CN102930141B - 一种电网复杂监控断面潮流控制的快速计算方法 - Google Patents

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

一种电网复杂监控断面潮流控制的快速计算方法

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(k_ij)_n×n，n为监控断面拓扑图的顶点数目；若断面l_ij的潮流需要调整Δp_ij，则网络中所有节点应承担的调整比例组成的行向量即为K_i，K_i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M_t反映时刻t各节点应调整的潮流大小；M_t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m_i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ΔP_t=P'-P_t计算时刻t的裕度矩阵ΔP_t；ΔP_t为n×n阶的方阵(Δp_ij)_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，P_t为时刻t的潮流矩阵，由电力***中的SCADA***采集。裕度矩阵ΔP_t反映监控网络中各断面在时刻t的断面裕度大小，若Δp_ij<0，则断面l_ij越限，若Δp_ij>0，则断面l_ij未越限；

(5).若某一断面l_ij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M_t。

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M_t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M_t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l_ij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K_i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=P_t，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=K^T，i=1；

(3)令j=1；

(4)若k_ij≠0，则遍历h=1~n，步长为1，对每一个h，如k_jh≠0，则令k_ih=k_ij×k_jh；遍历结束后，令k_ij=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K_x=0，则令k_xx=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P_t，限值矩阵为P′，裕度矩阵ΔP_t=P′-P_t，路径矩阵T，系数矩阵K，调整向量M_t。调整向量M_t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M_t=0；

(2)遍历ΔP_t中所有元素，如Δp_ij<0，则表示断面l_ij越限，进入步骤(3)；

(3)遍历x=1~n，步长为1，若t_xi≠0，表明节点x位于断面l_ij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l_xy，则其中K_x为系数矩阵的第x行行向量；

(6)更新裕度矩阵ΔP_t，断面l_xy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M_t对各节点进行调控即可消除时刻t的所有断面过载，若m_i为负值，则将节点i的出力调减|m_i|，若m_i为正值，则将节点i的出力增加|m_i|。

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、l_2、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，

$\left[\begin{array}{cccccccccc}0& 0& 0& 0.044521& 0& 0.054795& 0& 0.205479& 0.099315& 0.59589\\ 0& 0& 0& 0.044521& 0& 0.054795& 0& 0.205479& 0.099315& 0.59589\\ 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0.057348& 0& 0.215054& 0.103943& 0.623656\\ 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0.674157& 0.325843& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1\end{array}\right]---\left(1\right)$

求得调整向量M_t=[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(k_ij)_n×n，n为监控断面拓扑图的顶点数目；若断面l_ij的潮流需要调整Δp_ij，则网络中所有节点应承担的调整比例组成的行向量即为K_i，K_i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M_t反映时刻t各节点应调整的潮流大小；M_t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m_i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ΔP_t＝P'-P_t计算时刻t的裕度矩阵ΔP_t；ΔP_t为n×n阶的方阵(Δp_ij)_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，P_t为时刻t的潮流矩阵，由电力***中的SCADA***采集；裕度矩阵ΔP_t反映监控网络中各断面在时刻t的断面裕度大小，若Δp_ij＜0，则断面l_ij越限，若Δp_ij＞0，则断面l_ij未越限；

(5).若某一断面l_ij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M_t。