CN106600136A - 一种电力断面越限控制效率评估方法 - Google Patents

Abstract

一种电力断面越限控制效率评估方法，涉及电力***运行与控制领域。目前的调度运行管理模式下，对电力调度员的此类操作很少进行相关的评估反馈，缺乏科学有效的评估方法。本发明包括以下步骤：获取评估时段内电网的模型及运行方式数据；判断是否有断面越限，当存在断面越限时，根据建立的理想控制模型，求取理想控制策略，将理想控制策略作为最佳控制策略；对比理想和实际调度策略，计算评估指标。本技术方案通过事后理想再调度的方式，根据最佳控制策略与实际控制策略的差异进行评估。本技术方案在断面越限控制管理过程中引入后评估的理念，量化评估电力调度员实际断面控制措施的有效性。

Description

一种电力断面越限控制效率评估方法

技术领域

本发明涉及电力***运行与控制领域，尤其涉及一种电力断面越限控制效率评估方法。

背景技术

电力***调度运行过程中，需要制定一系列电力***运行规则以保证电网安全稳定运行。我国的电力***已经发展到了大电网互联、超高压交直流输电时代，***运行规律复杂，电力***的实际调度运行过程中，实时调度环节的控制规则一般是基于特定关键断面进行制定，以实现对复杂电力***的“降维”控制。关键断面功率控制是保证电网安全运行的最重要手段，与之相关的调度工作也是实时调度环节的一个重要内容。

电力***正常运行时，通过各种措施一般都能将关键断面的功率控制在限定范围内，但部分情况下，仍会出现断面功率越限的情形。断面功率越限时，电力调度人员一般会通过调节机组出力、负荷转供甚至是切除部分负荷等措施将断面功率控制到限值以下。不同的电力调度人员能力水平存在差异，对***运行规律的认识程度存在不同，往往其采用的控制措施效果也不尽相同。但是在目前的调度运行管理模式下，对电力调度员的此类操作很少进行相关的评估反馈，即使进行评估，也大多采用一事一议，以经验判断为主，缺乏科学有效的评估方法。

目前电力调度过程中缺乏对电力断面越限控制效率评估，其原因主要包括两方面：一是现行电力***调度运行管理模式重视“事前”、“事中”环节，忽视“事后”环节，重视通过事前优化***运行方式及机组计划减少断面越限概率；二是由于、电力***运行规律复杂，电网调度人员的各种调节手段与多个控制目标之间的关系复杂，仅靠人工经验无法准确地对各类调节手段进行调节效率评估。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种电力断面越限控制效率评估方法，以达到实现电力断面越限控制效率评估、闭环控制的目的。为此，本发明采取以下技术方案。

一种电力断面越限控制效率评估方法，其特征在于包括以下步骤：

1)获取评估时段内电网的模型及运行方式数据；

2)判断是否有断面越限，当存在断面越限时，根据建立的理想控制模型，求取理想控制策略，将理想控制策略作为最佳控制策略；最佳控制策略为在计及电力***运行约束条件下，对***中发电机组的出力进行全局优化，使得断面功率值不越限或者越限程度最低；

3)对比理想和实际调度策略，计算评估指标。

本技术方案通过事后理想再调度的方式，根据最佳控制策略与实际控制策略的差异进行评估。在断面越限控制管理过程中引入后评估的理念，通过优化计算，事后分析最佳调度策略，分析比对越限目标函数值的大小，量化评估电力调度员实际断面控制措施的有效性。

可采用分段、分权的方式区分断面越限的严重性。其特征在于构建越限目标函数过程中，根据电力断面的重要性程度设置不同的权重，根据断面越限百分比的不同设置不同的惩罚系数。重要性越高的断面权重系数越大，越限程度越高的断面惩罚系数越高。

可采用百分制的数值对断面越限控制效率进行评估。其特征在于根据控制策略的优劣不同，采用分段线性化的方式对其进行量化评分，评分范围为0～100分，通过设定阈值使得评分数值符合传统优、良、中、差的认知。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。

在步骤1)中，评估时段内电网的模型及运行方式数据从调度中心的能量管理***中获取，其中能量管理***包括SCADA模块和状态估计模块，评估时段内电网的模型及运行方式数据从能量管理***的状态估计模块中获取以减少量测毛刺对后续计算的影响。

在步骤2)中，理想控制模型为：

P_gmin≤P_{G_gt}≤P_gmax

-ΔP_{g_down}≤(P_{G_g(t+1})-P_{g_t})≤ΔP_{g_up}

式中：P_{m_ti}为待求变量，其含义为第i个稳定断面在t时刻的功率值；P_{m_timax}为第i个稳定断面在t时刻的功率控制限值；k_i为第i个稳定断面重要性权重系数，取值范围为(0～1)，可根据稳定断面的重要程度自行设置；C_ti为惩罚因子；T为全天的总时段数；M为稳定断面总数；GN为发电机总数；P_{G_gt}为第g台发电机在t时刻的功率值；P_{L_t}为t时刻的***总负荷有功值；P_{loss_t} t时刻的***有功总网损；S_{mg_t}为t时刻第m个稳定断面对第g台发电机的有功灵敏度；S_{md_t}为t时刻第m个稳定断面对第d个负荷的有功灵敏度；DN为***负荷总数；P_gmin为第g台发电机的有功下限；P_gmax为第g台发电机的有功上限；ΔP_{g_down}为第g台发电机的滑坡能力；ΔP_{g_up}第g台发电机的爬坡能力。

惩罚因子C_ti的计算方法如下：

在步骤2)中，最佳控制策略的求取包括以下步骤

201)求取稳定断面有功对各发电机有功的灵敏度；由于稳定断面是一组支路的集合，因此稳定断面有功对各发电机有功的灵敏度可转化为支路有功与发电机有功的灵敏度；支路有功与发电机有功灵敏度的求取方法如下：

首先简记直流潮流方程：

P＝Bθ

式中，P为节点注入功率向量，θ为点电压相角向量，B为节点导纳矩阵的虚部；同样，根据P-Q分解法的简化条件，可得支路潮流方程为：

式中下标i为支路的首端编号，j为支路的末端编号，P_ij为支路始端有功潮流，B_ij为支路导纳，θ_ij为支路首末端相角差，θ_i为首端相角，θ_j为末端相角，x_ij为支路电抗；支路潮流方程写成矩阵形式有：

P_l＝B_lΦ

式中，P_l为各支路有功潮流构成的向量，B_l为各支路导纳组成的对角矩阵，Φ为各支路两端相角差向量；

记待分析电网的支路节点关联矩阵为A，A为m行n列矩阵，其中m为支路条数，n为节点个数；支路ij对应的行元素中，第i列为1，第j列为-1，其它元素都为0；则有：

P_l＝B_lΦ＝B_lAθ＝B_lAB^-1P

由上式可得：

ΔP_l＝B_lAB^-1ΔP

由上式可知，若设S＝B_lAB^-1，则有ΔP_l＝SΔP，即矩阵S为支路有功对节点注入的灵敏度矩阵；

202)求取发电机有功的最佳控制策略；对电力***的主要约束条件进行建模；获得发电机有功的最佳控制策略求取模型，将发电机有功的最佳控制策略求取模型作为理想控制模型，根据理想控制模型求取最佳控制策略。

步骤3)，包括以下子步骤：

301)计算实际控制越限目标函数值，计算公式如下：

式中，P_{mr_ti}为断面有功的实际值，可从调度自动化***中直接获取；

302)根据实际控制目标函数值与最佳控制策略的差异，对实际控制策略进行评估；评估计算方法如下：

式中，PI即为最终评估得分；根据实际控制目标函数值与最佳控制策略的差异，PI数值在0～100之间，数值越高表明调度控制策略越有效；FG₁₀₀、FG₈₀、FG₆₀、FG₀为预设管理门槛值，可根据需要设置。

有益效果：

1、本发明从事后环节出发，通过事后理想再调度获取最佳控制策略，通过分析对比实际控制效果与最佳控制效果的差异，对电力调度员的调度控制策略进行量化评估。本发明主要具备以下优点：

2、本发明将改变电力***调度生产过程中断面功率控制开环管理的现状，解决以往由于缺乏技术手段，无法对电力断面越限控制策略精细评估的问题。本发明原理明确，可行性强，能有效指导相关评估软件的研发，采用自动化的手段对日常调度控制情况进行自动、定期评估，进而促进断面功率控制闭环管理。

3、本发明回避了实际调度控制策略构成复杂、耦合性强，并且获取控制策略历史记录困难，无法一一评估的难题，由最终电力调度实际成效入手，根据电力断面的实际越限程度进行判断，简化了评估逻辑，增强了评估结果的实用性。

4、本发明采用百分制的量化手段，能精准衡量不同电力调度员、不同电力调度策略的有效性。传统人工评估仅能得出“控制得不错”、“仍有部分有效控制手段未启用”等简单粗放评估结论，本发明采用百分制数值对实际调度效果进行精确衡量，能有效区分不同调度策略的优劣性。

附图说明

图1是本发明流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1所示，本发明包括以下步骤：

1)获取评估时段内电网的模型及运行方式数据；

2)判断是否有断面越限，当存在断面越限时，根据建立的理想控制模型，求取理想控制策略，将理想控制策略作为最佳控制策略；最佳控制策略为在计及电力***运行约束条件下，对***中发电机组的出力进行全局优化，使得断面功率值不越限或者越限程度最低；

3)对比理想和实际调度策略，计算评估指标。

本技术方案所提出的断面越限控制效率评估方法包括电网运行数据获取、最佳控制策略制定、实际控制策略评估三个环节。实际评估过程中将首先获取评估时段内电网模型及历史运行数据，包括断面潮流、机组功率、开关位置等，然后采用事后优化再调度的方式计算理论上的最佳控制策略及对应的控制效果，最后对比实际控制效果与理论最佳控制效果，对调度员的实际控制策略进行评估。

本技术方案通过事后理想再调度的方式，根据最佳控制策略与实际控制策略的差异进行评估。其特征在于在断面越限控制管理过程中引入后评估的理念，通过优化计算，事后分析最佳调度策略，分析比对越限目标函数值的大小，量化评估电力调度员实际断面控制措施的有效性。

可采用分段、分权的方式区分断面越限的严重性。其特征在于构建越限目标函数过程中，根据电力断面的重要性程度设置不同的权重，根据断面越限百分比的不同设置不同的惩罚系数。重要性越高的断面权重系数越大，越限程度越高的断面惩罚系数越高。

可采用百分制的数值对断面越限控制效率进行评估。其特征在于根据控制策略的优劣不同，采用分段线性化的方式对其进行量化评分，评分范围为0～100分，通过设定阈值使得评分数值符合传统优、良、中、差的认知。

本技术方案的具体步骤如下：

步骤1，获取评估时段内电网的模型及运行方式数据。

为进行控制电力断面越限控制效率评估，需要获取***的模型和运行数据。本方法从调度中心的EMS(能量管理***)中取得电网结构模型及实际运行数据断面，包括电网设备参数、电网的运行方式和不同时刻的功率量测等。EMS***中的SCADA和状态估计模块均保存有***各个时刻的运行方式，为了减少量测毛刺等现象对后续计算造成影响，本发明采用状态估计保存的电网模型与运行方式作为评估基础。

步骤2，最佳控制策略求取

本发明采用以最佳控制策略作为评估参照标准，最佳控制策略是指在计及电力***运行约束条件下，对***中发电机组的出力进行全局优化，使得断面功率值不越限或者越限程度最低。最佳控制策略的求取过程如下：

首先求取稳定断面有功对各发电机有功的灵敏度。由于稳定断面是一组支路的集合，因此稳定断面有功对各发电机有功的灵敏度可转化为支路有功与发电机有功的灵敏度。支路有功与发电机有功灵敏度的求取方法如下：

首先简记直流潮流方程：

P＝Bθ (2)

式(2)中，P为节点注入功率向量，θ为点电压相角向量，B为节点导纳矩阵的虚部。同样，根据P-Q分解法的简化条件，可得支路潮流方程为：

式(3)中下标i为支路的首端编号，j为支路的末端编号，P_ij为支路始端有功潮流，B_ij为支路导纳，θ_ij为支路首末端相角差，θ_i为首端相角，θ_j为末端相角，x_ij为支路电抗。支路潮流方程写成矩阵形式有：

P_l＝B_lΦ (4)

式(4)中，P_l为各支路有功潮流构成的向量，B_l为各支路导纳组成的对角矩阵，Φ为各支路两端相角差向量；

记待分析电网的支路节点关联矩阵为A，A为m行n列矩阵，其中m为支路条数，n为节点个数。支路ij对应的行元素中，第i列为1，第j列为-1，其它元素都为0。则有：

P_l＝B_lΦ＝B_lAθ＝B_lAB^-1P (5)

由式(5)可得：

ΔP_l＝B_lAB^-1ΔP (6)

由式(6)可知，若设S＝B_lAB^-1，则有ΔP_l＝SΔP，即矩阵S为支路有功对节点注入的灵敏度矩阵。

然后求取发电机有功的最佳控制策略。为简化求取过程，提升算法实用性，本方法仅对电力***的主要约束条件进行建模。发电机有功的最佳控制策略求取模型如下：

P_gmin≤P_{G_gt}≤P_gmax

-ΔP_{g_down}≤(P_{G_g(t+1)}-P_{g_t})≤ΔP_{g_up}

式(7)中，P_{m_ti}为待求变量，其含义为第i个稳定断面在t时刻的功率值；P_{m_timax}为第i个稳定断面在t时刻的功率控制限值；k_i为第i个稳定断面重要性权重系数，取值范围为(0～1)，可根据稳定断面的重要程度自行设置；C_ti为惩罚因子，详细计算方法见式(8)；T为全天的总时段数，一般取96，即以15分钟为间隔，将一天划分为96个时段；M为稳定断面总数；GN为发电机总数；P_{G_gt}为第g台发电机在t时刻的功率值；P_{L_t}为t时刻的***总负荷有功值；P_{loss_t} t时刻的***有功总网损；S_{mg_t}为t时刻第m个稳定断面对第g台发电机的有功灵敏度；S_{md_t}为t时刻第m个稳定断面对第d个负荷的有功灵敏度；DN为***负荷总数；P_gmin为第g台发电机的有功下限；P_gmax为第g台发电机的有功上限；ΔP_{g_down}为第g台发电机的滑坡能力；ΔP_{g_up}第g台发电机的爬坡能力。

式(7)中引入惩罚因子C_ti目的在于增加越限程度较高断面的影响度，其计算方法如下：

式(8)中各变量含义同式(7)。

步骤3，实际控制策略评估

对比实际控制策略和最佳控制策略的控制效果，对实际控制策略进行打分评估。评估方法如下：

首先计算实际控制越限目标函数值，计算公式如下：

式(9)中，P_{mr_ti}为断面有功的实际值，可从调度自动化***中直接获取，其他参数含义同式(7)。

根据实际控制目标函数值与最佳控制策略的差异，对实际控制策略进行评估。评估计算方法如下：

式(9)中，PI即为最终评估得分。根据实际控制目标函数值与最佳控制策略的差异，PI数值在0～100之间，数值越高表明调度控制策略越有效。FG₁₀₀、FG₈₀、FG₆₀、FG₀为预设管理门槛值，可根据实际管理需要灵活设置。

以上图1所示的一种电力断面越限控制效率评估方法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种电力断面越限控制效率评估方法，其特征在于包括以下步骤：

1)获取评估时段内电网的模型及运行方式数据；

2)判断是否有断面越限，当存在断面越限时，根据建立的理想控制模型，求取理想控制策略，将理想控制策略作为最佳控制策略；最佳控制策略为在计及电力***运行约束条件下，对***中发电机组的出力进行全局优化，使得断面功率值不越限或者越限程度最低；

3)对比理想和实际调度策略，计算评估指标。

2.根据权利要求1所述的一种电力断面越限控制效率评估方法，其特征在于：在步骤1)中，评估时段内电网的模型及运行方式数据从调度中心的能量管理***中获取，其中能量管理***包括SCADA模块和状态估计模块，评估时段内电网的模型及运行方式数据从能量管理***的状态估计模块中获取以减少量测毛刺对后续计算的影响。

3.根据权利要求1所述的一种电力断面越限控制效率评估方法，其特征在于：在步骤2)中，理想控制模型为：

$\begin{array}{cc}obj.& \min F_{perf}=\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{M}{\Σ}}{k}_i{C}_{ti}(P_{m\_ti}-P_{m\_timax})\end{array}$

$\begin{array}{cc}s.t.& \underset{g=1}{\overset{GN}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{G\_gt}-(P_{L\_t}+P_{loss\_t})=0\end{array}$

$P_{m\_ti}=\underset{g=1}{\overset{GN}{\Σ}}(S_{mg\_t}\×P_{G\_gt})+\underset{g=1}{\overset{DN}{\Σ}}(S_{md\_t}\×P_{D\_t})$

P_gmin≤P_{G_gt}≤P_gmax

-ΔP_{g_down}≤(P_{G_g(t+1)}-P_{g_t})≤ΔP_{g_up}

式中：P_{m_ti}为待求变量，其含义为第i个稳定断面在t时刻的功率值；P_{m_timax}为第i个稳定断面在t时刻的功率控制限值；k_i为第i个稳定断面重要性权重系数，取值范围为(0～1)，可根据稳定断面的重要程度自行设置；C_ti为惩罚因子；T为全天的总时段数；M为稳定断面总数；GN为发电机总数；P_{G_gt}为第g台发电机在t时刻的功率值；P_{L_t}为t时刻的***总负荷有功值；P_{loss_t}t时刻的***有功总网损；S_{mg_t}为t时刻第m个稳定断面对第g台发电机的有功灵敏度；S_{md_t}为t时刻第m个稳定断面对第d个负荷的有功灵敏度；DN为***负荷总数；P_gmin为第g台发电机的有功下限；P_gmax为第g台发电机的有功上限；ΔP_{g_down}为第g台发电机的滑坡能力；ΔP_{g_up}第g台发电机的爬坡能力。

4.根据权利要求2所述的一种电力断面越限控制效率评估方法，其特征在于：惩罚因子C_ti的计算方法如下：

$C_{ti}=\left\{\begin{array}{cc}0,& P_{m\_ti}\&le;P_{m\_ti\max }\\ 1,& P_{m\_ti\max }<P_{m\_ti}\&le;1.1P_{m\_ti\max }\\ 2,& 1.2P_{m\_ti\max }<P_{m\_ti}\&le;1.3P_{m\_ti\max }\\ 5,& 1.3P_{m\_ti\max }<P_{m\_ti}\end{array}\right.$

5.根据权利要求1所述的一种电力断面越限控制效率评估方法，其特征在于：在步骤2)中，最佳控制策略的求取包括以下步骤

201)求取稳定断面有功对各发电机有功的灵敏度；由于稳定断面是一组支路的集合，因此稳定断面有功对各发电机有功的灵敏度可转化为支路有功与发电机有功的灵敏度；支路有功与发电机有功灵敏度的求取方法如下：

首先简记直流潮流方程：

P＝Bθ

式中，P为节点注入功率向量，θ为点电压相角向量，B为节点导纳矩阵的虚部；同样，根据P-Q分解法的简化条件，可得支路潮流方程为：

$P_{ij}=-B_{ij}{\mathrm{\&theta;}}_{ij}=\frac{{\mathrm{\&theta;}}_i-{\mathrm{\&theta;}}_j}{x_{ij}}$

式中下标i为支路的首端编号，j为支路的末端编号，P_ij为支路始端有功潮流，B_ij为支路导纳，θ_ij为支路首末端相角差，θ_i为首端相角，θ_j为末端相角，x_ij为支路电抗；支路潮流方程写成矩阵形式有：

P_l＝B_lΦ

式中，P_l为各支路有功潮流构成的向量，B_l为各支路导纳组成的对角矩阵，Φ为各支路两端相角差向量；

记待分析电网的支路节点关联矩阵为A，A为m行n列矩阵，其中m为支路条数，n为节点个数；支路ij对应的行元素中，第i列为1，第j列为-1，其它元素都为0；则有：

P_l＝B_lΦ＝B_lAθ＝B_lAB^-1P

由上式可得：

ΔP_l＝B_lAB^-1ΔP

由上式可知，若设S＝B_lAB^-1，则有ΔP_l＝SΔP，即矩阵S为支路有功对节点注入的灵敏度矩阵；

202)求取发电机有功的最佳控制策略；对电力***的主要约束条件进行建模；获得发电机有功的最佳控制策略求取模型，将发电机有功的最佳控制策略求取模型作为理想控制模型，根据理想控制模型求取最佳控制策略。

6.根据权利要求5所述的一种电力断面越限控制效率评估方法，其特征在于：步骤3)，包括以下子步骤：

301)计算实际控制越限目标函数值，计算公式如下：

$F_{real}=\underset{t=1}{\overset{T}{\&Sigma;}}\underset{i=1}{\overset{M}{\&Sigma;}}{k}_i{C}_{ti}(P_{mr\_ti}-P_{m\_timax})$

式中，P_{mr_ti}为断面有功的实际值，可从调度自动化***中直接获取；

302)根据实际控制目标函数值与最佳控制策略的差异，对实际控制策略进行评估；评估计算方法如下：

$PI=\left\{\begin{array}{cc}100,& F_{real}-F_{perf}\&le;{\mathrm{FG}}_{100}\\ 100-20*\frac{F_{real}-F_{perf}-{\mathrm{FG}}_{100}}{{\mathrm{FG}}_{80}-{\mathrm{FG}}_{100}},& {\mathrm{FG}}_{100}<F_{real}-F_{perf}\&le;{\mathrm{FG}}_{80}\\ 80-20*\frac{F_{real}-F_{perf}-{\mathrm{FG}}_{80}}{{\mathrm{FG}}_{60}-{\mathrm{FG}}_{80}},& {\mathrm{FG}}_{80}<F_{real}-F_{perf}\&le;{\mathrm{FG}}_{60}\\ 60-60*\frac{F_{real}-F_{perf}-{\mathrm{FG}}_{60}}{{\mathrm{FG}}_0-{\mathrm{FG}}_{60}},& {\mathrm{FG}}_{60}<F_{real}-F_{perf}\&le;{\mathrm{FG}}_0\\ 0,& {\mathrm{FG}}_0<F_{real}-F_{perf}\end{array}\right.$

式中，PI即为最终评估得分；根据实际控制目标函数值与最佳控制策略的差异，PI数值在0～100之间，数值越高表明调度控制策略越有效；FG₁₀₀、FG₈₀、FG₆₀、FG₀为预设管理门槛值，可根据需要设置。