CN108090616A - 一种电力***主动解列最优断面搜索方法 - Google Patents

一种电力***主动解列最优断面搜索方法 Download PDF

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汤奕
郑晨
郑晨一
王�琦
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Abstract

本发明公开一种电力***主动解列最优断面搜索方法，包括如下步骤：步骤1，依据电力***运行状态信息建立***带权无向图；步骤2，以图论中求取最短距离的Floyd算法计算各负荷节点到各发电机群的电气联系；步骤3，根据各负荷节点与不同发电机群之间的电气联系程度差异将负荷节点划分为一般节点和公共节点；步骤4，在公共节点区域中以解列后***孤岛不平衡功率最小为目标求取最优解列断面。此种方法可快速准确地确定主动解列断面，同时兼顾解列后孤岛不平衡功率、解列操作对***造成的潮流冲击两方面问题。

Description

一种电力***主动解列最优断面搜索方法
技术领域
本发明属于电力***安全稳定分析领域，特别涉及一种电力***主动解列最优断面搜索方法。
背景技术
电力***网架规模的扩大、运行方式的多样化，使电力***运行控制的复杂性日益增加。近年来，对一系列重大停电事故的研究分析表明，及时准确地预测电力***运行状态并采取相应的控制措施，能有效提高电力***抵御风险的能力。随着智能电网建设的持续推进，在线数据量测技术和高速通信技术水平的不断提高，为构建基于响应的电力***广域安全稳定控制，实现“实时决策、实时控制”提供了重要技术支撑。
主动解列技术是电力***安全稳定控制的重要手段之一，能有效避免事故蔓延引发的大面积停电事故。针对主动解列技术的研究主要包括解列判据及解列方案两方面。现有针对解列断面搜索的研究主要基于图论的方法，早期有序二叉决策树等方法从图论角度研究解列断面搜索取得了很好的成果，但当***规模扩大时需要解决计算复杂度较大的问题。为突破复杂度的限制，相关研究将解列断面的搜索转化为图论中求取全局最小割的问题，有效提升了计算速率。进而有研究通过缩小搜索空间的方法对解列策略搜索空间进行简化进而快速确定解列断面，进一步提高了求解速率，但在简化搜索空间时可能会丢失最优解。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种电力***主动解列最优断面搜索方法，其可快速准确地确定主动解列断面，同时兼顾解列后孤岛不平衡功率、解列操作对***造成的潮流冲击两方面问题。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种电力***主动解列最优断面搜索方法，包括如下步骤：
步骤1，依据电力***运行状态信息建立***带权无向图；
步骤2，以图论中求取最短距离的Floyd算法计算各负荷节点到各发电机群的电气联系；
步骤3，根据各负荷节点与不同发电机群之间的电气联系程度差异将负荷节点划分为一般节点和公共节点；
步骤4，在公共节点区域中以解列后***孤岛不平衡功率最小为目标求取最优解列断面。
上述步骤1中，考虑能量传递大小和距离，以线路电抗值与传输的有功功率大小的比值Xij/Pij衡量节点间电气联系的紧密程度，其值越小，即电抗越小、传输的有功功率越大，则相邻节点间电气联系越紧密，进而建立***带权无向图邻接矩阵。
上述步骤2的详细内容是：对于电力***带权无向图，当边权值设为线路电抗与传输功率大小的比值时，通过Floyd算法求取负荷节点到发电机群中各台发电机的平均最小边权值累加和，来衡量负荷节点到发电机群的电气联系强度，如下式所示：
式中，Nm表示机群m中发电机数目，Wij表示节点i与机群m中发电机节点j之间的最小边权值累加和。
上述步骤3中，假设对于两机群m1和m2，令其中， 分别为机群m1、m2的电气联系强度；取阈值ε，若|γ|<ε，则节点i属于与两机群有相近联系程度的公共节点；若|γ|>ε，则i属于一般节点，通过比较γ的正负将i归入与其存在紧密联系的机群，其中阈值ε根据统计数据、运行经验具体整定，通常公共节点为负荷节点的20％左右。
上述ε的取值为使得公共节点为负荷节点的20％。
上述步骤4中，在公共节点区域中以最小不平衡功率为目标获取解列断面：赋予发电机节点权值为PG，负荷节点权值为-PL，从某一机群及其所包含的一般节点集区域出发依次搜索公共节点，对其进行目标函数检查，若使得该区域内不平衡功率减小，则将该公共节点纳入该区域，直至满足上述条件的公共节点不存在，获得最终的解列断面。
采用上述方案后，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
基于电气联系缩小解列断面搜索空间，从而提高解列断面搜索速率。以线路电抗与传输功率的比值准确衡量节点间电气联系，由于本发明提出的方法在依据电气联系划分节点时引入了有功功率，不会造成较大的潮流冲击，兼顾了解列后孤岛不平衡功率、解列操作对***造成的潮流冲击两方面问题，能较好地适应电力***对解列方案的要求。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是验证本发明所采用的新英格兰39节点***结构图；
图3是依据本发明求取的最优解列断面。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。
如图1所示，本发明提供一种电力***主动解列最优断面搜索方法，包括如下步骤：
步骤1，依据电力***运行状态信息建立***带权无向图；
考虑能量传递大小和距离，以线路电抗值与传输的有功功率大小的比值Xij/Pij衡量节点间电气联系的紧密程度，其值越小，即电抗越小、传输的有功功率越大，则相邻节点间电气联系越紧密，进而建立***带权无向图邻接矩阵。
如式(1)所示，构造电力***带权无向图的邻接矩阵，对于***中任意两节点i和j，若两节点相邻，则连接两节点的线路构成无向图的边，边权值设为线路电抗与i、j间传输的有功功率的比值；若两节点不相邻，则邻接矩阵中对应的值为无穷大；若两节点实际表示同一节点，则邻接矩阵中的值取0。
步骤2，以图论中求取最短距离的Floyd算法计算各负荷节点到各发电机群的电气联系；
Floyd算法是图论中求取两节点间最短距离的经典方法，其核心思想是在未标记的点中选择一个距离最小的弧段，进而进行循环比较，最终确定两节点间最短距离。对于电力***带权无向图，当边权值设为线路电抗与传输功率大小的比值时，通过Floyd算法求得的两节点间最小边权值累加和在一定程度上反映了两节点间的电气联系强弱程度。进而可通过求取负荷节点到发电机群中各台发电机的平均最小边权值累加和，来衡量负荷节点到发电机群的电气联系强度，如式(2)所示：
式中，Nm表示机群m中发电机数目，Wij表示节点i与机群m中发电机节点j之间的最小边权值累加和。
步骤3，根据各负荷节点与不同发电机群之间的电气联系程度差异将负荷节点划分为一般节点和公共节点；
失稳后***中的负荷节点可分为两类，一类是与某一机群存在强电气联系的一般节点，另一类是与两个或多个机群存在相近电气联系程度的公共节点。将占大多数的一般节点划分入与其联系紧密的机群，则搜索解列断面实质上是确定解列方案将公共节点合理划分至相应机群，因而有效缩小了搜索空间。
假设对于两机群m1和m2，令取阈值ε，若|γ|<ε，则节点i属于与两机群有相近联系程度的公共节点；若|γ|>ε，则i属于一般节点，通过比较γ的正负将i归入与其存在紧密联系的机群，其中阈值ε根据统计数据、运行经验具体整定，通常公共节点为负荷节点的20％左右。
步骤4，在公共节点区域中以解列后***孤岛不平衡功率最小为目标求取最优解列断面。
解列断面搜索的目标函数主要有两种，一种是解列后区域内发电机与负荷之间的不平衡功率最小，另一种是最小潮流冲击，表达式分别如式(3)和(4)所示：
min|PG-PL| (3)
式中，PG、PL分别表示解列后区域中发电机功率和负荷功率，Pij表示节点i和节点j间功率传输大小，其中i、j属于不同区域V1、V2。最小不平衡功率保证了解列后***较少的切机、切负荷量，最小潮流冲击则旨在减小解列操作对***造成的冲击。本发明在简化后的搜索空间，即公共节点区域中以最小不平衡功率为目标获取解列断面：赋予发电机节点权值为PG，负荷节点权值为-PL，从某一机群及其所包含的一般节点集区域出发依次搜索公共节点，对其进行目标函数检查，若使得该区域内不平衡功率减小，则将该公共节点纳入该区域，直至满足上述条件的公共节点不存在，获得最终的解列断面。
以新英格兰39节点标准***作为测试算例，***结构如图2所示，该***是用于分析***暂态安全性的标准***，共包括10台发电机和46条电力线路。
故障情况：线路23-24处0s三相短路，0.4s故障消失，此故障下发电机分为两群，其中发电机33-36为超前群。
首先根据线路电抗和潮流计算邻接矩阵，建立***带权无向图，采用Floyd算法分别计算负荷节点到两机群的平均最小边权值累加和，并求取各负荷节点到两机群的边权值累加和之差，如表1所示。
表1最小边权值累加和之差
取阈值ε＝0.035，此时可得到公共节点2、3、10、11、12、13、14、25，而机群33—36则包含一般节点15、16、17、18、19、20、21、22、23、24。以最小不平衡功率为目标将公共节点划分至相应机群，最终得到的解列方式如图3所示。
在此解列方式下两孤岛分别有最小不平衡功率0.329p.u.，0.130p.u.，由于在衡量节点间电气联系时考虑了线路传输功率，故解列方案能有效避开潮流较大的线路，避免了解列操作对***造成较大潮流冲击，此方案下潮流冲击为0.805p.u.。又因为本发明基于电气联系缩小了解列断面搜索空间，大大减小了求解复杂度，时间上具有明显优势，此过程求解时间约为11ms，能较好适应实际***对响应速率的要求。
综合上述，本发明公开了一种电力***主动解列最优断面搜索方法，以实现***失稳后快速准确地搜索解列最优断面。首先依据融合线路电抗和传输功率的节点间电气联系指标衡量负荷节点到发电机群的电气联系，将负荷节点划分为一般节点和公共节点两类，以缩小解列断面搜索空间；然后以解列后***孤岛不平衡功率最小为目标快速确定最优解列断面。与现有的解列断面搜索方法相比，本发明提出的方法效率更高，且能兼顾解列后孤岛不平衡功率、解列操作对***造成的潮流冲击两方面问题，能较好地适应电力***对解列方案的要求。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电力***主动解列最优断面搜索方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1，依据电力***运行状态信息建立***带权无向图；
步骤2，以图论中求取最短距离的Floyd算法计算各负荷节点到各发电机群的电气联系；
步骤3，根据各负荷节点与不同发电机群之间的电气联系程度差异将负荷节点划分为一般节点和公共节点；
步骤4，在公共节点区域中以解列后***孤岛不平衡功率最小为目标求取最优解列断面。
2.如权利要求1所述的一种电力***主动解列最优断面搜索方法，其特征在于：所述步骤1中，考虑能量传递大小和距离，以线路电抗值与传输的有功功率大小的比值Xij/Pij衡量节点间电气联系的紧密程度，其值越小，即电抗越小、传输的有功功率越大，则相邻节点间电气联系越紧密，进而建立***带权无向图邻接矩阵。
3.如权利要求1所述的一种电力***主动解列最优断面搜索方法，其特征在于：所述步骤2的详细内容是：对于电力***带权无向图，当边权值设为线路电抗与传输功率大小的比值时，通过Floyd算法求取负荷节点到发电机群中各台发电机的平均最小边权值累加和，来衡量负荷节点到发电机群的电气联系强度，如下式所示：
<mrow> <msub> <mi>D</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>&amp;RightArrow;</mo> <mi>m</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>N</mi> <mi>m</mi> </msub> </mfrac> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <msub> <mi>N</mi> <mi>m</mi> </msub> </munderover> <msub> <mi>W</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow>
式中，Nm表示机群m中发电机数目，Wij表示节点i与机群m中发电机节点j之间的最小边权值累加和。
4.如权利要求1所述的一种电力***主动解列最优断面搜索方法，其特征在于：所述步骤3中，假设对于两机群m1和m2，令其中， 分别为机群m1、m2的电气联系强度；取阈值ε，若|γ|<ε，则节点i属于与两机群有相近联系程度的公共节点；若|γ|>ε，则i属于一般节点，通过比较γ的正负将i归入与其存在紧密联系的机群，其中阈值ε根据统计数据、运行经验具体整定，通常公共节点为负荷节点的20％左右。
5.如权利要求4所述的一种电力***主动解列最优断面搜索方法，其特征在于：所述ε的取值为使得公共节点为负荷节点的20％。
6.如权利要求1所述的一种电力***主动解列最优断面搜索方法，其特征在于：所述步骤4中，在公共节点区域中以最小不平衡功率为目标获取解列断面：赋予发电机节点权值为PG，负荷节点权值为-PL，从某一机群及其所包含的一般节点集区域出发依次搜索公共节点，对其进行目标函数检查，若使得该区域内不平衡功率减小，则将该公共节点纳入该区域，直至满足上述条件的公共节点不存在，获得最终的解列断面。
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