CN102340140A - 一种自动快速求取大型互联电网稳定极限及稳控策略的方法 - Google Patents

Abstract

电网调度运行部门在计算输电极限和求取稳控策略时通常使用电力***分析软件，通过不断调整运行方式，同时进行大批量预想故障稳定校核，根据时域仿真曲线人工判别***的稳定性。这个过程重复性劳动较多，效率低下。自动快速求取大型互联电网稳定极限及稳控策略的方法是以电力***常规潮流计算、暂态稳定计算等为基础，根据电网运行方式人员日常计算稳定极限及求取稳控策略的过程编制相应策略，将稳定极限及稳控策略的求取实现了完全的自动化计算，从而完全可以替代人工的计算输电断面稳定极限及求取稳控策略的过程，尤其是在求取收敛性差的大型网络的输电极限时具有显著的优势。

Description

一种自动快速求取大型互联电网稳定极限及稳控策略的方法

技术领域

本发明涉及电力***运行方式计算，尤其是求取输电断面稳定极限及稳控策略的计算。

背景技术

当前计算电网稳定极限的主要方法有：确定性的求解方法和基于概率的求解方法两大类。其中确定性的方法主要包括线性分布因子法、重复潮流法、连续潮流法、最优潮流法、灵敏度分析法等。

线性分布因子只能用于对计算结果精度要求不高的场合，如规划设计等。重复潮流法可以计及***的电压和无功对稳定极限的影响，能方便的考虑各种稳定约束，计算结果能较好的反映实际运行状况；只是潮流每次调整的工作量繁琐。连续潮流法作为研究电压稳定的工具，强调了预估-校正-步长控制，与实际电网暂态稳定极限的搜索方式有一定差别。最优潮流理论上可以处理静态稳定、暂态稳定、小干扰稳定等各种约束，可以实现更大范围内发电和负荷分布优化，计算结果更准确；但所获得的最优运行点是一个理想的结果，实际上可能无法实现，且在考虑暂态稳定约束时有很多困难，大规模方程组求解的收敛性很难保证。灵敏度分析法并不是一种独立的稳定极限的计算方法，它需要以某种稳定极限计算结果为基础；实际应用中通常使用的一阶模型只有当所研究对象线性度非常高时才有效，而稳定极限本质上是一个非线性模型。基于概率的方法大部分还处于理论研究当中，离实际应用尚有一段距离。

电网调度运行方式部门在计算考虑暂态稳定约束的稳定极限时，通常使用电力***仿真计算软件，在保证全***发电-负荷整体平衡的前提下，通过反复调整送受端发电机出力、负荷大小以改变指定输电断面的传输功率，并进行大批量的故障校核，由时域仿真曲线人工给出***稳定性的判断。这个过程需要人工的反复进行潮流方式的调整、通过仿真曲线判稳，步骤繁琐，计算效率较低，耗费了巨大的人力和时间成本。再加上稳控策略的求取计算，整个计算过程将更加繁琐复杂。对于收敛性差的网络，发电机出力、负荷大小、并联电容电抗的投退状态以及变压器分接头位置的改变很有可能导致潮流计算很难收敛甚至不收敛，而实际此时潮流可能有解，当前运行点远未达到静态稳定极限点。

发明内容

为了克服现有计算电网稳定极限及稳控策略方法的不足，本发明提供一种新的自动快速求取大型互联电网稳定极限及稳控策略的方法，该方法不仅可以解决电网调度运行方式部门计算稳定极限计算效率低的问题，而且可以极大提高过渡方式潮流的收敛性。

本发明对应的自动快速求取大型互联电网稳定极限及稳控策略的方法是以电力***常规潮流计算、暂态稳定计算等为基础，根据电网运行方式人员日常计算稳定极限及求取稳控策略的过程编制相应策略，将过渡方式调整、潮流计算、输电断面当前传输功率计算、无功补偿计算、故障校验、稳定判断通过自动快速求取大型互联电网输电极限及稳控策略的方法实现了完全的自动化计算，从而完全可以替代人工的计算输电断面稳定极限及求取稳控策略的过程，尤其是在求取收敛性差的大型网络的输电极限时具有显著的优势。

该方法的主要特点有：(1)可以根据电网特点及相关设置自动给出过渡方式；(2)可以考虑无功补偿装置，自动调整相关母线的电压；(3)可根据预设的稳控策略筛选有助于提高稳定极限的策略；(4)针对大型互联电网过渡方式潮流收敛性差的特点，设计了提高潮流收敛性的方法，在求取15000节点级以上的电网的稳定极限及稳控策略时具有显著的优势；(5)可根据判据设置对不同区域的电网应用不同严厉等级的判据进行自动判稳，给出***详细的稳定信息；(6)可考虑其他输电断面对主计算输电断面的影响；(7)可考虑主输电断面两侧母线电压对输电极限的影响。

附图说明

图1为计算大型互联电网稳定极限的方法流程图。

图2为稳控策略求取的方法流程。

图3为故障校验稳定判断的方法流程。

图4为无功补偿装置自动投退的方法流程。

图5为输电断面示意图。

具体实施方式

本发明为解决现有技术问题所采用的具体实施方案是：

程序搜索输电断面最大输电能力前，需先由工作人员指定目标断面，设定目标断面的预估极限值。预估极限值为工作人员预估的指定的输电断面的最大输电能力，程序搜索过程中若指定的输电断面的传输功率超过了预估极限值，则停止继续向前搜索。

如图1所示，一个简单的计算流程可描述为(假设基础潮流***校验稳定且输电断面功率未超过其预估极限值；初始调整步长为当前输电断面传输功率与其预估极限值的差的二分之一，调整方式选择方式二。)：

a.确定调整量，更新参与潮流调整的发电机、负荷的有功无功。

b.常规潮流计算，若不收敛，则进入步骤c；若收敛，则进入步骤e。

c.以前次收敛的潮流结果为初值重新计算潮流，若仍然不收敛，则回到上次潮流状态点，减小步长后返回a；若收敛，则进入步骤d。

d.预想故障集校验，若***失稳，则回到上次潮流稳定运行点，减小步长后返回a；若***稳定，则进入步骤e。

e.判断当前目标断面传输功率是否到达预估极限值或调整步长已达到调整精度，两者只要满足其一即输出结果，停止计算；否则进入步骤f。

f.若在前述调整时未出现不稳定或潮流彻底不收敛情况则维持原步长，以当前潮流稳定运行点为基础，增长指定输电断面传输功率，返回步骤a；否则，以当前潮流稳定运行点为基础，减小步长，增长指定输电断面传输功率，返回步骤a。

具体到方法的各个实现环节有：

(1)过渡方式自动调整。

方式一：发电机负荷的调整采用直接投退的调整方式且发电机不留旋备。选用该种方式，需指定各个调整组都有哪些机组投入运行、哪些机组退出运行、哪些负荷接入***、哪些负荷退出***。需注意的是：以送端新开机组、受端退出运行机组的调整方式为例，送端新投入的发电机的出力总和与受端退出运行的发电机的出力总和要尽量相等，以保证平衡机出力正常。调整时为尽量加快求解过程，程序按照先粗后细的原则，先投退功率裕度最大的调整对象，若潮流不收敛或***校验失稳，则重新选用第二大功率裕度的调整对象。依此类推，最小功率裕度的调整对象决定了断面功率的调整精度。

设置方式二：发电机、负荷的功率调整采用按一定步长调整的方式。先指定发电负荷有功无功的调整增量，当增量值为正时，表示增加该发电或负荷的功率，当增量值为负时，表示减少该发电或负荷的功率，程序根据当前断面有功功率与其预估极限值的差值及各发电机、负荷的有功调整增量计算出各发电机、负荷的实际调整步长，根据调整步长在下次潮流计算中修改相应发电负荷的功率(若达到限值则即为限值)，如式(1)-(4)所示，需说明的是：不调整PV、PV-PQ节点的发电机的无功。

$P_{\mathrm{Gi}}^{n+1}=P_{\mathrm{Gi}}^n+k_{\mathrm{GPi}}^{n+1}{\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{Gi}},(P_{\mathrm{Gi}\min }\≤P_{\mathrm{Gi}}^{n+1}\≤P_{\mathrm{Gi}\max })---\left(1\right)$

$Q_{\mathrm{Gi}}^{n+1}=Q_{\mathrm{Gi}}^n+k_{\mathrm{GQi}}^{n+1}{\mathrm{\ΔQ}}_{\mathrm{Gi}},(Q_{\mathrm{Gi}\min }\≤Q_{\mathrm{Gi}}^{n+1}\≤Q_{\mathrm{Gi}\max })---\left(2\right)$

$P_{\mathrm{Lj}}^{n+1}=P_{\mathrm{Lj}}^n+k_{\mathrm{LPj}}^{n+1}{\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{Lj}},(P_{\mathrm{Lj}\min }\≤P_{\mathrm{Lj}}^{n+1}\≤P_{\mathrm{Lj}\max })---\left(3\right)$

$Q_{\mathrm{Lj}}^{n+1}=Q_{\mathrm{Lj}}^n+k_{\mathrm{LQj}}^{n+1}{\mathrm{\ΔQ}}_{\mathrm{Lj}},(Q_{\mathrm{Lj}\min }\≤Q_{\mathrm{Lj}}^{n+1}\≤Q_{\mathrm{Lj}\max })---\left(4\right)$

式(1)-(4)中，

分别指发电机i第n次调整后的有功、无功；ΔP_Gi、ΔQ_Gi分别指发电机i的有功无功调整增量；

分别指发电机i第n+1次有功、无功的调整系数，

分别指负荷j第n次调整后的有功、无功；ΔP_Lj、ΔQ_Lj分别指负荷j的有功无功调整增量；

分别指负荷j第n+1次有功、无功的调整系数，

k_GPi、k_LPj的初始值如式(5)、(6)所示。

$k_{\mathrm{GPi}}^0=\frac{P_{\mathrm{CUT}}^{\mathrm{GOAL}}-P^0}{\mathrm{N\ΔP}}{\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{Gi}}---\left(5\right)$

$k_{\mathrm{LPi}}^0=\frac{P_{\mathrm{CUT}}^{\mathrm{GOAL}}-P^0}{\mathrm{N\ΔP}}{\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{Li}}---\left(6\right)$

式(5)、(6)中，

指的是目标断面的预估极限值；P⁰指初始潮流目标断面的有功传输值；N最大取值为5，最小取值为1，默认值为2；ΔP的计算公式如式(7)所示(假设有n台发电机、m个负荷参与调整)。

$\mathrm{\ΔP}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left|{\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{Gi}}\right|+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\left|{\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{Lj}}\right|}{2}---\left(7\right)$

(2)采取更接近真解的初值计算潮流

电力***潮流方程是一组非线性方程，由于非线性***固有的特点，往往使潮流方程存在无解或多重解，这又与电网规模、负荷水平、PV点设置等电网特点有关。尤其是电网规模的扩大，无功调节手段的丰富，使出现无解的情况趋于减少，多重解的可能性反而大大增加。此时初始值对潮流多解的意义重大，不同的初始值最后可能出现诸如发散、同解、多解等不同的结果。

在电网稳定极限及稳控策略的求取过程中，前后两个过渡方式往往差距不大，尤其是对于大规模数据，个别发电机、负荷数据的改动对全网整体电压分布影响是比较小的，上次潮流结果的母线电压值接近这次潮流计算的真实值，采用上次收敛结果作初值的方法就可以获得比较好的初值，有利于收敛到合理的稳定解。

(3)无功补偿装置自动投退

这里的无功补偿装置主要指并联电容电抗。工作人员设置挂有并联电容电抗的母线的电压上下限值，每次潮流计算完毕后，根据母线实际电压计算结果与其电压上下限值的关系选择进行并联电容电抗的投退操作(对于母线挂多组并联电容电抗的情况，程序每次只操作一组)。

如图4所示，实际计算中，需要设置最大电压检查次数，避免并联电容电抗反复投退导致的无休止的潮流计算。检查时，可以设置对中间过渡方式所有运行点的潮流都进行电压检查，也可以设置仅对最终达到最大输电能力时的潮流方式进行电压检查。

(4)自动判稳

实际电网分析时，对不同的电网区域或不同电压等级的母线可能应用不同严厉等级的稳定判据。求取大型互联电网稳定极限及稳控策略的方法充分考虑了这种需求。不同的“稳定分析组号”(每个分析组号分析的范围由人工自由指定，这里的“范围”可以是区域，也可以是电压等级)可以对应不同的判据组号，每个“稳定分析组号”也可以对应多组判据，有专门的判据设置信息供调用，判据种类可以根据实际需要继续添加，如图3所示。

当前可考虑的判据有：

a.最大发电机功角差，***中最大发电机功角差超过该值则认为***失稳。

b.最低母线电压持续时间，当***中最低母线电压低于设定值且超过持续时间时即认为***失稳。

c.最低发电机频率持续时间，当***中最低发电机频率低于设定值且超过持续时间时即认为***失稳。

d.线路过载(热稳定约束)，***中指定线路在故障后指定时刻有功的绝对值大于指定数值即认为***失稳。

e.功角摇摆曲线振荡是否平息，即两个发电机的功角摇摆曲线振荡是发散还是逐渐平息，如果发散则认为阻尼不足，***失稳。

f.线路功率波动是否平息，当流经线路的功率波动大于某一指标时即认为***失稳。

g.其他判据。如线路是否切除，即电压或频率等低于某一限值切除某线路即认为***失稳。

(5)稳控策略求取

实际电网中，可通过稳控策略的设置提高稳定极限。预想故障集校验***失稳后，若启动了求取稳控策略功能，将按照稳控策略的设置顺序依次实施稳控策略，求得稳控策略实施后目标断面对应的稳定极限，从而间接求得提高输电断面最大输电能力所要采取的稳控措施。常用的稳控策略有：切机、切负荷、切线路、低频低压减载等。图2给出了求取稳控策略的方法流程。

本发明的有益效果是：根据电网运行方式人员日常计算稳定极限及求取稳控策略的过程编制相应策略，将过渡方式调整、潮流计算、输电断面当前传输功率计算、无功补偿计算、故障校验、稳定判断通过自动快速求取大型互联电网输电极限及稳控策略的方法实现了完全的自动化计算，从而完全可以替代人工的计算输电断面稳定极限及求取稳控策略的过程，尤其是在求取收敛性差的大型网络的输电极限时具有显著的优势。

Claims (3)

1.一种自动快速求取大型互联电网稳定极限及稳控策略的方法，主要步骤包括过渡方式自动调整、潮流计算、并联电容电抗自动投退、故障校验；其特征为：

a.根据主输电断面当前传输极限值与其预估极限值确定调整量，更新参与潮流调整的发电机、负荷的有功无功；

b.常规潮流计算，若不收敛，则进入步骤c；若收敛，则进入步骤e；

c.以前次收敛的潮流结果为初值重新计算潮流，若仍然不收敛，则回到上次稳定运行点，减小步长后返回a；若收敛，则进入步骤d；

d.预想故障集校验，若***失稳且没有考虑稳控策略，则回到上次稳定运行点，减小步长后返回a；若***失稳且需要考虑稳控策略，则依序启动稳控策略后重新进行故障校验，若***失稳则减小步长后返回a；若***稳定，则进入步骤e；

e.判断当前目标断面传输功率是否到达预估极限值或调整步长已达到调整精度，两者只要满足其一即输出结果，停止计算；否则进入步骤f；

f.若在前述调整时未出现不稳定或潮流彻底不收敛情况则维持原步长，以当前潮流稳定运行点为基础，增长指定输电断面传输功率，返回步骤a；否则，以当前潮流稳定运行点为基础，减小步长，增长指定输电断面传输功率，返回步骤a。

2.根据权利要求1所述的自动快速求取大型互联电网稳定极限及稳控策略的方法，其特征为：过渡方式调整过程中平直启动的潮流计算若不收敛，则将前一个收敛的潮流的结果作为初值再次计算潮流；每次潮流计算完毕后，根据预设的投入、退出电压进行并联电容电抗的自动投退；对不同分区或不同电压等级的电网采用严厉等级不同的稳定判据，综合阻尼被充分考虑；稳控策略依序投入，考虑的主要稳控策略有切机、切负荷、切线路、振荡解列、低频低压减载。

3.根据权利要求1所述的自动快速求取大型互联电网稳定极限及稳控策略的方法，其特征为：主输电断面的串联输电断面对其输电极限的影响被充分考虑，若其串行断面达到了热稳定极限，主输电断面的输电极限将因此受到制约。

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