專利名稱：輸電網(wǎng)嚴重故障后的電壓穩(wěn)定裕度實時評估與最優(yōu)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電網(wǎng)在線電壓安全評估和控制領(lǐng)域，是一種不依賴于預想故障集即可 快速獲得故障后系統(tǒng)電壓穩(wěn)定信息和最優(yōu)控制策略的方法。
背景技術(shù)：
2008年初，我國南方大部分地區(qū)出現(xiàn)了歷史上罕見的持續(xù)低溫、雨雪冰凍極端天 氣，造成輸變電設(shè)施嚴重覆冰，輸電線路發(fā)生倒塔、斷線、跳間，部分地區(qū)大面積停電。這場 冰災對電網(wǎng)今后的安全穩(wěn)定運行提出了新的要求，即在冰災等嚴重自然災害下，輸電網(wǎng)如 果發(fā)生嚴重故障(多條線路、變壓器、發(fā)電機停運)，如何對電網(wǎng)運行狀況作出快速準確的 評估？如何實時計算電網(wǎng)安全穩(wěn)定裕度？如果電網(wǎng)已經(jīng)失去穩(wěn)定，如何快速給出電網(wǎng)恢復 策略以供運行人員參考是亟待解決的問題。目前，對于故障后電網(wǎng)電壓穩(wěn)定在線評估及控制的方法有以下幾種1、低電壓切負荷方案。該方案已經(jīng)在電力系統(tǒng)中獲得廣泛應用，它通過在線監(jiān)視 若干關(guān)鍵節(jié)點的電壓值來進行電壓穩(wěn)定監(jiān)視，當節(jié)點電壓低于給定數(shù)值時，按照預訂順序 進行切負荷操作。該方案具有監(jiān)控量簡明直觀、無須大量計算、易于實施的優(yōu)點，其不足在 于不能向運行人員提供“距離電壓失穩(wěn)點還有多遠”的電壓穩(wěn)定充裕度信息，不能對尚未發(fā) 生的預想故障進行計算處理，因此不能實現(xiàn)電壓穩(wěn)定的預防控制，也無法獲得電壓恢復的 最優(yōu)控制策略。2、基于電壓穩(wěn)定狀態(tài)指標的方案。該方案通過計算電壓穩(wěn)定性局部指標(L指標、 VIP指標等)或全局指標(特征值/奇異值指標、能量函數(shù)指標、各種靈敏度指標等)進行 電壓穩(wěn)定監(jiān)視，通過事先編制的控制策略進行電壓穩(wěn)定控制。該方案能夠為運行人員提供 一定的局部或全局電壓穩(wěn)定充裕度信息，但是這些指標不夠簡明直觀，電壓穩(wěn)定充裕度大 小與指標大小之間的線性性差，在復雜電力系統(tǒng)中的有效性尚有待檢驗，并且事先制定的 控制策略往往不能適應系統(tǒng)實際運行方式的變化，具有很大局限性。3、基于裕度指標的方案。該方案從系統(tǒng)當前運行點出發(fā)按照某種模式進行計算， 通過系統(tǒng)注入功率增長逼近電壓崩潰點，從而得到系統(tǒng)當前運行點到電壓崩潰點的距離， 即裕度指標，同時計算得到裕度對重要控制量的靈敏度系數(shù)，制定電壓穩(wěn)定控制策略。該方 案物理意義明確，線性性強，能給運行人員提供直觀的電壓穩(wěn)定充裕度信息。但是該方案需 要使用重復潮流(RPF)、連續(xù)性潮流(CPF)或者最優(yōu)潮流(OPF)計算裕度指標，當系統(tǒng)規(guī)模 較大、給定預想故障很多的時候計算時間將難以忍受，往往不能適應在線快速計算的要求?？傮w而言，現(xiàn)有方法往往依賴于事先給定的預想故障集，需要針對預想故障離線 計算電壓穩(wěn)定指標從而實現(xiàn)在線應用。但是，對于類似冰災條件下的輸電網(wǎng)嚴重故障而言， 故障設(shè)備數(shù)量眾多，遠遠超過常規(guī)的N-2或者N-3故障，在這種情況下事先計算預想故障集 將面臨“維數(shù)災”問題，很難囊括所有可能出現(xiàn)的嚴重故障。因此，研究輸電網(wǎng)嚴重故障后 的電壓穩(wěn)定裕度快速實時評估方法，以及在輸電網(wǎng)嚴重故障后快速實時地給出電網(wǎng)最優(yōu)恢復策略，將對保障重大自然災害下電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行具有重要的理論意義和實用價值。本發(fā)明“輸電網(wǎng)嚴重故障后的電壓穩(wěn)定裕度實時評估與最優(yōu)控制方法”是一種不依賴于預想故障集的新型快速計算分析方法，該方法以電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定域(SVSR) 理論為基礎(chǔ)，通過故障后系統(tǒng)最優(yōu)解點在功率注入空間中的位置來判斷電壓穩(wěn)定裕度及最 優(yōu)控制策略，具有計算速度快、物理意義明確、準確度高的優(yōu)點。本發(fā)明相關(guān)的技術(shù)途徑和實施的關(guān)鍵內(nèi)容均未曾公開過。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種不依賴于預想故障集的輸電網(wǎng)嚴重故障后的電壓穩(wěn)定 裕度實時評估與最優(yōu)控制方法，在電網(wǎng)嚴重故障后向調(diào)度員及時提供系統(tǒng)電壓穩(wěn)定情況， 并針對可能出現(xiàn)的電壓失穩(wěn)情況提供最優(yōu)恢復策略。本發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的輸電網(wǎng)嚴重故障后的電壓穩(wěn)定裕度實時評估與最優(yōu)控 制方法，該方法包括下列步驟(1)從能量管理系統(tǒng)得到電網(wǎng)正常網(wǎng)架拓補數(shù)據(jù)和目前網(wǎng)架狀態(tài)；(2)通過計算得到正常狀態(tài)下的初始運行點；(3)引入電網(wǎng)故障，改變網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，通過阻尼牛頓法求解潮流得到解點；(4)通過判斷上一步驟中計算得到的解點是真實解還是最優(yōu)解來判斷故障后系統(tǒng) 的電壓穩(wěn)定性如果是真實解，則故障后運行點電壓穩(wěn)定；如果是最優(yōu)解，則故障后電壓失 穩(wěn)；(5)如果故障后電壓穩(wěn)定，通過連續(xù)性潮流計算得到故障后電網(wǎng)電壓穩(wěn)定裕度；(6)如果故障后電壓失穩(wěn)，通過最優(yōu)解點和當前運行點之間的向量制定最優(yōu)恢復 策略。在第(6)步驟中，由于最優(yōu)解點和當前運行點均在功率注入空間中描述，因此最 優(yōu)恢復策略僅僅需要進行簡單的空間幾何計算即可獲得。由于最優(yōu)解點和當前運行點均在功率注入空間中描述，因此功率注入空間中兩點 連成的向量就是最優(yōu)恢復策略(發(fā)電機功率、負荷功率的調(diào)整方向和調(diào)整大小)。本發(fā)明的有益效果是，在電網(wǎng)嚴重故障后向調(diào)度員及時提供系統(tǒng)電壓穩(wěn)定情況， 并針對可能出現(xiàn)的電壓失穩(wěn)情況提供最優(yōu)恢復策略；本發(fā)明是一種不依賴于預想故障集的 新型快速計算分析方法，該方法以電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定域(SVSR)理論為基礎(chǔ)，通過故障 后系統(tǒng)最優(yōu)解點在功率注入空間中的位置來判斷電壓穩(wěn)定裕度及最優(yōu)控制策略，具有計算 速度快、物理意義明確、準確度高的優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明整體實施流程圖；圖2為本發(fā)明實施例節(jié)點系統(tǒng)。
具體實施例方式本發(fā)明輸電網(wǎng)嚴重故障后的電壓穩(wěn)定裕度實時評估與控制方法，該方法包括下列 步驟
(1)從能量管理系統(tǒng)得到電網(wǎng)正常網(wǎng)架拓補數(shù)據(jù)和目前網(wǎng)架狀態(tài)；(2)通過計算得到正常狀態(tài)下的初始運行點；(3)引入電網(wǎng)故障，改變網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，通過阻尼牛頓法求解潮流得到解點；(4)通過判斷上一步驟中計算得到的解點是真實解還是最優(yōu)解來判斷故障后系統(tǒng) 的電壓穩(wěn)定性如果是真實解，則故障后運行點電壓穩(wěn)定；如果是最優(yōu)解，則故障后電壓失 穩(wěn)；(5)如果故障后電壓穩(wěn)定，通過連續(xù)性潮流計算得到故障后電網(wǎng)電壓穩(wěn)定裕度；(6)如果故障后電壓失穩(wěn)，通過最優(yōu)解點和當前運行點之間的向量制定最優(yōu)恢復 策略。在上面第(6)步驟中，由于最優(yōu)解點和當前運行點均在功率注入空間中描述，因 此最優(yōu)恢復策略僅僅需要進行簡單的空間幾何計算即可獲得。上述第(3)步驟中的阻尼牛頓法包括如下步驟(1)潮流方程可由式(1)表示，其中χ是系統(tǒng)狀態(tài)變量(包括節(jié)點電壓幅值和相 角)，S是系統(tǒng)注入量(包括節(jié)點有功、無功注入)。為了能夠適應在靜態(tài)電壓穩(wěn)定域之外 (傳統(tǒng)潮流無法收斂)的計算要求，將對式(1)的求解轉(zhuǎn)化成具有如式(2)描述的目標函數(shù) 的優(yōu)化問題f(x) = g(x)-S = 0 (1)min F (χ) = [g(x)_S]T[g(x)_S] (2)(2)為求解該優(yōu)化問題，在對潮流方程式(1)的每步迭代過程中使用式(3)更新 Xo其中J(Xk)是第k次迭代中的潮流Jacobian矩陣，μ *是本次迭代中的最優(yōu)阻尼乘子。 (3) μ*的確定方法如下在點Xk附近沿著Axk定義的方向，可以用二次函數(shù) Φ (μ)來近似表示式⑵中的不平衡量函數(shù)F(x)。其中標量μ是Φ(μ)在Axk方向上 的參數(shù)。當μ = -μ。，μ = 0，μ = μ。時得到三個點Φ:、小2和Φ3，通過這三個點可以 得到二次函數(shù)Φ (μ)的表達式如式(4)所示。根據(jù)二次函數(shù)的性質(zhì)，在第k步迭代中使 Φ (μ)取最小值的μ %可以通過式(5)計算得到。 (4)通過對式(2)描述的優(yōu)化問題的求解可以得到式(1)的最小不匹配解S'= g(x')，即所求解點。本發(fā)明技術(shù)解決方案以電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定域(SVSR)理論為基礎(chǔ)，采取阻尼 牛頓法直接計算故障后系統(tǒng)解點，通過故障后系統(tǒng)解點在功率注入空間中的位置來判斷電壓穩(wěn)定情況，并且很方便地計算得到電壓穩(wěn)定裕度或者最優(yōu)恢復策略。以下根據(jù)附圖和實例對本發(fā)明作詳細描述。圖1給出了輸電網(wǎng)嚴重故障后的電壓穩(wěn)定裕度實時評估與最優(yōu)控制方法的整體 實施流程圖，從EMS采集得到電力系統(tǒng)網(wǎng)絡拓補數(shù)據(jù)，根據(jù)實際故障情況或者調(diào)度員需要 引入故障，通過阻尼牛頓計算得到解點，通過判斷解點是真實解還是最優(yōu)解即可以得到系 統(tǒng)電壓穩(wěn)定情況。如果故障后電壓穩(wěn)定，則通過連續(xù)性潮流計算故障后電壓穩(wěn)定裕度；如果 故障后電壓不穩(wěn)，則通過計算最優(yōu)恢復策略供調(diào)度員參考，通過調(diào)整系統(tǒng)注入功率恢復電 壓穩(wěn)定。圖1給出了本發(fā)明方法的整體實施流程。整個系統(tǒng)中，電力系統(tǒng)EMS現(xiàn)有的硬件 設(shè)備和數(shù)據(jù)庫，可以不經(jīng)過改造直接使用，新增加的內(nèi)容主要是計算分析模塊，利用EMS數(shù) 據(jù)進行相關(guān)計算分析，該模塊可以集成于現(xiàn)有EMS計算分析程序之中，也可以放在單獨的 一臺或多臺服務器上單獨運行，還可以采用分布式計算機群以進一步提高計算速度。下面以修改后的IEEE118節(jié)點系統(tǒng)(見圖2，將其負荷水平在原有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上按照 等比例方式增加1倍)為例進一步說明本方法實施。(一 )情況1計算分析假設(shè)如下3條線路故障停運33-15、38-30、24_23。計算過程如下(1)通過阻尼牛頓法計算，得到真實解，由此可以判斷當前運行點位于電壓穩(wěn)定域 內(nèi)部。該過程耗時0.05s;(2)根據(jù)當前負荷和發(fā)電機出力水平，按照等比例方式增長功率，通過連續(xù)性潮流 計算得到電壓穩(wěn)定域度為1. 5%。該過程耗時0. 38s。(3)根據(jù)1.5%的電壓穩(wěn)定裕度運行人員可以作出如下判斷故障后電網(wǎng)電壓穩(wěn) 定域度遠低于10%，系統(tǒng)失去電壓穩(wěn)定的風險較大，因此在故障線路恢復送電之前需要通 過限制負荷來提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定水平。(二)情況2計算分析假設(shè)如下6條線路故障停運33-15、38-30、24-23、17-18、4-11、27-25。計算過程 如下(1)通過阻尼牛頓法計算，得到最優(yōu)解，由此可以判斷當前運行點位于電壓穩(wěn)定域 外部。該過程耗時0.23s;(2)根據(jù)計算得到的最優(yōu)解，可以確定如下表所示的最優(yōu)恢復策略(僅列出部分 發(fā)電節(jié)點和負荷節(jié)點)。按照該恢復策略調(diào)整相關(guān)節(jié)點負荷和發(fā)電機出力，可以使系統(tǒng)運行 點以最短的距離回到電壓穩(wěn)定域內(nèi)部。該過程耗時約為0. OOOls0最優(yōu)恢復策略表(部分)
權(quán)利要求
輸電網(wǎng)嚴重故障后的電壓穩(wěn)定裕度實時評估與最優(yōu)控制方法，其特征在于，該方法包括下列步驟(1)從能量管理系統(tǒng)得到電網(wǎng)正常網(wǎng)架拓補數(shù)據(jù)和目前網(wǎng)架狀態(tài)；(2)通過計算得到正常狀態(tài)下的初始運行點；(3)引入電網(wǎng)故障，改變網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，通過阻尼牛頓法求解潮流得到解點；(4)通過判斷上一步驟中計算得到的解點是真實解還是最優(yōu)解來判斷故障后系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性如果是真實解，則故障后運行點電壓穩(wěn)定；如果是最優(yōu)解，則故障后電壓失穩(wěn)；(5)如果故障后電壓穩(wěn)定，通過連續(xù)性潮流計算得到故障后電網(wǎng)電壓穩(wěn)定裕度；(6)如果故障后電壓失穩(wěn)，通過最優(yōu)解點和當前運行點之間的向量制定最優(yōu)恢復策略。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電網(wǎng)嚴重故障后的電壓穩(wěn)定裕度實時評估與最優(yōu)控制方 法，其特征在于，在第(6)步驟中，由于最優(yōu)解點和當前運行點均在功率注入空間中描述， 因此最優(yōu)恢復策略僅僅需要進行簡單的空間幾何計算即可獲得。
全文摘要
輸電網(wǎng)嚴重故障后的電壓穩(wěn)定裕度實時評估與最優(yōu)控制方法，步驟為(1)從能量管理系統(tǒng)得到電網(wǎng)正常網(wǎng)架拓補數(shù)據(jù)和目前網(wǎng)架狀態(tài)；(2)通過計算得到正常網(wǎng)架下的初始運行點；(3)引入電網(wǎng)故障，改變網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，通過阻尼牛頓法求解潮流得到解點；(4)通過判斷上一步驟中計算得到的解點是真實解還是最優(yōu)解來判斷故障后系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性(5)如果故障后電壓穩(wěn)定，通過連續(xù)性潮流計算得到故障后電網(wǎng)電壓穩(wěn)定裕度；(6)如果故障后電壓失穩(wěn)，通過最優(yōu)解點和當前運行點之間的向量制定最優(yōu)恢復策略。本發(fā)明具有在電網(wǎng)嚴重故障后向調(diào)度員及時提供系統(tǒng)電壓穩(wěn)定情況，并針對可能出現(xiàn)的電壓失穩(wěn)情況提供最優(yōu)恢復策略；以及計算速度快、物理意義明確、準確度高的顯著優(yōu)點。
文檔編號G05B13/02GK101841154SQ20101014084
公開日2010年9月22日 申請日期2010年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月7日
發(fā)明者王興剛 申請人:云南電力試驗研究院(集團)有限公司