CN113708382A - 基于故障严重程度最小化的调相机选址方法及装置 - Google Patents

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谭镇东
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宋炎侃
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Abstract

本发明提供一种基于故障严重程度最小化的调相机选址方法及装置，该方法包括：在任一线路发生故障条件下，确定每一母线的故障程度，根据所有母线故障程度，确定总故障程度，并确定所有线路中总故障程度最大的线路；对于总故障程度最大的线路，在每一母线处分别添加调相机且线路发生故障条件下，确定所有母线的故障程度，根据所有母线故障程度，确定添加调相机母线对应的总故障程度；将添加调相机时使总故障程度最小的母线，作为调相机的选址结果。该方法通过故障严重程度最小化的调相机选址作为同步调相机的选址参考指标，可以找到最适合新建调相机的母线位置，为系统无功电压支撑提供优化策略方案。同时结合电磁暂态仿真，可提高调相机选址效率。

Description

基于故障严重程度最小化的调相机选址方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种基于故障严重程度最小化的调相机选址方法及装置。
背景技术
大规模实际电网在运行中可能出现N-1、N-2故障后电压失稳的问题。一种解决方案是采用同步调相机为关键节点提供无功支撑。
同步调相机，本质上是一种运行在特殊工作状态的同步电机，同步调相机的主要作用是根据电力系统状态的变化，自动的在电网电压下降时向电网输出感性无功功率，在电网电压上升时吸收电网的感性无功功率，以维持电网无功功率的平衡，保证电网电压的稳定，提高电力系统的稳定性，改善电网电压质量。同步调相机，作为常用的无功补偿设备之一，有独特的优势：同步调相机的使用寿命长，占地面积小。此外，同步调相机的运行稳定性较好，本质上是不带机械负载的同步电动机，制造和维护的经验丰富。
对于实际电网在运行中可能出现N-1、N-2故障后电压失稳的问题，需要在特定节点处添加同步调相机提供无功支撑。对于成千上万节点的大规模电力系统而言，新增调相机有很多可以选择的位置。然而并非所有选址都能满足电网电压失稳问题。目前，对于新增同步调相机的选址问题仍然缺乏研究，准确的对同步调相机进行选址，以提高同步调相机的效果，成为亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于故障严重程度最小化的调相机选址方法及装置。
本发明提供一种基于故障严重程度最小化的调相机选址方法，包括：在任一线路发生故障条件下，确定每一母线的故障程度，根据所有母线的故障程度，确定系统的总故障程度，并确定所有线路中总故障程度最大的线路；对于总故障程度最大的线路，在每一母线处分别添加调相机且线路发生故障条件下，确定每一母线的故障程度，根据所有母线的故障程度，确定添加调相机母线对应的总故障程度；将添加调相机时，使总故障程度最小的母线，作为调相机的选址结果。
根据本发明一个实施例的基于故障严重程度最小化的调相机选址方法，所述确定每一母线的故障程度，包括：通过电磁暂态仿真，确定每一母线的故障程度。
根据本发明一个实施例的基于故障严重程度最小化的调相机选址方法，确定每一母线的故障程度，包括：根据每一母线电压故障前后的电压偏差百分比，确定对应母线的故障程度。
根据本发明一个实施例的基于故障严重程度最小化的调相机选址方法，所述根据每一母线电压故障前后的电压偏差百分比，确定对应母线的故障程度，包括：
根据下式确定每一母线的故障程度
Figure BDA0003161400230000021
Figure BDA0003161400230000022
其中，Rj为j号母线的电压偏差百分比，IL和IG分别是负载和发电机母线的集合；tcl是故障清除的时间，ts为3S；N为所有母线的数量。
根据本发明一个实施例的基于故障严重程度最小化的调相机选址方法，所述根据所有母线的故障程度，确定系统的总故障程度，包括：任一仿真时刻，对所有母线的故障程度求均值，得到仿真时刻的系统故障程度；对所有仿真时刻的系统故障程度进行求均值，得到系统的总故障程度。
根据本发明一个实施例的基于故障严重程度最小化的调相机选址方法，所述根据所有母线的故障程度，确定添加调相机母线对应的总故障程度，包括：任一仿真时刻，对所有母线的故障程度求均值，得到仿真时刻的系统故障程度；对所有仿真时刻的系统故障程度进行求均值，得到添加调相机母线对应的总故障程度。
根据本发明一个实施例的基于故障严重程度最小化的调相机选址方法，所述线路的故障类型，包括N-1故障。
本发明还提供一种基于故障严重程度最小化的调相机选址装置，包括：故障线路选取模块，用于在任一线路发生故障条件下，确定每一母线的故障程度，根据所有母线的故障程度，确定系统的总故障程度，并确定所有线路中总故障程度最大的线路；故障母线选取模块，用于对于总故障程度最大的线路，在每一母线处分别添加调相机且线路发生故障条件下，确定每一母线的故障程度，根据所有母线的故障程度，确定添加调相机母线对应的总故障程度；调相选址输出模块，用于将添加调相机时，使总故障程度最小的母线，作为调相机的选址结果。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述基于故障严重程度最小化的调相机选址方法的步骤。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于故障严重程度最小化的调相机选址方法的步骤。
本发明提供的基于故障严重程度最小化的调相机选址方法及装置，通过故障严重程度最小化的调相机选址作为同步调相机的选址参考指标，可以找到最适合于新建调相机的母线位置，为系统的无功电压支撑提供优化的策略方案。同时结合电磁暂态仿真，可实现快速而准确的总故障程度的计算，提高调相机选址效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的基于故障严重程度最小化的调相机选址方法的流程示意图之一；
图2是本发明提供的基于故障严重程度最小化的调相机选址方法的流程示意图之二；
图3是本发明提供的基于故障严重程度最小化的调相机选址装置的结构示意图；
图4是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
对于大规模电网的动态特性分析依赖于时域仿真。传统上，大型输变电系统的暂态稳定分析都是采用的机电暂态仿真程序，然而随着电力系统的发展，现代电网集成了越来越多的复杂元件，如可再生能源装置和HVDC高压直流输电装置，机电暂态仿真程序在面对换相失败，次同步振荡等复杂故障时，仿真精度已经达不到要求。因此，目前对实际电网的动态特性分析需要采用电磁暂态仿真。
电力系统电磁暂态仿真的基本算法(electromagnetic transient program，以下简称为EMTP)是在20世纪60年代初由Dommel等人提出，最初是用来研究电力系统暂态过电压的问题。随着技术发展，电网中的高压直流输电系统和电力电子元件的越来越多，为了更好的仿真电网的暂态过程，电磁暂态仿真越来越重要，出现了商用化的使用较为成熟的电磁暂态仿真软件，如EMTP-RV，PSCAD/EMTDC和CloudPSS等。
本发提供一种基于电磁暂态仿真故障严重程度最小化的调相机选址优化方法，通过计算各处故障的严重程度，筛选出最严重的N-1故障。进一步，可通过大量电磁暂态仿真进行测试，选取使原最严重N-1故障的严重程度降低至最小的调相机选址方案，用于指导电网建设及预防事故。
下面结合图1-图4描述本发明的基于故障严重程度最小化的调相机选址方法及装置。图1是本发明提供的基于故障严重程度最小化的调相机选址方法的流程示意图之一，如图1所示，本发明提供基于故障严重程度最小化的调相机选址方法，包括：
101、在任一线路发生故障条件下，确定每一母线的故障程度，根据所有母线的故障程度，确定系统的总故障程度，并确定所有线路中总故障程度最大的线路。
整个方法的执行可以通过仿真实现，在一个可选实施例中，通过电磁暂态仿真，确定任一线路发生故障时，每一母线的故障程度。电磁暂态仿真，能够提高调相机选址准确性，以下均以此为例进行说明。同时，以线路发生N-1故障为例，N－1故障通常是指在正常运行方式下的电力系统中任一元件(如线路、发电机、变压器等)无故障或因故障断开，电力系统应能保持稳定运行和正常供电，其他元件不过负荷，电压和频率均在允许范围内。
对于系统中的每条线路的N-1故障，都可以通过电磁暂态仿真，计算出每条母线的故障程度。根据所有母线的故障程度，综合评价故障线路的总故障程度。将最大N-1故障作为系统中最严重的故障，然后将其用于确定调相机的位置。
102、对于总故障程度最大的线路，在每一母线处分别添加调相机且线路发生故障条件下，确定每一母线的故障程度，根据所有母线的故障程度，确定添加调相机母线对应的总故障程度。
当已经确定了系统中最严重的N-1故障后(记为传输线i处的故障)，在此故障基础上，可以在电网中可添加调相机的母线位置中遍历选取一个位置，添加调相机，并进行电磁暂态仿真，分别确定添加调相机后的系统故障程度。
103、将添加调相机时，使总故障程度最小的母线，作为调相机的选址结果。
即总故障程度最大的线路发生N-1故障时，某一母线添加调相机后，使系统总故障程度最小，则将该母线处作为调相机的选址位置。
本发明提供的基于故障严重程度最小化的调相机选址方法，通过故障严重程度最小化的调相机选址作为同步调相机的选址参考指标，可以找到最适合于新建调相机的母线位置，为系统的无功电压支撑提供优化的策略方案。同时结合电磁暂态仿真，可实现快速而准确的总故障程度的计算，提高调相机选址效率。
在一个实施例中，所述确定每一母线的故障程度，包括：通过电磁暂态仿真，确定每一母线的故障程度。图2是本发明提供的基于故障严重程度最小化的调相机选址方法的流程示意图之二，如图2所示，上述实施例已作具体说明，此处不再赘述。本发明实施例提供的基于故障严重程度最小化的调相机选址方法，通过采用电磁暂态仿真计算结果，作为调相机选址方案的数据来源，具有较高的准确性。通过大量仿真来确定最优的调相机位置，其结果具有充足的数据支持，具有准确性和可靠性。
在一个实施例中，确定每一母线的故障程度，包括：根据每一母线电压故障前后的电压偏差百分比，确定对应母线的故障程度。
例如，定义母线j的电压偏差百分比Rj为：
Figure BDA0003161400230000071
其中，Vj(t)是t时刻母线j电压有效值，
Figure BDA0003161400230000072
是故障前的初始电压幅值。
在一个实施例中，所述根据每一母线电压故障前后的电压偏差百分比，确定对应母线的故障程度，包括：
根据下式确定每一母线的故障程度
Figure BDA0003161400230000073
Figure BDA0003161400230000074
其中，Rj为j号母线的电压偏差百分比，IL和IG分别是负载和发电机母线的集合；tcl是故障清除的时间，ts为3S；N为所有母线的数量。
对应地，假设i号传输线发生故障，可以定义t时刻j号母线的故障的严重程度SIij t的计算方式如上式所示。对于tcl≤t＜ts和ts≤t对应的条件，只要满足其中一个，母线的故障程度就为1，若都不满足，则故障程度为0。
在一个实施例中，所述根据所有母线的故障程度，确定系统的总故障程度，包括：任一仿真时刻，对所有母线的故障程度求均值，得到仿真时刻的系统故障程度；对所有仿真时刻的系统故障程度进行求均值，得到系统的总故障程度。
对SIij t求和并除以仿真总T，可以得到线路i发生N-1故障的严重程度参数SIi，SIi越大，代表故障越严重。如下式所示。
Figure BDA0003161400230000081
对于系统中的每一个N-1故障，都可以通过电磁暂态仿真，计算出一个SIi，选择具有最大SIi的N-1故障作为系统中最严重的故障，然后将其用于确定调相机的位置。
在一个实施例中，所述根据所有母线的故障程度，确定添加调相机母线对应的总故障程度，包括：任一仿真时刻，对所有母线的故障程度求均值，得到仿真时刻的系统故障程度；对所有仿真时刻的系统故障程度进行求均值，得到添加调相机母线对应的总故障程度。
当已经确定了系统中最严重的N-1故障后(记为传输线i处的故障)，可以在电网中可添加调相机的位置中遍历选取一个位置，添加调相机，并进行电磁暂态仿真，通过下式计算该N-1故障的严重程度。假设在k号母线处添加了调相机
Figure BDA0003161400230000082
可以通过电磁暂态仿真计算出在传输线i处故障的系统严重程度SIi k表示为：
Figure BDA0003161400230000083
可以计算出所有可选的位置k对应的系统严重程度SIi k，以此选定故障严重程度最低的母线，记为km，使得下式成立：
Figure BDA0003161400230000084
由此就确定了调相机的最佳选址，即km位置。
在一个实施例中，线路故障类型，为N-1相故障。采用N-1故障的严重程度作为优化的指标，符合实际电网稳态仿真的需求。
下面对本发明提供的基于故障严重程度最小化的调相机选址装置进行描述，下文描述的基于故障严重程度最小化的调相机选址装置与上文描述的基于故障严重程度最小化的调相机选址方法可相互对应参照。
图3是本发明提供的基于故障严重程度最小化的调相机选址装置的结构示意图，如图3所示，该基于故障严重程度最小化的调相机选址装置包括：故障线路选取模块301、故障母线选取模块302和调相选址输出模块303。其中，故障线路选取模块301用于在任一线路发生故障条件下，确定每一母线的故障程度，根据所有母线的故障程度，确定系统的总故障程度，并确定所有线路中总故障程度最大的线路；故障母线选取模块302用于对于总故障程度最大的线路，在每一母线处分别添加调相机且线路发生故障条件下，确定每一母线的故障程度，根据所有母线的故障程度，确定添加调相机母线对应的总故障程度；调相选址输出模块303用于将添加调相机时，使总故障程度最小的母线，作为调相机的选址结果。
在一个装置实施例中，所述故障线路选取模块，具体用于通过电磁暂态仿真，确定每一母线的故障程度。
在一个装置实施例中，所述故障线路选取模块，具体用于根据故障发生后，每一母线电压故障前后的电压偏差百分比，确定对应母线的故障程度。
本发明实施例提供的装置实施例是为了实现上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述方法实施例，此处不再赘述。
本发明实施例提供的基于故障严重程度最小化的调相机选址装置，通过故障严重程度最小化的调相机选址作为同步调相机的选址参考指标，可以找到最适合于新建调相机的母线位置，为系统的无功电压支撑提供优化的策略方案。同时结合电磁暂态仿真，可实现快速而准确的总故障程度的计算，提高调相机选址效率。
图4是本发明提供的电子设备的结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)401、通信接口(Communications Interface)402、存储器(memory)403和通信总线404，其中，处理器401，通信接口402，存储器403通过通信总线404完成相互间的通信。处理器401可以调用存储器403中的逻辑指令，以执行基于故障严重程度最小化的调相机选址方法，该方法包括：在任一线路发生故障条件下，确定每一母线的故障程度，根据所有母线的故障程度，确定系统的总故障程度，并确定所有线路中总故障程度最大的线路；对于总故障程度最大的线路，在每一母线处分别添加调相机且线路发生故障条件下，确定每一母线的故障程度，根据所有母线的故障程度，确定添加调相机母线对应的总故障程度；将添加调相机时，使总故障程度最小的母线，作为调相机的选址结果。
此外，上述的存储器403中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的基于故障严重程度最小化的调相机选址方法，该方法包括：在任一线路发生故障条件下，确定每一母线的故障程度，根据所有母线的故障程度，确定系统的总故障程度，并确定所有线路中总故障程度最大的线路；对于总故障程度最大的线路，在每一母线处分别添加调相机且线路发生故障条件下，确定每一母线的故障程度，根据所有母线的故障程度，确定添加调相机母线对应的总故障程度；将添加调相机时，使总故障程度最小的母线，作为调相机的选址结果。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的基于故障严重程度最小化的调相机选址方法，该方法包括：在任一线路发生故障条件下，确定每一母线的故障程度，根据所有母线的故障程度，确定系统的总故障程度，并确定所有线路中总故障程度最大的线路；对于总故障程度最大的线路，在每一母线处分别添加调相机且线路发生故障条件下，确定每一母线的故障程度，根据所有母线的故障程度，确定添加调相机母线对应的总故障程度；将添加调相机时，使总故障程度最小的母线，作为调相机的选址结果。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于故障严重程度最小化的调相机选址方法，其特征在于，包括：
在任一线路发生故障条件下，确定每一母线的故障程度，根据所有母线的故障程度，确定系统的总故障程度，并确定所有线路中总故障程度最大的线路；
对于总故障程度最大的线路，在每一母线处分别添加调相机且线路发生故障条件下，确定每一母线的故障程度，根据所有母线的故障程度，确定添加调相机母线对应的总故障程度；
将添加调相机时，使总故障程度最小的母线，作为调相机的选址结果。
2.根据权利要求1所述的基于故障严重程度最小化的调相机选址方法，其特征在于，所述确定每一母线的故障程度，包括：
通过电磁暂态仿真，确定每一母线的故障程度。
3.根据权利要求1所述的基于故障严重程度最小化的调相机选址方法，其特征在于，确定每一母线的故障程度，包括：
根据每一母线电压故障前后的电压偏差百分比，确定对应母线的故障程度。
4.根据权利要求3所述的基于故障严重程度最小化的调相机选址方法，其特征在于，所述根据每一母线电压故障前后的电压偏差百分比，确定对应母线的故障程度，包括：
根据下式确定每一母线的故障程度
Figure FDA0003161400220000011
Figure FDA0003161400220000012
其中，Rj为j号母线的电压偏差百分比，IL和IG分别是负载和发电机母线的集合；tcl是故障清除的时间，ts为3S；N为所有母线的数量。
5.根据权利要求2所述的基于故障严重程度最小化的调相机选址方法，其特征在于，所述根据所有母线的故障程度，确定系统的总故障程度，包括：
任一仿真时刻，对所有母线的故障程度求均值，得到仿真时刻的系统故障程度；
对所有仿真时刻的系统故障程度进行求均值，得到系统的总故障程度。
6.根据权利要求2所述的基于故障严重程度最小化的调相机选址方法，其特征在于，所述根据所有母线的故障程度，确定添加调相机母线对应的总故障程度，包括：
任一仿真时刻，对所有母线的故障程度求均值，得到仿真时刻的系统故障程度；
对所有仿真时刻的系统故障程度进行求均值，得到添加调相机母线对应的总故障程度。
7.根据权利要求1所述的基于故障严重程度最小化的调相机选址方法，其特征在于，所述线路的故障类型，包括N-1故障。
8.一种基于故障严重程度最小化的调相机选址装置，其特征在于，包括：
故障线路选取模块，用于在任一线路发生故障条件下，确定每一母线的故障程度，根据所有母线的故障程度，确定系统的总故障程度，并确定所有线路中总故障程度最大的线路；
故障母线选取模块，用于对于总故障程度最大的线路，在每一母线处分别添加调相机且线路发生故障条件下，确定每一母线的故障程度，根据所有母线的故障程度，确定添加调相机母线对应的总故障程度；
调相选址输出模块，用于将添加调相机时，使总故障程度最小的母线，作为调相机的选址结果。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述基于故障严重程度最小化的调相机选址方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述基于故障严重程度最小化的调相机选址方法的步骤。
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CN112671002A (zh) * 2020-12-29 2021-04-16 国电南瑞科技股份有限公司 提升新能源高占比电网输电能力的调相机配置方法和装置

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