施系统：

一种电网运行极限确定系统，包括：

电网数据获取模块，用于获取电网数据，形成电网拓扑结构；所述电网数据包括：发电机参数、电网线路数据、变压器数据和节点负荷数据；

潮流获取模块，用于基于所述电网拓扑结构获取电网正常运行时的潮流；

目标线路确定模块，用于根据所述潮流确定所述电网拓扑模型中的目标线路；

断线线路范围确定模块，用于根据初始电网拓扑结构确定断线线路范围；

电网运行极限模型建立模块，用于基于所述目标线路建立电网运行极限模型；所述电网运行极限模型为基于混合整数线性规划的电网运行极限模型；

电网运行极限结果确定模块，用于采用多线程方式根据所述电网运行极限模型在所述断线线路范围内确定电网运行极限结果。

优选地，所述目标线路确定模块具体包括：

获取单元，用于获取电网线路中的线路额定传输容量和所述潮流中的有功功率；

目标线路确定单元，用于确定所述有功功率大于所述线路额定传输容量的设定百分比的线路为目标线路。

优选地，所述断线线路范围确定模块具体包括：

层级线路设定单元，用于将与所述目标线路相连的线路记为层级为1的线路，与所述层级为1的线路相连的线路记为层级为2的线路，依次类推，将与所述层级为n+1的线路相连的线路记为层级为n的线路；

设定值线路获取单元，用于获取层级小于设定值的线路；

断线线路范围确定单元，用于根据所述层级小于设定值的线路确定断线线路范围。

优选地，所述电网运行极限模型建立模块具体包括：

目标函数确定单元，用于以所述目标线路中有功功率的取值最大为目标函数；

约束建立单元，用于根据发电机节点发出的功率、负荷节点的功率和目标线路节点的有功功率建立等式约束和不等式约束；所述等式约束包括：节点有功功率平衡等式约束和线路状态变量总和等式约束；所述不等式约束包括：发电机功率限制约束、线路开断功率限制约束、线路直流潮流约束和相角约束；

电网运行极限模型构成单元，用于采用所述目标函数、所述等式约束和所述不等式约束构成所述电网运行极限模型；

其中，线路的有功功率最大的目标函数具体为：

maxp_ll∈L^T (1)

式中，p表示线路有功功率，L^T表示筛选出的目标线路集合，l表示在线路集合L^T中的某一条线路；

节点有功功率平衡等式约束为：

式中，G表示发电机节点集合，D表示含负荷节点集合，N表示所有节点的集合，p_gi表示发电机节点i发出的有功功率，p_di表示负荷节点功率，p_ij表示线路节点(i,j)的有功功率；

线路状态变量总和等式约束具体为：

式中，L^C表示断线线路范围线路集合，n表示L^C集合中线路的总数，s_ij为线路状态，s_ij∈{0,1}，0表示线路为断开状态，1表示线路为闭合状态；

线路直流潮流约束为：

p_ij+B_ijθ_ij＝0(i,j)∈L^R (4)

式中，L^R表示所有线路中除去L^C的剩余线，p_ij表示线路节点(i,j)的有功功率，B_ij为节点i与节点j之间导纳的虚部，θ_ij为节点i与节点j之间相角差；

发电机功率限制约束具体为：

式中，

表示发电机节点i发出的有功功率的最小值，

表示发电机节点i发出的有功功率的最大值，p_gi表示发电机节点i发出的有功功率；

线路开断功率限制约束具体为：

-Ms_ij≤p_ij≤Ms_ij (6)

式中，(i,j)∈L^C，M为一个常数，p_ij表示线路节点(i,j)的有功功率；

线路直流潮流约束具体为：

-(1-s_ij)M_ij≤p_ij+B_ijθ_ij≤(1-s_ij)M_ij(i,j)∈L^C (7)

式中，(i,j)∈L^C，B_ij为节点i与节点j之间导纳的虚部，θ_ij为节点i与节点j之间相角差，M_ij为线路节点(i,j)的一个常数；

相角约束具体为：

θ_slack＝0 (9)

式中，

表示节点i与节点j之间相角差的最小值，

表示节点i与节点j之间相角差的最大值，θ_slack表示平衡节点的相角。

优选地，所述电网运行极限结果确定模块具体包括：

目标线路运行极限结果确定单元，用于采用多线程方式根据所述电网运行极限模型在所述断线线路范围内确定每一所述目标线路的运行极限结果；

电网运行极限结果确定单元，用于在断线线路范围内除去在计算出的导致目标线路越限的线路故障集再进行计算，以此方法持续筛选故障集，直至求解出所有导致线路越限的故障集，得到最后的电网运行极限计算结果。

因本发明提供的电网运行极限确定系统达到的技术效果与上述提供的电网运行极限确定系统达到的技术效果相同，故在此不再进行赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的电网运行极限确定方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的电网运行极限确定方法实施流程图；

图3为本发明实施例提供的IEEE5节点系统图；

图4为本发明提供的电网运行极限确定系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种电网运行极限确定方法和系统，以能够准确地找出电网在断线状态下的运行极限，进而解决目前电网运行极限计算不准确且耗时耗力等问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供的电网运行极限确定方法，包括：

步骤100：获取电网数据，形成电网拓扑结构。电网数据包括：发电机参数、电网线路数据、变压器数据和节点负荷数据。

步骤101：基于电网数据和电网拓扑结构，获取电网正常运行时的潮流。具体的，主要是调用计算机软件对电网正常运行时的潮流进行计算。

步骤102：根据潮流确定电网拓扑模型中的目标线路。

步骤103：根据初始电网拓扑模型确定断线线路范围。

步骤104：基于目标线路建立电网运行极限模型。电网运行极限模型为基于混合整数线性规划的电网运行极限模型。

步骤105：采用多线程方式根据电网运行极限模型在断线线路范围内确定电网运行极限结果。

进一步，为减小计算规模，减少计算次数，首先调用计算软件进行潮流计算，获取电网正常运行时的潮流。通过对线路正常运行时的有功功率与线路额定传输容量对比，筛选出超过线路额定传输容量的设定百分比(优选超过线路额定传输容量50％)的线路作为目标线路。基于此原理，上述步骤102的实施过程为：

获取电网线路中的线路额定传输容量和潮流中的有功功率。

确定有功功率大于线路额定传输容量的设定百分比的线路为目标线路。

为了缩小断线线路的范围、减少迭代次数和计算时间，步骤103的具体实施过程为：将与目标线路相连的线路记为层级为1的线路，与层级为1的线路相连的线路记为层级为2的线路，依次类推，将与层级为n+1的线路相连的线路记为层级为n的线路。

获取层级小于设定值的线路。

根据层级小于设定值的线路确定断线线路范围。具体的，通过定义层级小于N的线路集合，筛选出断线对目标线路潮流影响大的集合作为断线线路范围。

上述步骤104的具体实施过程为：

以目标线路中有功功率的取值最大为目标函数。

根据发电机节点发出的功率、负荷节点的功率和目标线路节点的有功功率建立等式约束和不等式约束。等式约束包括：节点有功功率平衡等式约束和线路状态变量总和等式约束。不等式约束包括：发电机功率限制约束、线路开断功率限制约束、线路直流潮流约束和相角约束。

目标函数、等式约束和不等式约束构成电网运行极限模型。

其中，某条线路的有功功率最大的目标函数具体为：

maxp_ll∈L^T (1)

式中，p表示线路有功功率，L^T表示筛选出的目标线路集合，l表示在线路集合L^T中的某一条线路。

节点有功功率平衡等式约束为：

式中，G表示发电机节点集合，D表示含负荷节点集合，N表示所有节点的集合，p_gi表示发电机节点i发出的有功功率，p_di表示负荷节点功率，p_ij表示线路节点(i,j)的有功功率。

线路状态变量总和等式约束具体为：

式中，L^C表示断线线路范围线路集合，n表示L^C集合中线路的总数，s_ij为线路状态，s_ij∈{0,1}，0表示线路为断开状态，1表示线路为闭合状态。

线路直流潮流约束为：

p_ij+B_ijθ_ij＝0(i,j)∈L^R (4)

式中，L^R表示所有线路中除去L^C的剩余线，p_ij表示线路节点(i,j)的有功功率，B_ij为节点i与节点j之间导纳的虚部，θ_ij为节点i与节点j之间相角差。

发电机功率限制约束具体为：

式中，

表示发电机节点i发出的有功功率的最小值，

表示发电机节点i发出的有功功率的最大值，p_gi表示发电机节点i发出的有功功率。

线路开断功率限制约束具体为：

-Ms_ij≤p_ij≤Ms_ij (6)

式中，(i,j)∈L^C，M为一个常数，p_ij表示线路节点(i,j)的有功功率。

线路直流潮流约束具体为：

-(1-s_ij)M_ij≤p_ij+B_ijθ_ij≤(1-s_ij)M_ij(i,j)∈L^C (7)

式中，(i,j)∈L^C，B_ij为节点i与节点j之间导纳的虚部，θ_ij为节点i与节点j之间相角差，M_ij为线路节点(i,j)的一个常数。

相角约束具体为：

θ_slack＝0 (9)

式中，

表示节点i与节点j之间相角差的最小值，

表示节点i与节点j之间相角差的最大值，θ_slack表示平衡节点的相角。

上述步骤105的具体实施过程为：

采用多线程方式根据电网运行极限模型在断线线路范围内确定每一目标线路的运行极限结果。

在断线线路范围内除去在上一步骤计算出的导致目标线路越限的线路故障集再进行计算，以此方法持续筛选故障集，直至求解出所有导致线路越限的故障集，得到最后的电网运行极限计算结果。

进一步，步骤105确定运行极限结果的具体实施方式为：更换目标函数，分别以筛选出的目标线路中的其余线路为目标，建立混合整数线性规划模型。通过多线程的方式，让线程以后台方式调用程序计算求解，从而不阻塞主线程，便于用户浏览和进行其他操作。用户通过调整最大并行数，让多个求解任务并行，充分利用计算机资源，缩短计算时间。采用多线程方式并行求解所建立的多个电网运行极限模型，若目标线路有功功率超过其额定传输容量，则输出计算结果，得出电网运行极限结果。

上述筛选出的越限线路潮流以及致使目标线路越限的故障集，仅为每个目标函数下的一种故障情况，为求出所有导致目标线路越限的情况，应在断线范围内除去上述计算出的故障集再进行计算，以持续筛选故障集，直至求解出所有导致目标线路越限的故障集。

在实际应用过程中，在系统规模小时，采用上述确定目标线路和断线线路范围的方式或导致计算结果不准确，因此，当系统规模较小时，采用本发明上述提供的电网运行极限确定方法进行电网运行极限结果的确定时，不用确定目标线路和断线线路范围。

下面以图3所示的IEEE5节点系统为例，对本发明上述提供的电网运行极限确定方法的具体实施过程进行说明，在实际应用过程图中，本发明可以应用到任意的电网节点系统中。

如图2所示，基于IEEE5节点系统的电网运行极限确定方法的具体实施过程为：

S1：收集整理电网数据，形成初始电网拓扑模型，筛选模型目标线路范围与断线线路范围：

S11：收集电网数据，包括发电机参数、线路数据、变压器数据、节点负荷数据。对电网中的数据排序整理，再根据所形成数据对电网进行拓扑建模，形成初始的电网拓扑模型。

S12：筛选模型目标线路。为减小计算规模，减少计算次数，首先，针对S11中所生成的数据，调用计算软件MATLAB进行潮流计算，获取电网正常运行时的潮流。通过对线路正常运行时的有功功率与线路额定传输容量对比，筛选出超过该线路额定传输容量50％的线路作为接下来建立的混合整数规划模型的目标线路。

S13：筛选断线线路范围。划分电网网区，将与目标线路相连的线路定义为层级为1的线路，与层级为1的线路相连的线路定义为层级为2的线路，由此方式，通过定义层级小于N的线路集合，筛选出断线对目标线路潮流影响大的集合作为断线线路范围，缩小断线线路的范围。减少迭代次数和计算时间。

当本计算方法运用于大系统时，为减小计算规模，采用步骤S12减少需要计算的目标线路，采用步骤S13缩小引起目标线路越限的断线范围。在系统规模小时，采用步骤S12、S13导致计算结果不准确，因本实施例为IEEE5节点系统，因此不考虑步骤S12、S13。

S2：建立基于混合整数线性规划的电网运行极限模型：

S21：建立电网中某条线路的有功功率最大的目标函数，如上式(1)所示。

IEEE5节点系统线路集合为：

在IEEE5节点系统中选取线路

其有功功率p_1-2的取值最大作为目标函数。

S22：建立模型的等式约束，建立节点有功功率平衡等式约束以及线路状态变量总和等式约束。

其中IEEE5节点系统的运行参数如表1所示：

表1 IEEE5节点系统的运行参数表

基于上表1，建立IEEE5节点系统的有功功率平衡约束为：

S23：建立模型的不等式约束。不等式约束包括发电机功率限制约束、线路开断功率限制约束、线路直流潮流约束、相角约束。

IEEE5节点系统共有5台发电机，在本实施例中，建立IEEE5节点系统发电机功率限制约束为：

建立IEEE5节点系统的线路开断功率限制约束为：

建立IEEE5节点系统的线路直流潮流约束为：

建立IEEE5节点系统相角约束：

S3：求解模型。具体为：更换目标函数，分别以其余的线路

为目标，建立混合整数线性规划模型，采用多线程方式并行求解，利用CPLEX求解器求解所建立的五个混合整数线性规划模型，若目标线路有功功率超过其额定传输容量，则输出计算结果，得出电网运行极限结果。之所以采用CPLEX求解器求解混合整数线性规划问题，是因为CPLEX求解器求解技术成熟、鲁棒性强、计算效率高、准确性强，能够提高求解电网运行极限的计算速度和准确性。

S4：在断线线路范围内除去S3中计算出的故障集，重新进行计算，以此方法持续筛选故障集，直至求解出所有导致线路越限的故障集，得到准确的电网运行极限计算结果。

综上，本发明提供的电网运行极限确定方法可有效克服现有技术求解效率低、鲁棒性差和结果不确定性等问题。并且，本发明采用基于混合整数线性规划的电网运行极限模型和多线程的方式将多个模型进行并行求解，具有鲁棒性强、计算效率高、准确性强等特点，能够提高求解电网运行极限的计算速度和准确性。

此外，对应于上述提供的电网运行极限确定方法，本发明还提供了一种电网运行极限确定系统。如图4所示，该电网运行极限确定系统包括：电网数据获取模块1、潮流获取模块2、目标线路确定模块3、断线线路范围确定模块4、电网运行极限模型建立模块5和电网运行极限结果确定模块6。

其中，电网数据获取模块1用于获取电网数据，形成电网拓扑结构。电网数据包括：发电机参数、电网线路数据、变压器数据和节点负荷数据。

潮流获取模块2用于基于电网数据和电网拓扑结构，获取电网正常运行时的潮流。

目标线路确定模块3用于根据潮流确定电网拓扑模型中的目标线路。

断线线路范围确定模块4用于根据初始电网拓扑结构确定断线线路范围。

电网运行极限模型建立模块5用于基于目标线路建立电网运行极限模型。电网运行极限模型为基于混合整数线性规划的电网运行极限模型。

电网运行极限结果确定模块6用于采用多线程方式根据电网运行极限模型在断线线路范围内确定电网运行极限结果。

进一步，上述目标线路确定模块3优选包括：获取单元和目标线路确定单元。

其中，获取单元用于获取电网线路中的线路额定传输容量和潮流中的有功功率。

目标线路确定单元用于确定有功功率大于线路额定传输容量的设定百分比的线路为目标线路。

进一步，上述断线线路范围确定模块4优选包括：层级线路设定单元、设定值线路获取单元和断线线路范围确定单元。

其中，层级线路设定单元用于将与目标线路相连的线路记为层级为1的线路，与层级为1的线路相连的线路记为层级为2的线路，依次类推，将与层级为n+1的线路相连的线路记为层级为n的线路。

设定值线路获取单元用于获取层级小于设定值的线路。

断线线路范围确定单元用于根据层级小于设定值的线路确定断线线路范围。

进一步，上述电网运行极限模型建立模块5优选包括：目标函数确定单元、约束建立单元和电网运行极限模型构成单元。

其中，目标函数确定单元用于以目标线路中有功功率的取值最大为目标函数。

约束建立单元用于根据发电机节点发出的功率、负荷节点的功率和目标线路节点的有功功率建立等式约束和不等式约束。等式约束包括：节点有功功率平衡等式约束和线路状态变量总和等式约束。不等式约束包括：发电机功率限制约束、线路开断功率限制约束、线路直流潮流约束和相角约束。

电网运行极限模型构成单元用于采用目标函数、等式约束和不等式约束构成电网运行极限模型。

其中，线路的有功功率最大的目标函数具体为：

maxp_ll∈L^T (1)

式中，p表示线路有功功率，L^T表示筛选出的目标线路集合，l表示在线路集合L^T中的某一条线路。

节点有功功率平衡等式约束为：

式中，G表示发电机节点集合，D表示含负荷节点集合，N表示所有节点的集合，p_gi表示发电机节点i发出的有功功率，p_di表示负荷节点功率，p_ij表示线路节点(i,j)的有功功率。

线路状态变量总和等式约束具体为：

式中，L^C表示断线线路范围线路集合，n表示L^C集合中线路的总数，s_ij为线路状态，s_ij∈{0,1}，0表示线路为断开状态，1表示线路为闭合状态。

线路直流潮流约束为：

p_ij+B_ijθ_ij＝0(i,j)∈L^R (4)

式中，L^R表示所有线路中除去L^C的剩余线，p_ij表示线路节点(i,j)的有功功率，B_ij为节点i与节点j之间导纳的虚部，θ_ij为节点i与节点j之间相角差。

发电机功率限制约束具体为：

式中，

表示发电机节点i发出的有功功率的最小值，

表示发电机节点i发出的有功功率的最大值，p_gi表示发电机节点i发出的有功功率。

线路开断功率限制约束具体为：

-Ms_ij≤p_ij≤Ms_ij (6)

式中，(i,j)∈L^C，M为一个常数，p_ij表示线路节点(i,j)的有功功率。

线路直流潮流约束具体为：

-(1-s_ij)M_ij≤p_ij+B_ijθ_ij≤(1-s_ij)M_ij(i,j)∈L^C (7)

式中，(i,j)∈L^C，B_ij为节点i与节点j之间导纳的虚部，θ_ij为节点i与节点j之间相角差，M_ij为线路节点(i,j)的一个常数。

相角约束具体为：

θ_slack＝0 (9)

式中，

表示节点i与节点j之间相角差的最小值，

表示节点i与节点j之间相角差的最大值，θ_slack表示平衡节点的相角。

进一步，上述电网运行极限结果确定模块6优选包括：目标线路运行极限结果确定单元和电网运行极限结果确定单元。

其中，目标线路运行极限结果确定单元用于采用多线程方式根据电网运行极限模型在断线线路范围内确定每一目标线路的运行极限结果。

电网运行极限结果确定单元用于在断线线路范围内除去在计算出的导致目标线路越限的线路故障集再进行计算，以此方法持续筛选故障集，直至求解出所有导致线路越限的故障集，得到最后的电网运行极限计算结果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种电网运行极限确定方法，其特征在于，包括：

一种电网运行极限确定方法，包括：

获取电网数据，形成电网拓扑模型；所述电网数据包括：发电机参数、电网线路数据、变压器数据和节点负荷数据；

基于所述电网数据和所述电网拓扑模型获取电网正常运行时的潮流；

根据所述潮流确定所述电网拓扑模型中的目标线路；

根据初始电网拓扑结构确定断线线路范围；

基于所述目标线路建立电网运行极限模型；所述电网运行极限模型为基于混合整数线性规划的电网运行极限模型；

采用多线程方式根据所述电网运行极限模型在所述断线线路范围内确定电网运行极限结果；

所述基于所述目标线路建立电网运行极限模型，具体包括：

以所述目标线路中有功功率的取值最大为目标函数；

根据发电机节点发出的功率、负荷节点的功率和目标线路节点的有功功率建立等式约束和不等式约束；所述等式约束包括：节点有功功率平衡等式约束和线路状态变量总和等式约束；所述不等式约束包括：发电机功率限制约束、线路开断功率限制约束、线路直流潮流约束和相角约束；

所述目标函数、所述等式约束和所述不等式约束构成所述电网运行极限模型；

其中，线路的有功功率最大的目标函数具体为：

maxp_l l∈L^T (1)

式中，p表示线路有功功率，L^T表示筛选出的目标线路集合，l表示在线路集合L^T中的某一条线路；

节点有功功率平衡等式约束为：

式中，G表示发电机节点集合，D表示含负荷节点集合，N表示所有节点的集合，p_gi表示发电机节点i发出的有功功率，p_di表示负荷节点功率，p_ij表示线路节点(i,j)的有功功率；

线路状态变量总和等式约束具体为：

式中，L^C表示断线线路范围线路集合，n表示L^C集合中线路的总数，s_ij为线路状态，s_ij∈{0,1}，0表示线路为断开状态，1表示线路为闭合状态；

线路直流潮流约束为：

p_ij+B_ijθ_ij＝0(i,j)∈L^R (4)

式中，L^R表示所有线路中除去L^C的剩余线，p_ij表示线路节点(i,j)的有功功率，B_ij为节点i与节点j之间导纳的虚部，θ_ij为节点i与节点j之间相角差；

发电机功率限制约束具体为：

式中，

表示发电机节点i发出的有功功率的最小值，

表示发电机节点i发出的有功功率的最大值，p_gi表示发电机节点i发出的有功功率；

线路开断功率限制约束具体为：

-Ms_ij≤p_ij≤Ms_ij (6)

式中，(i,j)∈L^C，M为一个常数，p_ij表示线路节点(i,j)的有功功率；

线路直流潮流约束具体为：

-(1-s_ij)M_ij≤p_ij+B_ijθ_ij≤(1-s_ij)M_ij(i,j)∈L^C (7)

式中，(i,j)∈L^C，B_ij为节点i与节点j之间导纳的虚部，θ_ij为节点i与节点j之间相角差，M_ij为线路节点(i,j)的一个常数；

相角约束具体为：

θ_slack＝0 (9)

式中，

表示节点i与节点j之间相角差的最小值，

表示节点i与节点j之间相角差的最大值，θ_slack表示平衡节点的相角。

2.根据权利要求1所述的电网运行极限确定方法，其特征在于，所述根据所述潮流确定所述电网拓扑模型中的目标线路，具体包括：

获取电网线路中的线路额定传输容量和所述潮流中的有功功率；

确定所述有功功率大于所述线路额定传输容量的设定百分比的线路为目标线路。

3.根据权利要求1所述的电网运行极限确定方法，其特征在于，所述根据初始电网拓扑结构确定断线线路范围，具体包括：

将与所述目标线路相连的线路记为层级为1的线路，与所述层级为1的线路相连的线路记为层级为2的线路，依次类推，将与所述层级为n+1的线路相连的线路记为层级为n的线路；

获取层级小于设定值的线路；

根据所述层级小于设定值的线路确定断线线路范围。

4.根据权利要求1所述的电网运行极限确定方法，其特征在于，所述采用多线程方式根据所述电网运行极限模型确定电网运行极限结果，具体包括：

采用多线程方式根据所述电网运行极限模型在所述断线线路范围内确定每一所述目标线路的运行极限结果；

在断线线路范围内除去在计算出的导致目标线路越限的线路故障集再进行计算，以此方法持续筛选故障集，直至求解出所有导致线路越限的故障集，得到最后的电网运行极限计算结果。

5.一种电网运行极限确定系统，其特征在于，包括：

电网数据获取模块，用于获取电网数据，形成电网拓扑模型 ；所述电网数据包括：发电机参数、电网线路数据、变压器数据和节点负荷数据；

潮流获取模块，用于基于所述电网拓扑结构获取电网正常运行时的潮流；

目标线路确定模块，用于根据所述潮流确定所述电网拓扑模型中的目标线路；

断线线路范围确定模块，用于根据初始电网拓扑结构确定断线线路范围；

电网运行极限模型建立模块，用于基于所述目标线路建立电网运行极限模型；所述电网运行极限模型为基于混合整数线性规划的电网运行极限模型；

电网运行极限结果确定模块，用于采用多线程方式根据所述电网运行极限模型在所述断线线路范围内确定电网运行极限结果；

所述电网运行极限模型建立模块具体包括：

目标函数确定单元，用于以所述目标线路中有功功率的取值最大为目标函数；

约束建立单元，用于根据发电机节点发出的功率、负荷节点的功率和目标线路节点的有功功率建立等式约束和不等式约束；所述等式约束包括：节点有功功率平衡等式约束和线路状态变量总和等式约束；所述不等式约束包括：发电机功率限制约束、线路开断功率限制约束、线路直流潮流约束和相角约束；

电网运行极限模型构成单元，用于采用所述目标函数、所述等式约束和所述不等式约束构成所述电网运行极限模型；

其中，线路的有功功率最大的目标函数具体为：

maxp_l l∈L^T (1)

式中，p表示线路有功功率，L^T表示筛选出的目标线路集合，l表示在线路集合L^T中的某一条线路；

节点有功功率平衡等式约束为：

式中，G表示发电机节点集合，D表示含负荷节点集合，N表示所有节点的集合，p_gi表示发电机节点i发出的有功功率，p_di表示负荷节点功率，p_ij表示线路节点(i,j)的有功功率；

线路状态变量总和等式约束具体为：

式中，L^C表示断线线路范围线路集合，n表示L^C集合中线路的总数，s_ij为线路状态，s_ij∈{0,1}，0表示线路为断开状态，1表示线路为闭合状态；

线路直流潮流约束为：

p_ij+B_ijθ_ij＝0(i,j)∈L^R (4)

式中，L^R表示所有线路中除去L^C的剩余线，p_ij表示线路节点(i,j)的有功功率，B_ij为节点i与节点j之间导纳的虚部，θ_ij为节点i与节点j之间相角差；

发电机功率限制约束具体为：

式中，

表示发电机节点i发出的有功功率的最小值，

表示发电机节点i发出的有功功率的最大值，p_gi表示发电机节点i发出的有功功率；

线路开断功率限制约束具体为：

-Ms_ij≤p_ij≤Ms_ij (6)

式中，(i,j)∈L^C，M为一个常数，p_ij表示线路节点(i,j)的有功功率；

线路直流潮流约束具体为：

-(1-s_ij)M_ij≤p_ij+B_ijθ_ij≤(1-s_ij)M_ij(i,j)∈L^C (7)

式中，(i,j)∈L^C，B_ij为节点i与节点j之间导纳的虚部，θ_ij为节点i与节点j之间相角差，M_ij为线路节点(i,j)的一个常数；

相角约束具体为：

θ_slack＝0 (9)

式中，

表示节点i与节点j之间相角差的最小值，

表示节点i与节点j之间相角差的最大值，θ_slack表示平衡节点的相角。

6.根据权利要求5所述的电网运行极限确定系统，其特征在于，所述目标线路确定模块具体包括：

获取单元，用于获取电网线路中的线路额定传输容量和所述潮流中的有功功率；

目标线路确定单元，用于确定所述有功功率大于所述线路额定传输容量的设定百分比的线路为目标线路。

7.根据权利要求5所述的电网运行极限确定系统，其特征在于，所述断线线路范围确定模块具体包括：

层级线路设定单元，用于将与所述目标线路相连的线路记为层级为1的线路，与所述层级为1的线路相连的线路记为层级为2的线路，依次类推，将与所述层级为n+1的线路相连的线路记为层级为n的线路；

设定值线路获取单元，用于获取层级小于设定值的线路；

断线线路范围确定单元，用于根据所述层级小于设定值的线路确定断线线路范围。

8.根据权利要求5所述的电网运行极限确定系统，其特征在于，所述电网运行极限结果确定模块具体包括：

目标线路运行极限结果确定单元，用于采用多线程方式根据所述电网运行极限模型在所述断线线路范围内确定每一所述目标线路的运行极限结果；

电网运行极限结果确定单元，用于在断线线路范围内除去在计算出的导致目标线路越限的线路故障集再进行计算，以此方法持续筛选故障集，直至求解出所有导致线路越限的故障集，得到最后的电网运行极限计算结果。

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