CN102930141B - 一种电网复杂监控断面潮流控制的快速计算方法 - Google Patents
一种电网复杂监控断面潮流控制的快速计算方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种电网复杂监控断面潮流控制的快速计算方法,该方法根据实际电网结构进行简化和抽象,构建了基于有向图的监控断面拓扑图。提出按照“自下而上”的原则逐级消除监控断面过载,利用系数矩阵来实现各节点调节量的快速分配,并基于图论中的邻接矩阵与路径矩阵进行了算法实现。实例仿真结果表明本文提出的方法在复杂断面监控中可行和有效。
Description
技术领域
本发明属于电气设备及电气工程技术领域,适用于电网复杂监控断面潮流越限后的快速控制,对确保电网安全具有重要意义。
技术背景
近年来,电力***发生多次大面积停电事故,如“8·14”美加大停电、“11·4”欧洲大停电、“7·30”、“7·31”印度大停电等,所造成的经济损失和社会影响极其严重。
我国电力网络结构比较薄弱,能源与经济发展不平衡,电力资源与用电负荷分布极不均匀,资源丰富地区的富余电力需通过长距离输电线路输送到负荷中心。预计到2020年,每年将有100000MW电力通过多条交直流并联线路从西部送往东部。
电厂一般根据电压等级按照就近原则接入电网,多个送出通道汇集后再集中送出,这样往往会有多个电厂共用一个送出通道,导致部分地区电力送出受阻,送出通道长期压极限运行,电网稳定问题十分突出。输电断面的极限主要受功角稳定、热稳定、电压稳定制约,当线路输送功率超过稳定极限,一旦发生扰动,电网稳定极有可能被破坏,从而造成大面积停电事故,严重威胁电网安全。
复杂断面是相对于单一断面而言的,是指一组在电气上具有直接联系、相互影响的断面集合。复杂断面中的多个控制断面之间关系复杂,每个控制断面都汇集了多个下级断面,经下级断面并网的电厂发电能力时间、空间上的不一致及地区地网负荷的波动,都会影响到上级断面的潮流,断面过载原因复杂,因此也为各级调度的调控带来困难。在保证输电通道利用率的同时,对送出通道上的多个断面进行实时监视,发生断面越限时,按照公开、公平、公正的“三公”原则,快速调控以消除过载,对于保障电网安全稳定,具有重要意义。
发明内容
本发明的目的正是为了能在复杂监控断面发生过载后,对断面潮流控制方案进行快速计算,为电力***的值班调度员或自动控制***提供控制策略参考,以快速消除所有监控断面的过载,从而确保电网安全。
本发明的目的是通过如下技术方案来实现的。
一种电网复杂监控断面潮流控制的快速计算方法,本发明特征是:
(1)建立了基于图论的电网复杂监控断面拓扑模型;实际电网中需要监控的断面包含主变、输电线路元件,各断面分别处于输电通道的上下级,接线形式多样,送出潮流互相影响。所建立的监控断面拓扑图中主要包含需要监控的各断面,其余不相关厂站、线路在拓扑图中予以简化;变电站母线抽象为有向图中的顶点V,需要监控的主变、线路等元件抽象为有向图中的边E;
(2).建立了系数矩阵K反映各断面的调控分配比例;K为n×n阶的方阵(kij)n×n,n为监控断面拓扑图的顶点数目;若断面lij的潮流需要调整Δpij,则网络中所有节点应承担的调整比例组成的行向量即为Ki,Ki中所有元素之和为1;系数矩阵K反映的是各节点对断面调控的贡献程度,可根据等比例分配原则进行计算得出,可以根据生产实际中的调控要求进行设置;
(3).建立了调整向量Mt反映时刻t各节点应调整的潮流大小;Mt为1×n维的行向量,对节点i(1≤i≤n)的送出断面潮流进行大小为mi的调控后,时刻t的所有监控断面越限全部消除;
(4).运用公式ΔPt=P'-Pt计算时刻t的裕度矩阵ΔPt;ΔPt为n×n阶的方阵(Δpij)n×n,P′为该监控网络的限值矩阵,由各断面的监控限值构成,Pt为时刻t的潮流矩阵,由电力***中的SCADA***采集。裕度矩阵ΔPt反映监控网络中各断面在时刻t的断面裕度大小,若Δpij<0,则断面lij越限,若Δpij>0,则断面lij未越限;
(5).若某一断面lij潮流越限,按照“自下而上”的原则,先消除其所有下级断面的越限,然后更新裕度矩阵,若该断面依然过载,则按照系数矩阵K,确定各节点应承担的调整潮流大小,以消除该断面过载;
(6).遍历所有监视断面,并对过载断面执行消除过载的措施,直到所有断面过载消除,获得时刻t的调整向量Mt。
由于电网结构变化不大,需要监控的断面相对固定,因此监控断面拓扑模型的构建可以离线进行,调整向量Mt的计算主要是矩阵运算,可以满足在线快速计算的要求;电力***的值班调度员或自动控制***根据调整向量Mt对监控断面进行快速控制,能在确保通道利用率、“三公”调度原则的同时,快速有效消除时刻t所有监控断面的越限,从而确保电网的安全。
若某一断面lij越限,但其下级所有断面越限均已消除,则为消除该断面过载,各节点所承担的调整量由系数矩阵K中的第i行行向量Ki决定。系数矩阵K可根据生产实际需要进行设置,也可根据等比例调整原则进行计算,计算方法为:
(1)初始化K=Pt,将K中所有小于0的元素置为0,修正完毕后,对K各列进行归一化;
(2)令K=KT,i=1;
(3)令j=1;
(4)若kij≠0,则遍历h=1~n,步长为1,对每一个h,如kjh≠0,则令kih=kij×kjh;遍历结束后,令kij=0;
(5)j=j+1,执行步骤(4),直到j>n;
(6)i=i+1,执行步骤(3),直到i>n;
(7)遍历系数矩阵K的行向量,若Kx=0,则令kxx=1,计算结束。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步解释。
附图说明
图1为本发明监控算法流程示意图;
图2为本发明一种实施例的电网接线图;
图3为本发明一种实施例的监控断面拓扑图。
具体实施方式
实施例
设某一监控断面拓扑共有n个顶点,潮流矩阵为Pt,限值矩阵为P′,裕度矩阵ΔPt=P′-Pt,路径矩阵T,系数矩阵K,调整向量Mt。调整向量Mt的求解流程如图1所示,具体求解算法如下:
(1)初始化调整向量Mt=0;
(2)遍历ΔPt中所有元素,如Δpij<0,则表示断面lij越限,进入步骤(3);
(3)遍历x=1~n,步长为1,若txi≠0,表明节点x位于断面lij的下级,则执行步骤(4);遍历结束,表明下级断面均无过载,执行步骤(5);
(4)遍历y=1~n,步长为1,若表明节点x的送出断面过载,则递归调用步骤(3);遍历结束,返回步骤(3);
(5)设当前搜索的过载断面为lxy,则其中Kx为系数矩阵的第x行行向量;
(6)更新裕度矩阵ΔPt,断面lxy的所有上级节点送出断面裕度均增加
(7)若所有断面过载消除,则运算终止,否则,继续步骤(2)。
按照调整向量Mt对各节点进行调控即可消除时刻t的所有断面过载,若mi为负值,则将节点i的出力调减|mi|,若mi为正值,则将节点i的出力增加|mi|。
以云南西部的地区电网为例,说明调控算法的可行性和有效性。云南西部水电资源丰富,总装机达1420万千瓦,在汛期大量小水电送出受阻,送出通道长期压极限运行。地区电网接线如图2所示,根据本发明的方法,构建了相应的监控断面拓扑图,如图3所示。设某一时刻,断面l21、l2、l75同时越限,根据本发明的调控算法求得系数矩阵K如式(1)所示,
求得调整向量Mt=[0,0,0,0,0,-1,0,-6,-2,-10],即对节点6、8、9、10的上送出力分别调减1MW、6MW、2MW、10MW后,即可快速消除所有监控断面的越限,且各通道按照等比例原则进行调控,满足“三公”调度要求,调控效果如表1所示。
表1调控效果对照表
Claims (1)
1.一种电网复杂监控断面潮流控制的快速计算方法,其特征是:
(1).建立了基于图论的电网复杂监控断面拓扑模型;实际电网中需要监控的断面包含主变、输电线路元件,各断面分别处于输电通道的上下级;所建立的监控断面拓扑图中主要包含需要监控的各断面;变电站母线抽象为有向图中的顶点V,需要监控的主变、输电线路元件抽象为有向图中的边E;
(2).建立了系数矩阵K反映各断面的调控分配比例;K为n×n阶的方阵(kij)n×n,n为监控断面拓扑图的顶点数目;若断面lij的潮流需要调整Δpij,则网络中所有节点应承担的调整比例组成的行向量即为Ki,Ki中所有元素之和为1;系数矩阵K反映的是各节点对断面调控的贡献程度,根据等比例分配原则进行计算得出,根据生产实际中的调控要求进行设置;
(3).建立了调整向量Mt反映时刻t各节点应调整的潮流大小;Mt为1×n维的行向量,对节点i(1≤i≤n)的送出断面潮流进行大小为mi的调控后,时刻t的所有监控断面越限全部消除;
(4).运用公式ΔPt=P'-Pt计算时刻t的裕度矩阵ΔPt;ΔPt为n×n阶的方阵(Δpij)n×n,P'为该监控网络的限值矩阵,由各断面的监控限值构成,Pt为时刻t的潮流矩阵,由电力***中的SCADA***采集;裕度矩阵ΔPt反映监控网络中各断面在时刻t的断面裕度大小,若Δpij<0,则断面lij越限,若Δpij>0,则断面lij未越限;
(5).若某一断面lij潮流越限,按照“自下而上”的原则,先消除其所有下级断面的越限,然后更新裕度矩阵,若该断面依然过载,则按照系数矩阵K,确定各节点应承担的调整潮流大小,以消除该断面过载;
(6).遍历所有监视断面,并对过载断面执行消除过载的措施,直到所有断面过载消除,获得时刻t的调整向量Mt。
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