一種電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及供配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制的技術(shù)領(lǐng)域，具體的來說，是一種電力系 統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在我國(guó)電網(wǎng)覆蓋面積大，輸電系統(tǒng)雖然有了一定的改進(jìn)，但是電網(wǎng)間聯(lián)系薄弱，骨 干網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架不夠堅(jiān)強(qiáng)，城鄉(xiāng)配電網(wǎng)仍然比較薄弱，容易發(fā)生暫態(tài)穩(wěn)定性破壞。隨著我國(guó)電網(wǎng) 中區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)的不但擴(kuò)大，互聯(lián)電網(wǎng)內(nèi)部某些輸電斷面可能出現(xiàn)暫態(tài)穩(wěn)定水平下降，聯(lián) 網(wǎng)后系統(tǒng)阻尼可能減少而引發(fā)持續(xù)的區(qū)域性低頻振蕩并導(dǎo)致暫態(tài)穩(wěn)定裕度降低；電力市場(chǎng) 競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的引入，給電力系統(tǒng)運(yùn)行增加了不可預(yù)期因素，對(duì)于經(jīng)濟(jì)性的追求可能導(dǎo)致部分 區(qū)域的穩(wěn)定裕度下降，并且增加了對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為預(yù)測(cè)的難度，從而導(dǎo)致了電力系統(tǒng)運(yùn)行 穩(wěn)定性的下降，帶來運(yùn)行的安全隱患。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行控制方法，其中，電 力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行內(nèi)容包括：1)系統(tǒng)的穩(wěn)定約束，包括暫態(tài)穩(wěn)定和數(shù)據(jù)不越限，即保證 系統(tǒng)在正常運(yùn)行和在可信事故情況下不出現(xiàn)電壓失穩(wěn)、暫態(tài)失穩(wěn)、小擾動(dòng)失穩(wěn)、數(shù)據(jù)越限等 情況；2)系統(tǒng)的熱穩(wěn)定約束，即在正常運(yùn)行和可信事故情況下，應(yīng)保障線路具有足夠的對(duì) 地安全距離（弧垂）以保證輸線線路周圍的建筑、人員的安全，此外，還應(yīng)保障在較為惡劣 的氣候條件（如高溫、附冰等）下，輸電線路（通常由鋁、銅等金屬介質(zhì)構(gòu)成）應(yīng)具有足夠 的機(jī)械強(qiáng)度；3)在線故障診斷，對(duì)于電網(wǎng)中發(fā)生的故障進(jìn)行在線即時(shí)診斷，快速解決故障， 以防止故障擴(kuò)大化。
[0004] 系統(tǒng)的熱穩(wěn)定約束由斷面熱穩(wěn)定裕度來確定，它通過系統(tǒng)關(guān)鍵斷面上任意一條線 路出現(xiàn)故障并被迫停運(yùn)（此時(shí)將由剩余的線路來承擔(dān)故障線路的潮流負(fù)載）后，斷面仍具 有的熱穩(wěn)定裕度來獲得。
[0005] 連接系統(tǒng)區(qū)域A和區(qū)域B的關(guān)鍵斷面Ω由N條線路構(gòu)成，SP Ω =L1, L2..., Ln，線 路i的熱穩(wěn)定極限為L(zhǎng)1，則斷面線路的熱穩(wěn)定極限為UL = UL1, UL2. ..，ULn，系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)刻斷 面上每條線路的潮流值為PL = PL1, PL2. ..，PLn;當(dāng)?shù)趇條線路因故障被迫停運(yùn)后，其上的潮 流將由一部分轉(zhuǎn)移到斷面上的其他線路，即轉(zhuǎn)移到其他線路的功率占原功率的比率（分擔(dān) 系數(shù)）為FD = FD1,^FD2,p ..，F(xiàn)DNi1，其中0彡FDkil彡1，且滿足
則線 路i出現(xiàn)故障后，該斷面所具有的熱穩(wěn)定裕度的計(jì)算方法為：
[0006] 一、計(jì)算斷面t當(dāng)前的總潮流：
[0008] 二、計(jì)算各線路分擔(dān)潮流的比率數(shù)BL = BL1, BL2. ..，BLk，BLn:對(duì)于第k e Ω條線 路，其上所承擔(dān)的潮流，占整個(gè)斷面潮流的系數(shù)為：
[0010] 三、按如下過程計(jì)算第i條線路故障時(shí)的斷面的熱穩(wěn)定裕度
[0011] 1、對(duì)于第k條線路，線路i故障后轉(zhuǎn)移來的線路潮流為
[0012] APki=PL1XFDkil
[0013] 2.其他線路分擔(dān)的線路i故障潮流后的數(shù)值為
[0015] 3.潮流轉(zhuǎn)移后，各線路剩余的裕度為
[0016] MLi= ML ML2ji. . . , MLNji
[0017] 4.根據(jù)轉(zhuǎn)移后線路的潮流，計(jì)算根據(jù)任何一條線路所得斷面的熱穩(wěn)定裕度：
[0018] TLi= TL 1；, TL2ji. .., TLNji
[0019] 其中：由線路k所得熱穩(wěn)定裕度按下式計(jì)算：
[0021] 5.計(jì)算在線路i故障情況下所得到的斷面的熱穩(wěn)定極限值：
[0022] THi=HiinTLkii
[0023] 四、按照第三步的計(jì)算過程，依次計(jì)算每條線路故障停運(yùn)情況下的斷面熱穩(wěn)定裕 度，計(jì)算結(jié)果為：
[0024] TH = TH1, TH2. . . , THn
[0025] 五、最終確定系統(tǒng)的熱穩(wěn)定裕度為：
[0026] THL = min (TH1, TH2. . . , THn)
[0027] 對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)定約束中的數(shù)據(jù)越限，通過越限計(jì)算與網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的方式來實(shí)現(xiàn)，具體 方法為：
[0028] 1.讀入潮流計(jì)算結(jié)果，對(duì)越限數(shù)據(jù)按嚴(yán)重程度排隊(duì)；
[0029] 2.對(duì)功率越限支路進(jìn)行負(fù)荷均衡化，具體實(shí)現(xiàn)是：
[0030] a.對(duì)功率越限的支路定義為源支路1，并計(jì)算出其越限量AS。
[0031] b.順著潮流方向往下，采用廣度搜索方法搜索到支路上的功率小于△ S或找到聯(lián) 絡(luò)開關(guān)為止。如果能找到聯(lián)絡(luò)開關(guān)轉(zhuǎn)入c步。如果搜索到的功率小于AS的或是沒有找到 聯(lián)絡(luò)開關(guān)，說明此越限不能用網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)法。則跳出網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)模塊，結(jié)束程序并給出網(wǎng)絡(luò)重構(gòu) 不可行標(biāo)識(shí)。
[0032] c.如果能找到聯(lián)絡(luò)開關(guān)，再?gòu)穆?lián)絡(luò)開關(guān)逆潮流方向往上搜索，一直到功率為最大 的支路或是碰到負(fù)荷裕度小于AS的支路為止。如果搜索到的功率最大的支路的裕度大于 Λ S計(jì)算負(fù)荷均衡率轉(zhuǎn)入d;如果裕度小于AS或是碰到裕度小于AS的支路，則也說明網(wǎng) 絡(luò)重構(gòu)法在此情況不可行，結(jié)束程序，并給出網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)不可行標(biāo)識(shí)。
[0033] d.聯(lián)絡(luò)開關(guān)轉(zhuǎn)移。即把聯(lián)絡(luò)開關(guān)合上，并把靠近源支路1、鄰近聯(lián)絡(luò)開關(guān)的開關(guān)斷 開。
[0034] e.計(jì)算潮流，判斷是否越限消除。如果越限消除，結(jié)束程序，給出重構(gòu)成功標(biāo)識(shí)并 給出重構(gòu)的報(bào)告；如果越限未消除則計(jì)算聯(lián)絡(luò)開關(guān)負(fù)荷均衡率，如果負(fù)荷均衡率變小，則轉(zhuǎn) 入d繼續(xù)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)開關(guān)轉(zhuǎn)移，否則結(jié)束程序給出重構(gòu)不成功標(biāo)識(shí)。
[0035] 對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)定約束中的暫態(tài)穩(wěn)定性控制通過在線預(yù)決策的暫態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)來 實(shí)現(xiàn)。
[0036] 整個(gè)控制系統(tǒng)由在線分析預(yù)決策系統(tǒng)、穩(wěn)定控制系統(tǒng)和實(shí)時(shí)匹配控制系統(tǒng)組成。
[0037] 在線分析預(yù)決策系統(tǒng)接收穩(wěn)定控制系統(tǒng)或EMS送來的實(shí)測(cè)系統(tǒng)信息，進(jìn)行潮流計(jì) 算。然后根據(jù)此運(yùn)行工況進(jìn)行全網(wǎng)事故掃描，生成預(yù)想事故集，對(duì)該事故集中的各種預(yù)想事 故，進(jìn)行穩(wěn)定分析，作出穩(wěn)定評(píng)估。如果通過穩(wěn)定計(jì)算發(fā)現(xiàn)其中某一預(yù)想事故可能會(huì)導(dǎo)致系 統(tǒng)失穩(wěn)，則進(jìn)一步求出在當(dāng)前可用穩(wěn)定控制措施下的相應(yīng)可行的緊急控制措施，并將此控 制措施填寫入到當(dāng)前緊急控制策略表。當(dāng)對(duì)目前運(yùn)行工況下的所有預(yù)想事故都完成了穩(wěn)定 分析之后，所得到的策略表就是當(dāng)前緊急控制裝置應(yīng)該選用的控制策略表。將此控制策略 表傳送到下層的區(qū)域穩(wěn)定控制裝置中，以供實(shí)時(shí)控制時(shí)參考和選擇。一旦電力系統(tǒng)發(fā)生緊 急故障，穩(wěn)定控制裝置將根據(jù)預(yù)先制定的策略表查找針對(duì)該事故的控制策略，并實(shí)施控制。 同時(shí)，在線分析預(yù)決策系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，將自動(dòng)按一定規(guī)則生成基于歷史運(yùn)行方式的策略 庫。此后，將采用在線分析預(yù)決策系統(tǒng)在線計(jì)算的策略表進(jìn)行控制。
[0038] 控制系統(tǒng)的在線分析預(yù)決策系統(tǒng)包括協(xié)調(diào)管理模塊、策略搜索模塊、狀態(tài)估計(jì)模 塊和人機(jī)接口模塊。狀態(tài)估計(jì)模塊根據(jù)電網(wǎng)當(dāng)前的運(yùn)行工況計(jì)算出系統(tǒng)潮流，策略搜索模 塊根據(jù)系統(tǒng)潮流和預(yù)想故障快速搜索最佳控制措施。為保證計(jì)算速度，策略搜索協(xié)調(diào)管理 模塊來管理與協(xié)調(diào)各任務(wù)的進(jìn)度，保證整個(gè)系統(tǒng)按照正確的時(shí)序運(yùn)行。為此，采用了多任務(wù) 處理技術(shù)，其中包括：先進(jìn)先出和優(yōu)先級(jí)調(diào)度相結(jié)合的多線程調(diào)度，基于管程的多線程同步 運(yùn)行與資源共享管理，基于看門狗檢測(cè)的系統(tǒng)異常情況自動(dòng)重啟等等。
[0039] 電力系統(tǒng)的在線運(yùn)行數(shù)據(jù)由EMs和穩(wěn)定控制系統(tǒng)傳送給狀態(tài)估計(jì)模塊：狀態(tài)估計(jì) 模塊將計(jì)算出的在線潮流結(jié)果發(fā)送給人機(jī)接口模塊和策略搜索模塊：人機(jī)接口模塊將設(shè)定 的預(yù)想故障傳給協(xié)調(diào)管理模塊；協(xié)調(diào)管理模塊協(xié)調(diào)對(duì)當(dāng)前工況的預(yù)決策，將預(yù)想故障發(fā)送 給各個(gè)策略搜索模塊；策略搜索模塊根據(jù)在線潮流結(jié)果和預(yù)想故障進(jìn)行分析計(jì)算，將決策 結(jié)果發(fā)送給協(xié)調(diào)管理模塊和人機(jī)接口模塊：人機(jī)接口模塊可顯示潮流結(jié)果和決策結(jié)果，可 進(jìn)行定值設(shè)置；協(xié)調(diào)管理模塊將決策結(jié)果整理得到控制策略表，然后發(fā)送給實(shí)時(shí)匹配控制 子系統(tǒng)。
[0040] 穩(wěn)定控制系統(tǒng)采取集中管理、決策與分散就地控制的體系，整個(gè)系統(tǒng)具備高度的 開放性、可擴(kuò)展性、可靠性、靈活性、透明度和自我評(píng)估能力。穩(wěn)定控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)是： 一個(gè)穩(wěn)控中心站（通常在調(diào)度中心），下轄若干個(gè)穩(wěn)控主站（在樞紐廠、站或調(diào)度中心），而 穩(wěn)控主站又管轄若干個(gè)設(shè)在發(fā)電廠、變電站的穩(wěn)控子站，相互間有快速、穩(wěn)定、可靠的雙向 通訊。穩(wěn)控子站負(fù)責(zé)采集電網(wǎng)的運(yùn)行信息和繼電保護(hù)的動(dòng)作信號(hào)，如：子站所在的廠站中各 條出線、母線、變壓器的電壓和電流，繼電保護(hù)的動(dòng)作信號(hào)，并與通過計(jì)算分析所得的策略 進(jìn)行比對(duì)，尋找可行的安全穩(wěn)定策略，就地和向遠(yuǎn)方的子站發(fā)出指令，完成電網(wǎng)的安全穩(wěn)定 控制。系統(tǒng)安全穩(wěn)定策略的制定由設(shè)在調(diào)度中心的主站來完成。主站通過全網(wǎng)的運(yùn)行信息 進(jìn)行計(jì)算分析，因此制定的策略可以很好適應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行方式的變化，可以使得各子站的策 略更加合理，主站的重要功能是負(fù)責(zé)完成系統(tǒng)安全穩(wěn)定狀況的評(píng)估以及穩(wěn)定控制的決策同 時(shí)定時(shí)的通過系統(tǒng)間的通信完成穩(wěn)控對(duì)策的下發(fā)。電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析的所需運(yùn)行數(shù)據(jù)的管 理工作以及整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控，通過中心站來完成。為了保證整個(gè)區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)正常運(yùn) 行，各站之間通信的速度和可靠性至關(guān)重要，必須通過高效并具有自愈能力的通信網(wǎng)絡(luò)實(shí) 現(xiàn)通信。
[0041] 穩(wěn)定控制系統(tǒng)可以分為由上層的自動(dòng)決策系統(tǒng)、中層的區(qū)域穩(wěn)定控制裝置和下層 的智能執(zhí)行裝置三層組成。
[0042] 上層自動(dòng)決策系統(tǒng)：與調(diào)度中心SCADA/EM