CN102723712A - 一种提高电力***暂态稳定性分析效率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高电力***暂态稳定性分析效率的方法，涉及电力***领域，对电力***元件参数进行初始化，输入电力***数据；对电力***的网络拓扑状态、发电机状态和负荷水平进行选择，确定电力***运行状态；通过所述电力***运行状态进行蒙特卡罗抽样选择，形成故障抽样序列；采用面向多处理器并行***的任务分配方法，对所述故障抽样序列进行分配；每个从处理器基于能量函数方法对故障抽样进行暂态稳定性分析；主处理器接收给各所述从处理器传回的结果，并将结果保存到数据库；当所述故障抽样序列X完成，计算电力***暂态稳定的概率指标，并输出结果。本方法满足了对电力***信息实时性的需求，提高了分析效率和电力***的安全性。

Description

一种提高电力***暂态稳定性分析效率的方法

技术领域

本发明涉及电力***领域，尤其涉及一种提高电力***暂态稳定性分析效率的方法。具体讲，涉及采用暂态能量函数和Monte-Carlo方法提高大规模电力***暂态稳定性分析效率的策略与实现方法。

背景技术

电力***暂态稳定性是指***突然经受大干扰后，各个同步电机能否继续保持同步运行的能力。通常所考虑的扰动包括发生各种短路故障、切除大容量发电机或输电设备以及某些负荷的突然变化等。电力***是一个多维度随机的***，不仅***遭受故障的类型、发生的地点等是随机的，而且故障时***的状态、故障后保护的动作情况以及运行人员对故障的处理结果等都存在随机性，而且电力***中的大多数失负荷情况都与***的动态或暂态行为有关。由于确定性方法只重视最严重、最可信的事故，计算结果显得过于保守。从运行的角度来看，现存的设备没有被充分利用；从规划的角度来看，造成不必要的重复建设。因此，在电力***的可靠性分析领域内，基于不确定的暂态稳定性分析方法受到极大的关注。

暂态稳定性分析方法是进行电力***暂态稳定的关键，决定了分析结果的准确性和分析效率。现有的电力***暂态稳定性分析方法大多采用时域仿真法和直接法结合的混合算法，该混合算法是近二十年发展起来的一种比较实用的电力***暂态稳定性分析方法^[1]。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足：

现有的暂态稳定性分析方法在大规模电力***的计算机仿真中实现复杂，虽然准确度较高，但由于进行***仿真时事先很难知道在何时需要重新开始故障中***仿真，通常耗时较长，且分析效率低^[2]；使得不能及时的发现电力***存在的故障，降低了电力***的安全性。

发明内容

本发明提供了一种提高电力***暂态稳定性分析效率的方法，本发明满足了电力***在线安全分析及预警方面对信息实时性的需求，提高了分析效率和电力***的安全性，详见下文描述：

一种提高电力***暂态稳定性分析效率的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)对电力***元件参数进行初始化，输入电力***数据；

(2)对电力***的网络拓扑状态、发电机状态和负荷水平进行选择，确定电力***运行状态；

(3)通过所述电力***运行状态进行蒙特卡罗抽样选择，形成故障抽样序列X=(x₁,x₂,…,x_n)；

(4)采用面向多处理器并行***的任务分配方法，对所述故障抽样序列X=(x₁,x₂，…,x_n)进行分配；

(5)每个从处理器基于能量函数对故障抽样进行暂态稳定性分析；

(6)主处理器接收给各所述从处理器传回的结果，并将结果保存到数据库；

(7)判断所述故障抽样序列X是否完成，如果是，执行步骤(8)；如果否，执行步骤(4)；

(8)计算电力***暂态稳定的概率指标，并输出结果。

所述通过所述电力***运行状态进行蒙特卡罗抽样选择，形成故障抽样序列X=(x₁,x₂，…,x_n)具体包括：

1）应用蒙特卡罗对故障元件、故障类型和故障切除时间进行抽样；

2）获取第k次电力***的故障抽样状态x_k，1≤k≤n；

3）判断所述故障抽样状态x_k是否已经包含在已有所述故障抽样序列X中，如果是，对所述故障抽样状态x_k重新进行抽样选择；如果否，加入所述故障抽样序列X中，并令k＝k+1；

4）判断k是否等于n，如果是，执行步骤(4)；如果否，执行步骤1），其中，n表示抽样仿真次数。

所述每个从处理器基于能量函数对故障抽样进行暂态稳定性分析具体包括：

1）对当前***运行状态进行潮流计算，判断是否会因元件故障引起运行约束越界，包括发电机无功越界、母线电压越界、线路过负荷或潮流不收敛，如果是，调整发电机出力或改变负荷水平，并重新进行运行状态调整后的潮流计算；如果否，执行步骤2）；

2）对所述电力***运行状态进行稳定分析，以所述故障抽样状态x_k为扰动进行仿真，判断电力***是否稳定，如果是，则记为类型一，含义为所述故障抽样状态x_k下电力***稳定，并转步骤5）；如果否，计算电力***的暂态能量裕度NEM(P₀)，执行步骤3）；

3）从预设稳定措施中，选择所述故障抽样状态x_k的稳定措施方案P₁，进行稳定性分析仿真，并计算电力***的暂态能量裕度NEM(P₁)；

4）基于总注入功率平衡原则，通过能量函数方法计算稳定措施控制切负荷量；

5）将所述故障抽样状态x_k和暂态稳定类型结果发送给所述主处理器。

所述暂态能量裕度NEM(P₀)具体为：

$\mathrm{NEM}\left(P_0\right)=\frac{1}{2}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\widetilde{\mathrm{\ω}}}_i^2-\frac{1}{2}\underset{j=1}{\overset{T-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\left\{\right[{\mathrm{\θ}}_i\left(t_{j+1}\right)-{\mathrm{\θ}}_i\left(t_j\right)]\×[a_i\left(\mathrm{\θ}\left(t_{j+1}\right)\right)+a_i\left(\mathrm{\θ}\left(t_j\right)\right)\left]\right\}$

m为***内参与运行的发电机个数；

为在采取P稳定措施控制量情况下第i台发电机相对于惯性中心的角速度；T为从故障发生时刻t_cl到故障切除时刻t_cl+Δt的暂态稳定分析仿真步数；θ_i(t_j)表示与暂态稳定仿真过程中第t_j时刻对应的第i台发电机功角；θ_i(t_j+1)表示与暂态稳定仿真过程中第t_j+1时刻对应的第i台发电机功角；a_i(θ(t_j))表示第t_j时刻第i台发电机的角加速度；a_i(θ(t_j+1))表示第t_j+1时刻第i台发电机的角加速度。

所述基于总注入功率平衡原则，通过能量函数方法计算稳定措施控制切负荷量，具体包括：

4a）根据所述暂态能量裕度NEM(P₀)和NEM(P₁)，采用能量裕度一次插值法求取最佳切机容量P_2,gen；

其中， $P_{2,\mathrm{gen}}=0.5[P_1+\frac{-\mathrm{NEM}\left(P_1\right)(P_0-P_1)}{\mathrm{NEM}\left(P_0\right)-\mathrm{NEM}\left(P_1\right)}]$

P₀表示没有采用稳定措施；

4b）基于总注入功率平衡原则，根据所述最佳切机容量P_2，gen，计算稳定措施方案P₂中相应的切负荷量P_2，load=P_2,gen；

4c）基于所述预设稳定措施和当前状态下故障最大允许稳定措施量P_max，判断是否P_2，gen+P_2，load≥P_max，如果是，则取P_2，gen=P_2，load=0.5P_max；如果否，不进行调整；

4d）根据获得的所述稳定措施方案P₂，对电力***进行含切机切负荷操作的稳定仿真，判断电力***是否稳定，如果是，记为类型二，含义为电力***处于可控失稳状态；如果否，记为类型三，含义为电力***发生不可控失稳。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

（1）采用基于角度模板技术的能量函数方法，避免了以往混合算法中能量裕度求取的伪故障持续轨迹积分过程，极大加快了暂态稳定的评估速度，并能够定量的给出各采样状态暂态稳定性的稳定水平和安全裕度。

（2）将Monte-Carlo方法和能量函数方法及调度运行规则紧密结合，即可以切实模拟电力***的运行情况，又能够通过忽略次要因素而加快评估速度。

（3）所获得的暂态稳定风险评估结果具有可量化，方便比较的特性。该方法不仅能给出停电概率，***削减电量指标，***失稳概率和频率，还可以给出***暂态稳定程度，***稳定措施量、停电成本等实际物理变量，能够从***、用户（负荷点）、元件等层次予以描述。

（4）充分利用现有多处理器和多线程的并行计算技术，在电力***暂态稳定性分析这个不确定参数非常多的情况下，加快仿真速度，并在能量函数评估方法的实现上，充分考虑了计算速度、计算结果准确性、内存需求和编程实现难度四个方面的关系，使计算结果的准确性应得到充分保证。

（5）满足了对电力***信息实时性的需求，提高了分析效率和电力***的安全性。

附图说明

图1为本发明提供的基于风险的暂态稳定性安全评估流程图；

图2为本发明提供的基于Monte-Carlo抽样形成故障抽样序列流程图；

图3a为本发明提供的基于能量函数方法计算切机控制量原理的内插法示意图；

图3b为本发明提供的基于能量函数方法计算切机控制量原理的外插法示意图；

图4为本发明提供的基于能量函数的暂态稳定性分析方法的示意图；

图5为本发明提供的稳定轨迹裕度的计算的示意图；

图6为本发明提供的蒙特卡罗方法与暂态能量函数方法相结合的任务分配拓扑结构的示意图。

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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了满足对电力***信息实时性的需求，提高分析效率和电力***的安全性，本发明实施例提供了一种提高电力***暂态稳定性分析效率的方法，参见图1、图2、图3a、图3b、图4、图5和图6，详见下文描述：

101：对电力***元件参数进行初始化，输入电力***数据；

其中，电力***数据包括：母线、线路、发电机数据和元件可靠性参数。

102：对电力***的网络拓扑状态、发电机状态和负荷水平进行选择，确定电力***运行状态；

其中，故障前电力***运行状态由电力***的网络拓扑、发电机状态和负荷水平定义。取决于研究的目的，这三个因素或者可以被确定性地指定，或者可以被随机地抽取。

如果研究时间较长，其包括了不同的电力***运行状态，并且研究的目的是分析在给定时间范围内电力***的平均风险，故障前电力***状态应该按照出现的概率随机地抽取。

如果研究时间较短，可以被确定性地指定，与这个短时段对应的电力***网络拓扑、发电方式和负荷水平可从电力***能量管理***（EMS）获得，因而可以被确定性地指定。

103：通过电力***运行状态进行蒙特卡罗抽样选择，形成故障抽样序列X=(x₁,x₂,…,x_n)；

本方法考虑了电力***大扰动故障的随机因素的特征，该步骤具体为：

1）应用蒙特卡罗对故障元件、故障类型和故障切除时间进行抽样；

其中，当故障元件是线路时，还需要对故障位置进行抽样。

2）获取第k（1≤k≤n）次电力***故障抽样状态x_k；

3）判断故障抽样状态x_k是否已经包含在已有故障抽样序列X中，如果是，对第k次电力***故障抽样状态x_k重新进行抽样选择；如果否，加入故障抽样序列X中，并令k＝k+1；

4）判断k是否等于n，如果是，执行步骤104；如果否，执行步骤1）。

其中，n为满足蒙特卡罗抽样精度而设定的抽样仿真次数。对故障元件、故障类型和故障切除时间进行抽样可采用如下模型：

（1）故障元件的概率模型

本发明实施例只考虑了对暂态稳定影响比较大的元件的主要随机因素，例如：线路和变压器。下面以线路B_i为例说明发生故障的概率Pr(B_i)：

$\mathrm{Pr}\left(B_i\right)=\mathrm{Pr}(N=1|{\mathrm{\λ}}_i)=\frac{e^{-\mathrm{\λ}}{{\mathrm{\λ}}_i}^N}{N!}={\mathrm{\λ}}_i{e}^{-{\mathrm{\λ}}_i}(i=\mathrm{1,2},...,n_l)---\left(1\right)$

式中λ_i表示所观察的时间（例如一年）内线路B_i的故障频率；n_l为电力***中线路总数。在假定电力***元件状态(电力***运行状态和故障抽样状态)持续时间服从指数分布的基础上，采用反变换法模拟出电力***各元件状态持续时间，从而得到电力***运行状态和状态持续时间。

（2）故障类型的概率模型

不同类型的故障发生的概率与线路电压等级、网络结构以及天气状况有关。对某条特定线路，类型为C_i的故障发生的频率为f_i，则发生概率Pr(C_i)为：

$\mathrm{Pr}\left(C_i\right)=\frac{f_i}{\underset{i=1}{\overset{n_t}{\mathrm{\Σ}}}{f}_i}(i=1,...,n_t)---\left(2\right)$

式中n_t表示故障类型总数，且有，

$\underset{i=1}{\overset{n_t}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Pr}\left(C_i\right)=1---\left(3\right)$

（3）故障位置的概率模型

主要针对线路故障，一条线路上的故障位置一般不服从均匀分布，可以用基于历史统计的离散概率分布来模拟。一条线路被分成M段。故障发生在第i段的概率Pr(D_i)为

$\mathrm{Pr}\left(D_i\right)=\frac{f_i}{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{f}_i}(i=1,...,M)---\left(4\right)$

式中f_i是在历史数据中发生在第i段的故障数。

（4）故障切除时间的概率模型

描述随机的故障切除时间，可以采用公式：

t_cl=xσ+u    (5）

式中μ和σ分别为故障切除时间随机变量的正态分布的期望值和标准方差。

104：采用面向多处理器并行***的任务分配方法，对故障抽样序列X=(x₁,x₂,…,x_n)进行分配；

其中，该步骤具体包括：

1）初始时主处理器将故障抽样序列X=(x₁,x₂,…,x_n)均匀分配给各从处理器；

2）当主处理器接受到从处理器计算结束信号和评估结果后，对当前处理器再分配一个故障抽样，并发送继续执行命令。

105：每个从处理器基于能量函数对故障抽样进行暂态稳定性分析；

以坐标原点作为计算势能的参考点，可定义电力***的暂态能量的动能和势能分别用如下公式表示：

$\mathrm{NKE}=\frac{1}{2}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\widetilde{\mathrm{\ω}}}_i^2=\frac{1}{2}{\widetilde{\mathrm{\ω}}}^T\widetilde{\mathrm{\ω}}=\frac{1}{2}{\left|\widetilde{\mathrm{\ω}}\right|}^2---\left(6\right)$

$\mathrm{NPE}=-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{0}{\overset{{\mathrm{\θ}}_i}{\∫}}{a}_{i}d{\mathrm{\θ}}_i---\left(7\right)$

其中m为***内参与运行的发电机个数；θ_i和

分别为发电机相对于惯性中心的角度及角速度，而δ_i（rad）和ω_i（rad/s）分别表示发电机转子相对于同步转轴的角度和角速度；M_i（s²/rad）表示发电机的惯性时间常数，且

${\mathrm{\θ}}_i={\mathrm{\δ}}_i-\frac{1}{M_T}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{M}_i{\mathrm{\δ}}_i$ ,i=1,2,…,n    （8）

${\widetilde{\mathrm{\ω}}}_i={\stackrel{\·}{\mathrm{\δ}}}_i-\frac{1}{M_T}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{M}_i{\mathrm{\ω}}_i$

由能量函数关系可得

$\mathrm{NEF}\≡\mathrm{NKE}+\mathrm{NPE}\≡\frac{1}{2}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\widetilde{\mathrm{\ω}}}_i^2+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{0}{\overset{{\mathrm{\θ}}_i}{\∫}}-a_{i}d{\mathrm{\θ}}_i---\left(9\right)$

其中，该步骤具体包括：

1）对当前***运行状态进行潮流计算，判断是否会因元件故障引起运行约束越界，包括发电机无功越界、母线电压越界、线路过负荷或潮流不收敛，如果是，调整发电机出力或改变负荷水平，并重新进行运行状态调整后的潮流计算；如果否，执行步骤2）；

其中，本发明实施例采用BPA商业软件进行电力***潮流计算和步骤2）的稳定分析，具体实现时，还可以采用其他的商业软件进行计算，本发明实施例再此不做限制。

传统稳定轨迹的能量裕度计算方法^[2-3]是沿在P点重新加入的持续故障轨迹，计算P点至该轨迹在NPEBS上的逸出点B的势能增量为稳定情况下的暂态能量裕度。但是该方法在大规模电力***的计算机仿真中实现复杂，因为进行电力***仿真时事先很难知道在何时该轨迹通过了它的回摆点而需要重新开始仿真，耗时较长，且分析效率低^[4-5]。为了避免伪故障轨迹仿真，本发明实施例中采用角度模板技术计算稳定轨迹t_r2的能量裕度。该技术首先沿不稳定轨迹t_r1进行曲线积分搜索点P的等势能点P′。假设势能界面平坦，根据能量守恒原理稳定轨迹上P至B的势能增量可以近似由表示不稳定轨迹上P′至e₁的动能减量表示：

$\mathrm{NEM}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}{\widetilde{\mathrm{\ω}}}_i^2\left(P^{\′}\right)-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}{\widetilde{\mathrm{\ω}}}_i^2\left(e_1\right)---\left(10\right)$

式中

为发电机相对于惯性中心的角速度，

δ_i（rad）和ω_i（rad/s）分别表示发电机转子相对于同步转轴的角度和角速度，发电机的角速度δ_i（rad）是暂态稳定仿真中间过程的数据，分析软件中容易获得；

而M_i（s²/rad）为发电机的惯性时间常数，是***元件的输入参数。

由于曲线积分起点为故障后稳定平衡点，并且积分与路径有关，从而给计算上带来一定困难。为了弥补上述不足，本发明实施例在角度模板法基础上采用一种计算稳定轨迹能量裕度的新方法。

若t_cl时刻切除该故障，暂态能量裕度可由下式计算：

NEM=NPE(B)-[NPE(t_cl)+NKE(t_cl)]    （11）

式中：第一项为临界能量，用点B处的能量表示；第二部分为故障后轨迹上的能量，由于故障后整个***的归一化能量是守恒的，所以点P处的归一化能量可以用故障清除时刻的能量代替，即为点A处归一化势能与归一化动能之和，其中动能仅包括贡献于***失稳的有效部分。式（11）等价于：

NEM=ΔNPE(t_cl)-NKE(t_cl)    （12）

其中NKE(t_cl)即可由式（6）获得，而ΔNPE(t_cl)表示在t_cl时刻切除故障后电力***吸收有效NKE的能力，即图5中由t_r2故障清除时刻点A至伪故障轨迹穿越NPEBS的溢出点B的势能增量。实际电力***的计算结果表明，如果稳定和不稳定故障轨迹切除时间相差不大，则在Rⁿ角度空间中，不稳定故障轨迹穿越***势能界面时e₁点的势能与伪故障轨迹穿越势能界面时B点的势能相近，即势能界面在B点附***坦，因此可以假定NPE(B)=NPE(e₁)。根据NEF故障后轨迹能量的守恒性点A至点B的势能增量可以用持续故障轨迹上点A到点C的势能增量与不稳定轨迹t_r1上点C至点e₁的动能减量累加来近似。于是，式（12）中ΔNPE(t_cl)可由下式计算得到：

$\mathrm{\ΔNPE}\left(t_{\mathrm{cl}}\right)=-\frac{1}{2}\underset{j=1}{\overset{T-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\left\{\right[{\mathrm{\θ}}_i\left(t_{j+1}\right)-{\mathrm{\θ}}_i\left(t_j\right)]\×[a_i\left(\mathrm{\θ}\left(t_{j+1}\right)\right)+a_i\left(\mathrm{\θ}\left(t_j\right)\right)\left]\right\}---\left(13\right)$

式中：第一项是用梯形公式求得的故障状态由t_cl至t_cl+Δt时刻的归一化势能增量，其中T为从t_cl到t_cl+Δt的暂态稳定分析仿真步数；θ_i(t_j)表示与暂态稳定仿真过程中第t_j时刻对应的第i台发电机功角；a_i(θ(t_j))按故障后***计算得到的第i台发电机的角加速度。

上述信息在BPA电力***稳定分析商业仿真软件中处于中间过程量，容易获得，具体实现时，还可以采用其他的商业软件进行计算，本发明实施例再此不做限制。

2）对电力***运行状态进行稳定分析，以故障抽样状态x_k为扰动进行仿真，判断电力***是否稳定，如果是，则记为类型一，含义为故障抽样状态x_k下电力***稳定，并转步骤5）；如果否，计算电力***的暂态能量裕度NEM(P₀)，执行步骤3）；

$\mathrm{NEM}\left(P\right)=\frac{1}{2}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\widetilde{\mathrm{\ω}}}_i^2-\frac{1}{2}\underset{j=1}{\overset{T-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\left\{\right[{\mathrm{\θ}}_i\left(t_{j+1}\right)-{\mathrm{\θ}}_i\left(t_j\right)]\×[a_i\left(\mathrm{\θ}\left(t_{j+1}\right)\right)+a_i\left(\mathrm{\θ}\left(t_j\right)\right)\left]\right\}---\left(14\right)$

T为从t_cl到t_cl+Δt的暂态稳定分析仿真步数；θ_i(t_j)表示采取P稳定措施控制量后与暂态稳定仿真过程中第t_j时刻对应的第i台发电机功角；a_i(θ(t_j))表示第t_j时刻第i台发电机的角加速度；a_i(θ(t_j+1))表示第t_j+1时刻第i台发电机的角加速度。

3）从预设稳定措施中，选择故障抽样状态x_k的稳定措施方案P₁，进行稳定性分析仿真，并计算电力***的暂态能量裕度NEM(P₁)；

其中，预设稳定措施根据实际应用中的需要进行设定，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。该步骤的具体计算过程参见步骤2），本发明实施例在此不做赘述。

4）基于总注入功率平衡原则，通过能量函数方法计算稳定措施控制量。

其中，该步骤具体包括：

4a）根据暂态能量裕度NEM(P₀)和NEM(P₁)，采用能量裕度一次插值法求取最佳切机容量P_2，gen；

其中，最佳切机容量由下式计算：

$P_{2,\mathrm{gen}}=0.5[P_1+\frac{-\mathrm{NEM}\left(P_1\right)(P_0-P_1)}{\mathrm{NEM}\left(P_0\right)-\mathrm{NEM}\left(P_1\right)}]---\left(15\right)$

其中，P₀表示没有采用稳定措施，即P₀等于0。

4b）基于总注入功率平衡原则，根据最佳切机容量P_2,gen，计算稳定措施方案P₂中相应的切负荷量P_2，load=P_2,gen。

4c）基于预设稳定措施和当前状态下故障最大允许稳定措施控制量P_max，判断是否P_2，gen+P_2，load≥P_max，如果是，则取P_2,gen=P_2，load=0.5P_max；如果否，不进行调整；

其中当前状态下故障最大允许稳定措施量P_max由电力***运行部门事先规划好，也可以由当前***允许的最大切机量来决定，具体实现时本发明实施例对此不做限制。

4d）根据获得的稳定措施方案P₂，对电力***进行含切机切负荷操作的稳定仿真，判断电力***是否稳定，如果是，记为类型二，含义为电力***处于可控失稳状态；如果否，记为类型三，含义为电力***发生不可控失稳；

5）将故障抽样状态x_k和暂态稳定类型结果发送给主处理器。

其中若为类型二或三，还需要包括所采取的稳定措施量。为提高分析结果的直观性，进而为整个电力***的风险评估提供支持，可以将该暂态稳定性分析结果进一步形成风险量化指标，该指标可定义为：类型一的暂态稳定风险损失量化指标为零，类型二的暂态稳定风险损失量化指标为避免暂态失稳而采取的稳定措施量。类型三的暂态稳定风险损失量化指标为由于***失稳造成的停电损失。通过该暂态稳定分析实施过程中获得的各故障抽样的稳定分析结果及其暂态稳定风险损失量化指标，可以求取电力***当前运行状态下的经济损失风险，并能够对不同电力***运行状态进行横行比较。

步骤105是在单一从处理器进行的基于能量函数的暂态稳定分析过程，可以通过多处理器（或多内核）并行进行计算。为充分发掘现有PC机多处理器（内核）和多线程技术，发展了Monte-Carlo状态采样法与暂态能量函数收敛判据相结合的任务分配拓扑结构，如图6所示：在初始化工作I₀完成后，主处理器将n个状态的Monte-Carlo模拟任务分配给各从处理器，这些任务被表示为T₁，T₂…T_p-1。各从处理器接受任务后，首先通过Monte-Carlo模拟获取n个***状态，然后对各同类故障状态完成***分析，接着基于暂态能量函数方法形成n个***状态下的稳定性指标。完成模拟任务后，主处理器立即将结果传给从处理器，并继续进行下一n个状态的Monte-Carlo模拟任务。主处理器（内核）得到各从处理器（内核）传回的结果后立即刷新可靠性指标并进行收敛控制C₀，若认为未达到精度，则继续等待从处理器传回新的结果，若认为已经收敛，则给所有从处理器发出停止模拟的命令S₀。主处理器执行F₀完成该暂态稳定性分析的指标并输出最终结果。

106：主处理器接收给各从处理器传回的结果，并将结果保存到数据库。

107：判断故障抽样序列X是否完成，如果是，执行步骤108；如果否，执行步骤104；

108：计算电力***暂态稳定的概率指标，并输出结果。

通过上述步骤实现了对不确定情况下的电力***暂态稳定性快速分析，极大的提高了电力***暂态稳定性评估的效率，本方法为不确定情况下的暂态稳定性分析应用到电力***在线安全分析和预警方面创造条件。

综上所述，本发明实施例提供了一种提高电力***暂态稳定性分析效率的方法，该方法采用基于角度模板技术的能量函数方法，避免了以往混合算法的伪故障持续轨迹积分过程，极大加快了暂态稳定的评估速度，并能够定量的给出各采样状态暂态稳定性的稳定水平和安全裕度；满足了对电力***信息实时性的需求，提高了分析效率和电力***的安全性。

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[5]崔凯,房大中,孔祥玉.NTEF在电力***暂态稳定评估软件开发中的应用[C].中国电机工程学报会议,南京,2004.

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种提高电力***暂态稳定性分析效率的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)对电力***元件参数进行初始化，输入电力***数据；

(2)对电力***的网络拓扑状态、发电机状态和负荷水平进行选择，确定电力***运行状态；

(3)通过所述电力***运行状态进行蒙特卡罗抽样选择，形成故障抽样序列X=(x₁,x₂,…,x_n)；

(4)采用面向多处理器并行***的任务分配方法，对所述故障抽样序列X=(x₁,x₂，…,x_n)进行分配；

(5)每个从处理器基于能量函数对故障抽样进行暂态稳定性分析；

(6)主处理器接收给各所述从处理器传回的结果，并将结果保存到数据库；

(7)判断所述故障抽样序列X是否完成，如果是，执行步骤(8)；如果否，执行步骤(4)；

(8)计算电力***暂态稳定的概率指标，并输出结果。

2.根据权利要求1所述的一种提高电力***暂态稳定性分析效率的方法，其特征在于，所述通过所述电力***运行状态进行蒙特卡罗抽样选择，形成故障抽样序列X=(x₁,x₂，…,x_n)具体包括：

1）应用蒙特卡罗对故障元件、故障类型和故障切除时间进行抽样；

2）获取第k次电力***的故障抽样状态x_k，1≤k≤n；

3）判断所述故障抽样状态x_k是否已经包含在已有所述故障抽样序列X中，如果是，对所述故障抽样状态x_k重新进行抽样选择；如果否，加入所述故障抽样序列X中，并令k＝k+1；

4）判断k是否等于n，如果是，执行步骤(4)；如果否，执行步骤1），其中，n表示抽样仿真次数。

3.根据权利要求2所述的一种提高电力***暂态稳定性分析效率的方法，其特征在于，所述每个从处理器基于能量函数对故障抽样进行暂态稳定性分析具体包括：

1）对当前***运行状态进行潮流计算，判断是否会因元件故障引起运行约束越界，包括发电机无功越界、母线电压越界、线路过负荷或潮流不收敛，如果是，调整发电机出力或改变负荷水平，并重新进行运行状态调整后的潮流计算；如果否，执行步骤2）；

2）对所述电力***运行状态进行稳定分析，以所述故障抽样状态x_k为扰动进行仿真，判断电力***是否稳定，如果是，则记为类型一，含义为所述故障抽样状态x_k下电力***稳定，并转步骤5）；如果否，计算电力***的暂态能量裕度NEM(P₀)，执行步骤3）；

3）从预设稳定措施中，选择所述故障抽样状态x_k的稳定措施方案P₁，进行稳定性分析仿真，并计算电力***的暂态能量裕度NEM(P₁)；

4）基于总注入功率平衡原则，通过能量函数方法计算稳定措施控制量；

5）将所述故障抽样状态x_k和暂态稳定类型结果发送给所述主处理器。

4.根据权利要求3所述的一种提高电力***暂态稳定性分析效率的方法，其特征在于，所述暂态能量裕度NEM(P)具体为：

$\mathrm{NEM}\left(P\right)=\frac{1}{2}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\widetilde{\mathrm{\ω}}}_i^2-\frac{1}{2}\underset{j=1}{\overset{T-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\left\{\right[{\mathrm{\θ}}_i\left(t_{j+1}\right)-{\mathrm{\θ}}_i\left(t_j\right)]\×[a_i\left(\mathrm{\θ}\left(t_{j+1}\right)\right)+a_i\left(\mathrm{\θ}\left(t_j\right)\right)\left]\right\}$

m为***内参与运行的发电机个数；

为在采取P稳定措施控制量情况下第i台发电机相对于惯性中心的角速度；T为从故障发生时刻t_cl到故障切除时刻t_cl+Δt的暂态稳定分析仿真步数；θ_i(t_j)表示与暂态稳定仿真过程中第t_j时刻对应的第i台发电机功角；θ_i(t_j+1)表示与暂态稳定仿真过程中第t_j+1时刻对应的第i台发电机功角；a_i(θ(t_j))表示第t_j时刻第i台发电机的角加速度；a_i(θ(t_j+1))表示第t_j+1时刻第i台发电机的角加速度。

5.根据权利要求4所述的一种提高电力***暂态稳定性分析效率的方法，其特征在于，所述基于总注入功率平衡原则，通过能量函数方法计算稳定措施控制量，具体包括：

4a）根据所述暂态能量裕度NEM(P₀)和NEM(P₁)，采用能量裕度一次插值法求取最佳切机容量P_2，gen；

其中， $P_{2,\mathrm{gen}}=0.5[P_1+\frac{-\mathrm{NEM}\left(P_1\right)(P_0-P_1)}{\mathrm{NEM}\left(P_0\right)-\mathrm{NEM}\left(P_1\right)}]$

P₀表示没有采用稳定措施；

4b）基于总注入功率平衡原则，根据所述最佳切机容量P_2,gen，计算稳定措施方案P₂中相应的切负荷量P_2，load=P_2,gen；

4c）基于所述预设稳定措施和当前状态下故障最大允许稳定措施量P_max，判断是否P_2，gen+P_2，load≥P_max，如果是，则取P_2，gen=P_2，load=0.5P_max；如果否，不进行调整；

4d）根据获得的所述稳定措施方案P₂，对电力***进行含切机切负荷操作的稳定仿真，判断电力***是否稳定，如果是，记为类型二，含义为电力***处于可控失稳状态；如果否，记为类型三，含义为电力***发生不可控失稳。

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