CN107067126B - 一种基于潮流转移比的热稳定关键输电通道识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于潮流转移比的热稳定关键输电通道识别方法，属于电力***及其自动化技术领域。本发明通过判断故障后监视元件负载率和故障前故障元件负载率对预想故障集合进行故障筛选；对于关键故障集合中的故障计算故障后监视元件的潮流转移比，根据潮流转移比门槛值筛选主要潮流转移元件，进一步考虑元件的级联关系和总转移比门槛值限制确定主要潮流转移元件；将关键故障的主要潮流转移元件与故障元件一起组成候选的关键输电通道，基于潮流转移比估算输电通道的热稳定极限功率，通过热稳定极限功率裕度在候选集合中确定关键输电通道。本发明可以满足电网当前运行情况下考虑预想故障场景识别热稳定关键输电通道进行在线安全监视的要求。

Description

一种基于潮流转移比的热稳定关键输电通道识别方法

技术领域

本发明属于电力***自动化技术领域，具体地说本发明涉及一种基于潮流转移比的热稳定关键输电通道识别方法。

背景技术

输电通道是指在电网安全稳定或者电量交换上相互关联的一组输电元件(线路、变压器)。从功率传输角度来看，输电通道中各个输电元件传送的有功功率应该是同方向的；从电量交换的角度来看，联接两个区域的一组输电元件就构成了能量交换的一个输电通道。输电通道作为功率输送的通道和电气联系的走廊，集中体现了电网中的薄弱环节，当传送功率过大时，可能存在安全稳定隐患。对关键输电通道进行功率监视在电力***的运行和控制中具有重要意义。

目前输电通道往往是由***分析人员根据运行经验和自然地域信息选定，按照事先研究指定的调整原则和方法，离线或在线实时计算出关键输电通道的极限功率，调度运行人员根据极限功率对输电通道功率进行监视和控制。但随着区域电网联系的加强，运行情况越来越复杂，仅凭运行经验和地域信息已难以准确确定关键输电通道。更为重要的是，如果电网发生了诸如冰灾、地震、洪水等极端外部灾害，造成大面积的群发性断线和倒塔，调度员缺乏经验和应对策略，面对大量的薄弱输电通道无所适从，因此需要一种能在电网当前运行情况下考虑预想故障场景识别关键输电通道的方法，它能基于电网实时运行方式，识别关键的薄弱输电通道，进而计算关键输电通道的极限功率，满足在线安全监视和调度控制的要求。

在实际电力***中，联系紧密的重载输电线路构成的局部输电通道往往容易出现过载的情况，极大影响电网安全稳定运行，需要对其进行重点监控。因此，针对热稳定安全问题，可以定义关键输电通道为安全裕度低、相互之间联系紧密、开断灵敏度大的大功率输电元件构成的输电通道，且输电通道的当前功率距离极限功率的安全裕度小于门槛值。

发明内容

本发明目的是：为了满足电网当前运行情况下考虑预想故障场景识别热稳定关键输电通道进行在线安全监视的要求，提供了一种基于潮流转移比的热稳定关键输电通道识别方法。该方法在预想故障集合热稳定安全评估基础上，通过判断故障后监视元件负载率和故障前故障元件负载率对预想故障集合进行故障筛选；对于关键故障集合中的故障计算故障后监视元件的潮流转移比，根据潮流转移比门槛值筛选主要潮流转移元件，进一步考虑元件的级联关系和总转移比门槛值限制确定主要潮流转移元件；将关键故障的主要潮流转移元件与故障元件一起组成候选的关键输电通道，基于潮流转移比估算输电通道的热稳定极限功率，通过热稳定极限功率裕度在候选集合中确定关键输电通道。

具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的，包括以下步骤：

1)基于电网的模型参数和当前的运行状态生成潮流文件，考虑线路和变压器事故后最大允许电流，对预想故障集合进行热稳定安全评估；

2)基于热稳定安全评估结果对预想故障集合进行故障筛选，得到进行关键输电通道识别的候选关键故障集合，如候选关键故障集合为空，则结束本方法；

3)对于候选关键故障集合中每一个故障，计算故障后所有监视元件的潮流转移比，如不存在故障后负载率大于故障后负载率门槛值且潮流转移比大于潮流转移比门槛值的监视元件，则认为该故障无需识别关键输电通道，并从候选关键故障集合中删除该故障；

如果候选关键故障集合中每一个故障均无需识别关键输电通道而被删除，则结束本方法，否则将候选关键故障集合中剩余的需要进行关键输电通道识别的故障作为需要进行关键输电通道识别的关键故障集合；

4)对于关键故障集合中每一个故障，根据监视元件的潮流转移比大小确定主要的潮流转移元件，将主要的潮流转移元件与故障元件一起组成候选的关键输电通道；

5)首先，对候选的每一个关键输电通道，假定故障元件和主要的潮流转移元件有功功率按照初始的比例关系同比变化，基于故障元件的潮流转移比估算输电通道的热稳定极限功率，并求取热稳定极限功率裕度，若热稳定极限功率裕度小于事先设定的门槛值，则确认其为关键输电通道；

然后，对确认的关键输电通道进行查重，若存在关键输电通道的组成元件完全一致则认为相应关键输电通道为同一输电通道；对于同一输电通道，选择该同一输电通道中热稳定极限功率裕度最小的故障作为该输电通道考核的关键故障。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤2)中基于热稳定安全评估结果对预想故障集合进行故障筛选时，若预想故障同时满足以下条件时，判定该预想故障为候选关键故障：

故障后所有监视元件负载率中最高负载率大于故障后负载率门槛值；

故障元件负载率大于故障元件故障前负载率门槛值；

故障没有造成***解列产生孤岛。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3)计算关键故障集合中每一个故障后所有监视元件的故障元件潮流转移比，具体通过以下方法实现：

设电网中共有n个监视元件，按以下公式计算对每一监视元件计算故障元件对其的有功功率潮流转移比，即故障元件潮流转移比：

其中：K_j为第j个监视元件的故障元件潮流转移比，P_j是故障后第j个监视元件的有功功率，P_j0是故障前第j个监视元件的有功功率，其中j＝1…n，P_s0是故障元件在基态潮流中有功功率值，对多个故障元件则为多个故障元件有功功率值之和。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤4)关键故障集合中每一个故障的主要的潮流转移元件的确定，具体通过以下方法实现：

4-1)根据潮流转移比门槛值筛选监视元件，保留潮流转移比大于潮流转移比门槛值的监视元件；

4-2)对保留的监视元件判断级联关系，若一个元件与另一个元件直接相连且故障后潮流方向一致，则判断两者为级联关系，对潮流转移比相差不大(相差率小于5％)的级联元件优先保留与故障元件直接相连的元件，对潮流转移比相差大的级联元件则保留潮流转移比相对较大的元件，其中并列运行的多个监视元件视为一个元件处理，其潮流转移比取为该多个并列运行的监视元件各自潮流转移比之和；

4-3)将剩余的多个元件潮流转移比相加得到总转移比，若总转移比超过总转移比门槛值，则删除转移比相对较小的元件使总转移比小于门槛值；使总转移比不超过总转移比门槛值的元件就是主要的潮流转移元件。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤5)中基于故障元件的潮流转移比估算输电通道的热稳定极限功率，具体通过以下方法实现：

5-1)考虑主要的潮流转移元件中无功功率按等功率因数进行变化，基于主要潮流转移元件的最大允许电流估算其最大有功功率，公式如下：

其中：P_imax是第i个主要的潮流转移元件的最大有功功率，P_i是故障后第i个主要的潮流转移元件的有功功率；Q_i是故障后第i个主要的潮流转移元件的无功功率；V_i是故障后第i个主要的潮流转移元件两端点电压的较小值；I_ilim是第i个主要的潮流转移元件的事故最大允许电流；

5-2)计算使主要的潮流转移元件在故障后达到有功限值时故障前故障元件的有功功率值，公式如下:

其中，P_si是使得第i个主要的潮流转移元件在故障后达到有功限值时故障前故障元件的有功功率值，P_imax是第i个主要的潮流转移元件的最大有功功率，P_i是故障后第i个主要的潮流转移元件的有功功率，P_i0是故障前第i个主要的潮流转移元件的有功功率，K_i为第i个主要的潮流转移元件的故障元件潮流转移比，其中(i＝1…m)，m为主要的潮流转移元件的总数；

将使主要的潮流转移元件在故障后达到有功限值时故障前故障元件的有功功率值中的最小值，取为当输电通道传输功率达到极限值时故障元件的有功功率值：

5-3)估算输电通道的热稳定极限功率P_dlim，公式如下：

其中：P_d0是输电通道的初始有功功率，

即为输电通道的热稳定极限功率裕度。

本发明的有益效果如下：本发明提出了一种基于潮流转移比的热稳定关键输电通道识别方法。通过判断故障后监视元件负载率和故障前故障元件负载率对预想故障集合进行故障筛选，减少了进行关键输电通道识别的故障数目；在根据潮流转移比门槛值筛选主要潮流转移元件的基础上进一步考虑元件的级联关系和总转移比门槛值限制，保证了主要潮流转移元件选择的正确性；基于潮流转移比估算输电通道的热稳定极限功率，可以通过热稳定极限功率裕度在候选集合中确定关键输电通道。应用本发明方法，可以在电网当前运行情况下考虑预想故障场景识别热稳定关键输电通道，满足在线安全监视的要求。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。

本发明的一个实施例，其步骤如图1所示：

图1中步骤1描述的是基于电网的模型参数和当前的运行状态生成潮流文件，考虑线路和变压器事故后最大允许电流，对预想故障集合进行热稳定安全评估。

图1中步骤2描述的是基于热稳定安全评估结果对预想故障集合进行故障筛选，得到进行关键输电通道识别的候选关键故障集合。如候选关键故障集合为空，则结束本方法。

具体地，若预想故障同时满足以下条件时，判定该预想故障为候选关键故障：

故障后所有监视元件(线路或变压器)负载率中最高负载率大于故障后负载率门槛值(通常取为70％)；

故障元件负载率大于故障元件故障前负载率门槛值(通常取为50％)；

故障没有造成***解列产生孤岛。

图1中步骤3描述的是对于候选关键故障集合中每一个故障，计算故障后所有监视元件的故障元件潮流转移比，如不存在故障后负载率大于故障后负载率门槛值且潮流转移比大于潮流转移比门槛值(可取为5％)的监视元件，则认为该故障无需识别关键输电通道，并从候选关键故障集合中删除该故障，如果候选关键故障集合中每一个故障均无需识别关键输电通道而被删除，则结束本方法，否则将候选关键故障集合中剩余的需要进行关键输电通道识别的故障作为需要进行关键输电通道识别的关键故障集合。

计算关键故障集合中每一个故障后所有监视元件的故障元件潮流转移比，具体通过以下方法实现：

设电网中共有n个监视元件，按以下公式计算对每一监视元件计算故障元件对其的有功功率潮流转移比，即故障元件潮流转移比：

其中：K_j为第j个监视元件的故障元件潮流转移比，P_j是故障后第j个监视元件的有功功率，P_j0是故障前第j个监视元件的有功功率，其中j＝1…n，P_s0是故障元件在基态潮流中有功功率值，对多个故障元件则为多个故障元件有功功率值之和。

图1中步骤4描述的是对于关键故障集合中每一个故障根据监视元件的潮流转移比大小确定主要的潮流转移元件，将主要的潮流转移元件与故障元件一起组成候选的关键输电通道。

关键故障集合中每一个故障的主要的潮流转移元件的确定，具体通过以下方法实现：

4-1)根据潮流转移比门槛值筛选监视元件，保留潮流转移比大于潮流转移比门槛值的监视元件；

4-2)对保留的监视元件判断级联关系，若一个元件与另一个元件直接相连且故障后潮流方向一致，则判断两者为级联关系，对潮流转移比相差不大(相差率小于5％)的级联元件优先保留与故障元件直接相连的元件，对潮流转移比相差大的级联元件则保留潮流转移比相对较大的元件，其中并列运行的多个监视元件视为一个元件处理，其潮流转移比取为该多个并列运行的监视元件各自潮流转移比之和；

4-3)将剩余的多个元件潮流转移比相加得到总转移比，如总转移比超过总转移比门槛值(可取为100％)，则删除转移比相对较小的元件使总转移比小于门槛值。使总转移比不超过总转移比门槛值的元件就是主要的潮流转移元件。

图1中步骤5描述的是对候选的每一个关键输电通道，假定故障元件和主要的潮流转移元件有功功率按照初始的比例关系同比变化，基于故障元件的潮流转移比估算输电通道的热稳定极限功率，并求取热稳定极限功率裕度，若热稳定极限功率裕度小于事先设定的门槛值(通常取为10％)，则确认其为关键输电通道。接着对确认的关键输电通道进行查重，若存在关键输电通道的组成元件完全一致则认为相应关键输电通道为同一输电通道；对于同一输电通道，选择该同一输电通道中热稳定极限功率裕度最小的故障作为该输电通道考核的关键故障

具体地，基于故障元件的潮流转移比估算输电通道的热稳定极限功率的方法如下：

5-1)考虑主要的潮流转移元件中无功功率按等功率因数进行变化，基于主要潮流转移元件的最大允许电流估算其最大有功功率，公式如下：

其中：P_imax是第i个主要的潮流转移元件的最大有功功率，P_i是故障后第i个主要的潮流转移元件的有功功率；Q_i是故障后第i个主要的潮流转移元件的无功功率；V_i是故障后第i个主要的潮流转移元件两端点电压的较小值；I_ilim是第i个主要的潮流转移元件的事故最大允许电流；

5-2)计算使主要的潮流转移元件在故障后达到有功限值时故障前故障元件的有功功率值，公式如下:

其中，P_si是使得第i个主要的潮流转移元件在故障后达到有功限值时故障前故障元件的有功功率值，P_imax是第i个主要的潮流转移元件的最大有功功率，P_i是故障后第i个主要的潮流转移元件的有功功率，P_i0是故障前第i个主要的潮流转移元件的有功功率，K_i为第i个主要的潮流转移元件的故障元件潮流转移比，其中(i＝1…m)，m为主要的潮流转移元件的总数；

将使主要的潮流转移元件在故障后达到有功限值时故障前故障元件的有功功率值中的最小值，取为当输电通道传输功率达到极限值时故障元件的有功功率值：

5-3)估算输电通道的热稳定极限功率P_dlim，公式如下：

其中：P_d0是输电通道的初始有功功率，

即为输电通道的热稳定极限功率裕度。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (2)

1.一种基于潮流转移比的热稳定关键输电通道识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)基于电网的模型参数和当前的运行状态生成潮流文件，考虑线路和变压器事故后最大允许电流，对预想故障集合进行热稳定安全评估；

2)基于热稳定安全评估结果对预想故障集合进行故障筛选，得到进行关键输电通道识别的候选关键故障集合，如候选关键故障集合为空，则结束本方法；

3)对于候选关键故障集合中每一个故障，计算故障后所有监视元件的潮流转移比，如不存在故障后负载率大于故障后负载率门槛值且潮流转移比大于潮流转移比门槛值的监视元件，则认为该故障无需识别关键输电通道，并从候选关键故障集合中删除该故障；

如果候选关键故障集合中每一个故障均无需识别关键输电通道而被删除，则结束本方法，否则将候选关键故障集合中剩余的需要进行关键输电通道识别的故障作为需要进行关键输电通道识别的关键故障集合；

其中，计算关键故障集合中每一个故障后所有监视元件的故障元件潮流转移比，通过以下方法实现：

设电网中共有n个监视元件，按以下公式计算对每一监视元件计算故障元件对其的有功功率潮流转移比，即故障元件潮流转移比：

其中：K_j为第j个监视元件的故障元件潮流转移比，P_j是故障后第j个监视元件的有功功率，P_j0是故障前第j个监视元件的有功功率，其中j＝1…n，P_s0是故障元件在基态潮流中有功功率值，对多个故障元件则为多个故障元件有功功率值之和；

4)对于关键故障集合中每一个故障，根据监视元件的潮流转移比大小确定主要的潮流转移元件，将主要的潮流转移元件与故障元件一起组成候选的关键输电通道；其中根据监视元件的潮流转移比大小确定主要的潮流转移元件，包括以下步骤：

4-1)根据潮流转移比门槛值筛选监视元件，保留潮流转移比大于潮流转移比门槛值的监视元件；

4-2)对保留的监视元件判断级联关系，若一个元件与另一个元件直接相连且故障后潮流方向一致，则判断两者为级联关系，对潮流转移比相差率小于5％的级联元件保留与故障元件直接相连的元件，对潮流转移比相差不小于5％的级联元件则保留潮流转移比相对较大的元件，其中并列运行的多个监视元件视为一个元件处理，其潮流转移比取为该多个并列运行的监视元件各自潮流转移比之和；

4-3)将剩余的多个元件潮流转移比相加得到总转移比，若总转移比超过总转移比门槛值，则删除转移比相对较小的元件使总转移比小于门槛值；使总转移比不超过总转移比门槛值的元件就是主要的潮流转移元件；

5)首先，对候选的每一个关键输电通道，假定故障元件和主要的潮流转移元件有功功率按照初始的比例关系同比变化，基于故障元件的潮流转移比估算输电通道的热稳定极限功率，并求取热稳定极限功率裕度，若热稳定极限功率裕度小于事先设定的门槛值，则确认其为关键输电通道；

然后，对确认的关键输电通道进行查重，若存在关键输电通道的组成元件完全一致则认为相应关键输电通道为同一输电通道；对于同一输电通道，选择该同一输电通道中热稳定极限功率裕度最小的故障作为该输电通道考核的关键故障；

其中，基于故障元件的潮流转移比估算输电通道的热稳定极限功率，并求取热稳定极限功率裕度，包括以下步骤：

5-1)考虑主要的潮流转移元件中无功功率按等功率因数进行变化，基于主要潮流转移元件的最大允许电流估算其最大有功功率，公式如下：

其中：P_imax是第i个主要的潮流转移元件的最大有功功率，P_i是故障后第i个主要的潮流转移元件的有功功率；Q_i是故障后第i个主要的潮流转移元件的无功功率；V_i是故障后第i个主要的潮流转移元件两端点电压的较小值；I_ilim是第i个主要的潮流转移元件的事故最大允许电流；

5-2)计算使主要的潮流转移元件在故障后达到有功限值时故障前故障元件的有功功率值，公式如下:

其中，P_si是使得第i个主要的潮流转移元件在故障后达到有功限值时故障前故障元件的有功功率值，P_imax是第i个主要的潮流转移元件的最大有功功率，P_i是故障后第i个主要的潮流转移元件的有功功率，P_i0是故障前第i个主要的潮流转移元件的有功功率，K_i为第i个主要的潮流转移元件的故障元件潮流转移比，其中i＝1…m，m为主要的潮流转移元件的总数；

将使主要的潮流转移元件在故障后达到有功限值时故障前故障元件的有功功率值中的最小值，取为当输电通道传输功率达到极限值时故障元件的有功功率值：

5-3)估算输电通道的热稳定极限功率P_dlim，公式如下：

其中：P_d0是输电通道的初始有功功率；

即为输电通道的热稳定极限功率裕度。

2.根据权利要求1所述的基于潮流转移比的热稳定关键输电通道识别方法，其特征在于，所述步骤2)中基于热稳定安全评估结果对预想故障集合进行故障筛选时，若预想故障同时满足以下条件时，判定该预想故障为候选关键故障：

故障后所有监视元件负载率中最高负载率大于故障后负载率门槛值；

故障元件负载率大于故障元件故障前负载率门槛值；

故障没有造成***解列产生孤岛。

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