CN111162511B - 一种分段式线路过载保护控制协调优化方法及*** - Google Patents

一种分段式线路过载保护控制协调优化方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种分段式线路过载保护控制协调优化方法及***，其特征在于，包括以下内容：1)当电力***网络中的线路发生线路过载时，剥离电力***网络中各发电节点到各负荷节点的功率输送路径，并确定电力***网络的功率构成；2)确定极限热稳定运行时间内电力***网络中的可调控制资源；3)确定使过载线路的功率恢复正常运行状态范围的最小负荷损失量和控制措施；4)当最小负荷损失量为0时，按照确定的控制措施对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制；当最小负荷损失量不为0时，根据确定的可调控制资源，对过载线路上的过负荷保护装置和电力***网络中的可调控制资源进行分段协调优化，本发明可广泛用于电网保护控制技术领域中。

Description

一种分段式线路过载保护控制协调优化方法及***
技术领域
本发明是关于一种分段式线路过载保护控制协调优化方法及***，属于电网保护控制技术领域。
背景技术
随着电力***的建设发展，负荷需求量逐年增长，电网互联程度不断提升，这对电力***安全稳定运行提出更高得要求，也给电网保护控制带来前所未有的挑战。电力***的网络传输容量不足或部分元件的故障切除，均有可能造成电力***网络中输电线路过载情况的发生，而线路的长时间过载将引发线路过热损毁，造成更为严重的事故。
线路输送功率越线后，线路过载紧急保护控制措施及有功紧急保护控制措施将启动。保护控制措施实施的最终目的，是通过线路所配置的过负荷保护装置及可调控制资源的协调配合，使线路过载情况消失，维持电力***安全稳定运行，既要避免事故的加剧，也要避免线路的过热损毁。在实际工程中，线路过载紧急保护控制措施中包含大量的发电机和负荷等可控节点。通常情况下，切机、切负荷措施的动作延时较短，动作较为迅速，而电力***的备用响应时间由秒级、分钟级到小时级不等。控制量的调整具有先后次序，过载线路上的输送功率也将随着控制措施的先后投入而改变。依据过载线路功率情况，滚动迭代计算线路热稳定极限运行时间，构造保护控制协同优化模型，有利于延长线路过负荷保护动作时间，扩大控制资源范围，有机会获得更为良好的过载调整效果。
现有的线路过载紧急保护控制措施仅以保护电气设备为目标，在线路过载运行持续一段时间后，由线路的过负荷保护装置直接切除过载线路，这种保护形式并未站在***安全的角度进行防御，将有可能造成故障态势的严重化，对更大范围的***性事故起到推波助澜的作用。现有的有功紧急保护控制措施一般考虑当前线路热稳定极限运行时间，采用灵敏度法、罚函数优化法等方法确定切机、切负荷方案，然而，现有的线路过载紧急保护控制措施与有功紧急保护控制措施一般彼此分离，缺少协调配合。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种使得线路过载紧急保护控制措施与有功紧急保护控制措施协调配合的分段式线路过载保护控制协调优化方法及***。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种分段式线路过载保护控制协调优化方法，其特征在于，包括以下内容：1)当电力***网络中的线路发生线路过载时，采用潮流追踪算法，剥离电力***网络中各发电节点到各负荷节点的功率输送路径，并确定电力***网络的功率构成；2)计算过载线路的极限热稳定运行时间，并确定该时间内电力***网络中的可调控制资源；3)采用路径优化模型，根据电力***网络的功率构成和可调控制资源，确定使过载线路的功率恢复正常运行状态范围的最小负荷损失量和控制措施；4)当最小负荷损失量为0时，按照确定的控制措施对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制；当最小负荷损失量不为0时，根据确定的可调控制资源，对过载线路上的过负荷保护装置和电力***网络中的可调控制资源进行分段协调优化，进而对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制。
进一步地，所述步骤1)中电力***网络的功率构成包括电力***网络中各节点处的功率分配和线路传输功率，以及单一发电节点至单一负荷节点的功率输送路径。
进一步地，所述步骤3)的具体过程为：3.1)构建路径优化模型；3.2)根据电力***网络的功率构成和可调控制资源，求解构建的路径优化模型，得到可调控制资源的功率调整量；3.3)根据求解的可调控制资源的功率调整量，确定使过载线路x恢复正常运行状态范围的最小负荷损失量；3.4)根据求解的可调控制资源的功率调整量，确定各发电节点和负荷节点的控制措施：
Figure BDA0002380752710000021
其中，△PGi为发电节点i的控制量；△PLj为负荷节点j的控制量；ΔPm Gi为发电节点i在路径m中的功率调整量；GENE为电力***网络中的发电节点集合；ΔPn Lj为负荷节点j在路径n中的功率调整量；LOAD为电力***网络中的负荷节点集合。
进一步地，所述步骤3.1)的具体过程为：3.1.1)以负荷损失量最小为目标，以电力***网络的功率构成中的功率输送路径为基础调整单位，路径优化模型的目标函数为：
Figure BDA0002380752710000022
其中，S()为失负荷总量函数；ΔPw为路径w的功率调整量；LOAD为电力***网络中的负荷集合；
Figure BDA0002380752710000023
为电力***网络中的所有路径集合；PLj为负载j的初始功率；ΔPn Lj为负载j在路径n中的功率调整量；N为所有包含负载j的路径；3.1.2)以发电节点、负荷节点和输电线路的有功功率上下限为约束，路径优化模型的约束条件为：
Figure BDA0002380752710000031
其中，PGi为发电节点i的初始功率；ΔPm Gi为发电节点i在路径m中的功率调整量；M为所有包含发电节点i的路径集合；PGi min和PGi max分别为线路极限热稳定运行时间toverload内，发电节点i的有功功率上下限度；GENE为电力***网络中的发电节点集合；PLj为负荷节点j的初始功率；ΔPn Lj为负荷节点j在路径n中的功率调整量；N为所有包含负荷节点j的路径；PLj min和PLj max分别为线路极限热稳定运行时间toverload内，负荷节点j的有功功率上下限度；LOAD为电力***网络中的负荷节点集合；PTk为线路k的初始功率；ΔPq Tk为线路k在路径q中的功率调整量；Q为所有包含线路k的路径集合；PTk min和PTk max分别为线路k可输送有功功率的上下限度；LINE为电力***网络中的线路集合。
进一步地，所述步骤4)的具体过程为：4.1)当最小负荷损失量为0时，按照所述步骤3.4)确定的控制措施对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制；4.2)当最小负荷损失量不为0时，考虑过载线路x的极限热稳定运行时间toverload内电力***网络中的可调控制资源，对过载线路x上的过负荷保护装置和电力***网络中的可调控制资源进行分段协调优化，进而对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制。
进一步地，所述步骤4.2)的具体过程为：4.2.1)将过载线路x的极限热稳定运行时间toverload分为z份，确定0～toverload/z时间段内电力***网络中的可调控制资源；4.2.2)采用构建的线路功率优化调整模型，根据过载线路x的初始功率，确定过载线路x调整后的线路功率；4.2.3)根据求解过载线路x调整后的线路功率过程中得到的各路径的功率调整量，确定各发电节点和负荷节点的控制措施；4.2.4)根据过载线路x调整后的线路功率，判断所述步骤4.2.3)中得到的控制措施能否使过载线路x的功率恢复正常运行状态范围，若能，则按照所述步骤4.2.2)得到的调整后的线路功率以及所述步骤4.2.3)得到的控制措施对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制，控制完毕后，流程结束；反之，则按照所述步骤4.2.3)中得到的控制措施对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制；4.2.5)重新计算过载线路x当前的线路功率和极限热稳定运行时间toverload/z+toverload1，并调整过载线路x上过负荷保护装置的动作时间至toverload/z+toverload1，其中，toverload1为toverload/z时间段后线路x仍可过载运行的时间；4.2.6)将时间toverload1分为z-1份，确定0～toverload/z+toverload1/(z-1)时间段内电力***网络中仍然存在的可调控制资源，进入所述步骤4.2.2)，直至线路x的功率恢复正常运行状态范围或z-1轮次循环结束；4.2.7)进入第z轮循环，确定0～toverload/z+toverload1/(z-1)...+toverload(z-1)时间段内电力***网络中仍然存在的可调控制资源，采用路径优化模型及其约束条件对剩余的可调控制资源进行优化，确定过载线路x的功率调整量，进而确定控制措施，对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制，完成过载线路x上的过负荷保护装置和电力***网络中的可调控制资源进行分段协调优化。
进一步地，所述步骤4.2.2)中线路功率优化调整模型的构建过程为：以降低过载线路功率为目标，线路功率优化调整模型的目标函数为：
Figure BDA0002380752710000041
其中，G()为调整后的线路功率函数；PTx为过载线路x的初始功率；ΔPw为路径w的功率调整量；ΔPq Tx为过载线路x在路径q中的功率调整量；X为所有包含过载线路x的路径；以负荷损失量小于等于Pload/z为约束，线路功率优化调整模型的约束条件为：
Figure BDA0002380752710000042
其中，PGi min-1和PGi max-1分别为时间段内，发电机i的有功功率上下限度；PLj min-1和PLj max-1分别为时间段内，负载j的有功功率上下限度；LINE*为电力***网络中除过载线路x外的所有线路集合；Pload为确定的最小负荷损失量。
进一步地，所述电力***网络中的可调控制资源包括发电节点、负荷节点和节点调整量。
一种分段式线路过载保护控制协调优化***，其特征在于，包括：功率构成确定模块，用于当电力***网络中的线路发生线路过载时，采用潮流追踪算法，剥离电力***网络中各发电节点到各负荷节点的功率输送路径，并确定电力***网络的功率构成；可调控制资源确定模块，用于计算过载线路的极限热稳定运行时间，并确定该时间内电力***网络中的可调控制资源；最小负荷损失量确定模块，用于采用路径优化模型，根据电力***网络的功率构成和可调控制资源，确定使过载线路的功率恢复正常运行状态范围的最小负荷损失量和控制措施；分段协调优化模块，用于当最小负荷损失量为0时，按照确定的控制措施对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制；当最小负荷损失量不为0时，根据确定的可调控制资源，对过载线路上的过负荷保护装置和电力***网络中的可调控制资源进行分段协调优化，进而对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制。
进一步地，所述分段协调优化模块包括：直接控制单元，用于当最小负荷损失量为0时，按照所述最小负荷损失量确定模块得到的控制措施对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制；分段协调优化单元，用于当最小负荷损失量不为0时，考虑过载线路的极限热稳定运行时间内电力***网络中的可调控制资源，对过载线路上的过负荷保护装置和电力***网络中的可调控制资源进行分段协调优化，进而对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明采用分段调节的方式，当确定的最小负荷损失量为0时，采用一种控制措施对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制，当确定的最小负荷损失量不为0时，采用分段协调优化的方式对过载线路x上的过负荷保护装置和电力***网络中的可调控制资源进行分段协调优化，进而对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制，能够实现过负荷保护动作时间的滚动优化，延长线路过负荷保护动作时间，增加线路过载耐久度，通过保护控制措施的协调，能够扩大电力***的控制资源范围，有利于优化过载调整效果，可以广泛应用于电网保护控制技术领域中。
附图说明
图1是本发明电力***网络中节点功率的分布示意图；
图2是本发明分段控制中第一轮可调控制资源的响应时间示意图；
图3是本发明分段控制中第二轮可调控制资源的响应时间示意图；
图4是本发明分段控制中的时间分段示意图；
图5是本发明分段控制中第二轮的线路极限热稳定运行时间示意图；
图6是本发明分段控制中第二轮时间分段示意图；
图7是本发明实施例中电力***网络的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
由于本发明提出的分段式线路过载保护控制协调优化方法涉及到电力***网络的相关内容，下面对相关内容进行简介，以便对本发明的内容更加清楚。
电力***网络一般包括发电节点、负荷节点和线路等，对电力***网络中的路径功率调整量进行定义如下：
设定路径a的功率调整量为ΔPa，当路径a连接发电节点Gb时，发电节点Gb在路径a中的功率调整量为ΔPa Gb，且ΔPa Gb＝ΔPa；
当路径a连接负荷节点Lc时，负荷节点Lc在路径a中的功率调整量为ΔPa Lc，且ΔPa Lc＝ΔPa；
当路径a通过线路Td时，线路Td在路径a中的功率调整量为ΔPa Td，且ΔPa Td＝ΔPa。
基于上述说明，本发明提供的分段式线路过载保护控制协调优化方法，包括以下步骤：
1)当电力***网络中的线路x发生线路过载时，采用潮流追踪算法，剥离电力***网络中各发电节点到各负荷节点的功率输送路径，并确定电力***网络的功率构成，其中，潮流追踪算法的具体原理为：
通过潮流按比例分配原则，从发电节点出发，按照功率流向，追踪各节点处的功率分配情况，最终确定各条线路上的各发电节点与负荷节点实际传输功率值。如图1所示，定义电力***网络中某一节点的流入功率为Pina、Pinb，流出功率为Poutc、Poutd。则由Pina流向Poutd的功率Pina-outd为：
Figure BDA0002380752710000061
因此，本发明采用潮流追踪算法，按照顺流追踪形式，从电力***网络的发电机侧开始，依次按照节点进行功率分配，直至到达电力***网络的负荷端，追踪电力***网络中各节点处的功率分配，确定电力***网络中每一节点的功率分配和线路传输功率，以及单一发电节点至单一负荷节点的功率输送路径。
2)计算过载线路x的极限热稳定运行时间toverload，并确定在该时间内电力***网络中的可调控制资源，包括发电节点、负荷节点和节点调整量，其中，可调控制资源的响应时间简单示意如图2所示。
3)采用路径优化模型，根据电力***网络的功率构成和可调控制资源，确定使过载线路x的功率恢复正常运行状态范围(使线路x从过载状态转换为正常运行状态)的最小负荷损失量和控制措施，具体为：
3.1)构建路径优化模型。
3.1.1)以负荷损失量最小为目标，以步骤1)中得到的功率输送路径为基础调整单位，路径优化模型的目标函数为：
Figure BDA0002380752710000062
其中，S()为失负荷总量函数；ΔPw为路径w的功率调整量，为待求量；LOAD为电力***网络中的负荷集合；
Figure BDA0002380752710000063
为电力***网络中的所有路径集合；PLj为负载j的初始功率；ΔPn Lj为负载j在路径n中的功率调整量，为待求量；N为所有包含负载j的路径。
3.1.2)路径的优化调整应在满足发电、负荷和线路功率约束的前提下进行，因此，路径优化模型以发电节点、负荷节点和输电线路的有功功率上下限为约束，约束条件为：
Figure BDA0002380752710000071
其中，PGi为发电节点i的初始功率；ΔPm Gi为发电节点i在路径m中的功率调整量；M为所有包含发电节点i的路径集合；PGi min和PGi max分别为线路极限热稳定运行时间toverload内，发电节点i的有功功率上下限度；GENE为电力***网络中的发电节点集合。PLj为负荷节点j的初始功率；ΔPn Lj为负荷节点j在路径n中的功率调整量；N为所有包含负荷节点j的路径；PLj min和PLj max分别为线路极限热稳定运行时间toverload内，负荷节点j的有功功率上下限度，一般情况下PLj min＝0，PLj max＝PLj；LOAD为电力***网络中的负荷节点集合。PTk为线路k的初始功率；ΔPq Tk为线路k在路径q中的功率调整量；Q为所有包含线路k的路径集合；PTk min和PTk max分别为线路k可输送有功功率的上下限度；LINE为电力***网络中的线路集合。
3.2)根据电力***网络的功率构成和可调控制资源，求解构建的路径优化模型，得到可调控制资源的功率调整量。
3.3)根据求解得到的可调控制资源的功率调整量，确定使过载线路x恢复正常运行状态范围的最小负荷损失量。
3.4)根据求解得到的可调控制资源的功率调整量，确定各发电节点和负荷节点的控制量即控制措施如下：
Figure BDA0002380752710000072
其中，△PGi为发电节点i的控制量；△PLj为负荷节点j的控制量。根据该计算结果，即可确定当前路径优化模型下的发电节点和负荷节点的控制措施。
4)对步骤3)中得到的求解结果进行判断，当确定的最小负荷损失量为0时，按照确定的控制措施对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制；当确定的最小负荷损失量不为0即确定的最小负荷损失量为Pload时，根据过载线路x的极限热稳定运行时间toverload内电力***网络中的可调控制资源，对过载线路x上的过负荷保护装置和电力***网络中的可调控制资源进行分段协调优化，进而对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制，具体为：
4.1)当确定的最小负荷损失量为0时，按照步骤3.4)确定的控制措施对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制。
4.2)当确定的最小负荷损失量为Pload时，考虑过载线路x的极限热稳定运行时间toverload内电力***网络中的可调控制资源，对过载线路x上的过负荷保护装置和电力***网络中的可调控制资源进行分段协调优化，进而对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制：
4.2.1)将过载线路x的极限热稳定运行时间toverload分为z份，如图4所示，确定0～toverload/z时间段内电力***网络中的可调控制资源，进入第一轮协调优化。
4.2.2)采用构建的线路功率优化调整模型，根据过载线路x的初始功率，确定过载线路x调整后的线路功率，其中，线路功率优化调整模型的构建过程为：
以降低过载线路功率为目标，线路功率优化调整模型的目标函数为：
Figure BDA0002380752710000081
其中，G()为调整后的线路功率函数；PTx为过载线路x的初始功率；ΔPw为路径w的功率调整量；ΔPq Tx为过载线路x在路径q中的功率调整量；X为所有包含过载线路x的路径。
保证负荷损失量小于等于Pload/z的约束前提下，线路功率优化调整模型的约束条件为：
Figure BDA0002380752710000082
其中，PGi min-1和PGi max-1分别为时间段内，发电机i的有功功率上下限度；PLj min-1和PLj max-1分别为时间段内，负载j的有功功率上下限度；LINE*为电力***网络中除过载线路x外的所有线路集合。根据建立的线路功率优化调整模型和过载线路x的初始功率，即能够确定过载线路x调整后的线路功率。
4.2.3)将求解过载线路x调整后的线路功率过程中得到的中间量，即各路径的功率调整量，代入公式(4)和(5)，得到各发电节点和负荷节点的控制措施。
4.2.4)根据过载线路x调整后的线路功率，判断步骤4.2.3)中得到的控制措施能否使过载线路x的功率恢复正常运行状态范围，若能，则按照步骤4.2.2)得到的调整后的线路功率以及步骤4.2.3)得到的控制措施对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制，控制完毕后，流程结束；反之，则按照步骤4.2.3)中得到的控制措施对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制，进入步骤4.2.5)。
4.2.5)在控制过程中，控制措施动作时间较长，而优化计算过程时间较短，无需等到0～toverload/z时间段控制过程结束再进行下一步计算。因此，重新计算过载线路x当前的线路功率和极限热稳定运行时间toverload/z+toverload1，其中，toverload1为toverload/z时间段后线路x仍可过载运行的时间，如图5所示，并调整过载线路x上过负荷保护装置的动作时间至toverload/z+toverload1，其中，当没有到达动作时间时，过负荷保护装置不动作；当到达动作时间时，过负荷保护装置动作，切除过载线路x。
4.2.6)将时间toverload1分为z-1份，如图6所示，确定0～toverload/z+toverload1/(z-1)时间段内电力***网络中仍然存在的可调控制资源，返回步骤4.2.2)，此时进入第二轮循环。重复上述过程，确定各发电节点和负荷节点的控制措施对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制，直至线路x的功率恢复正常运行状态范围或z-1轮次循环结束。
4.2.7)进入第z轮循环，确定0～toverload/z+toverload1/(z-1)...+toverload(z-1)时间段内电力***网络中仍然存在的可调控制资源，以降低负荷损失量为目标，以所有线路功率恢复正常运行状态范围内为约束，采用路径优化模型及其约束条件即公式(2)和(3)对剩余的可调控制资源进行优化，确定过载线路x的功率调整量，进而确定最后一轮即第z轮次各发电节点和负荷节点的控制措施，对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制，完成过载线路x上的过负荷保护装置和电力***网络中的可调控制资源进行分段协调优化，保证电力***网络恢复安全运行，其中，控制资源的响应时间分段示意图如图3所示。
下面以图7所示的电力***网络为具体实施例详细说明本发明的分段式线路过载保护控制协调优化方法：
该电力***网络中发电节点(发电机)和负荷节点(负载)的有功注入(吸收)量如下表1所示：
表1：机组有功出力及负荷有功吸收量
Figure BDA0002380752710000091
Figure BDA0002380752710000101
某一时刻，线路T4意外断线，线路T5的功率上升越限，各线路上的有功功率及最大可承载功率如下表2所示，若使功率恢复正常运行状态范围内，则线路T5应减少0.38p.u.功率：
表2：线路有功功率及最大可承载功率
Figure BDA0002380752710000102
对电力***网络中可采用的紧急控制措施进行分析：对控制措施进行简化分析，即认为各节点功率注入(吸收)量连续可调，并将控制节点及相应控制量划入不同时间段，各发电节点和负荷节点的功率调整量及调整时间如下表3所示：
表3：紧急控制措施时间
Figure BDA0002380752710000103
1)当线路T5发生线路过载时，采用潮流追踪算法，剥离电力***网络中各发电节点到各负荷节点的功率输送路径，并确定电力***网络的功率构成，功率输送路径剥离结果如下表4所示：
表4：功率输送路径剥离结果
Figure BDA0002380752710000104
Figure BDA0002380752710000111
设各路径的功率调整量分别为ΔPi，i＝1,2,3…16，i为路径编号。
2)设定线路T5的极限热稳定运行时间toverload＝10s，对照表3和表4选取可调控制资源。
3)以负荷损失量最小为目标，以步骤1)中得到的功率输送路径为基础调整单位，路径优化模型的目标函数为：
Figure BDA0002380752710000112
以发电节点在极限热稳定运行时间内的功率调整量上下限为约束，约束条件为：
Figure BDA0002380752710000113
以负荷节点在极限热稳定运行时间内的功率调整上下限为约束，约束条件为：
Figure BDA0002380752710000114
以线路功率上下限为约束，约束条件为：
Figure BDA0002380752710000115
根据上述建立的路径优化模型和电力***网络的功率构成，确定使线路T5的功率恢复正常运行状态范围内的最小切负荷量为0.38p.u。
4)由于最小切负荷量为0.38p.u，对过载线路T5上的过负荷保护装置和电力***网络中的可调控制资源进行分段协调优化：
4.1)取z＝2，将极限热稳定运行时间toverload分为2份，通过表3和表4中的数据，确定即0～5s(toverload/z＝10s/2＝5s)时间段内的可调控制资源。
4.2)以降低过载线路功率为目标，此时线路功率优化调整模型的目标函数为：
min.G＝PT5+ΔP1+ΔP2+ΔP3+ΔP4+ΔP5+ΔP6+ΔP7 (12)
线路功率优化调整模型的约束条件调整为5s内的发电节点、负荷节点、上下限，此时约束条件同上述公式(7)和(8)。
线路功率约束条件为：
Figure BDA0002380752710000121
额外补充负荷损失总量约束条件为：
Figure BDA0002380752710000122
对上述模型进行求解。经计算，当前得到的线路T5调整后的线路功率为7.91，线路T5仍然过载，计算得到的负荷节点P4切除量为0.19p.u.，发电节点G1切除量为0.19p.u.。
4.3)按照时间段5s控制措施投运完成，此时计算线路T5上的线路功率下降至7.91p.u.，得到新的极限热稳定运行时间toverload/z+toverload1＝5s+10s＝15s，调整线路过负荷保护动作时间至15s。
4.4)由于z＝2，进入最后一个轮次，确定0～toverload/z+toverload1/(z-1)＝5s+10s＝15s时间内电力***网络中仍然存在的可调控制资源，列写目标函数同上述公式(8)。
基于发电节点在该时间段内仍然存在的功率调整量，约束条件为：
Figure BDA0002380752710000131
基于负荷节点在该时间段内仍然存在的功率调整量，约束条件为：
Figure BDA0002380752710000132
以线路功率上下限为约束，约束条件为：
Figure BDA0002380752710000133
经计算，可得到该轮次负荷切除量为零，发电节点G1功率下调0.19p.u.，发电节点G2功率上调0.19p.u.，线路T5功率下降至7.72，电力***安全运行。
基于上述分段式线路过载保护控制协调优化方法，本发明还提供一种分段式线路过载保护控制协调优化***，包括：
功率构成确定模块，用于当电力***网络中的线路x发生线路过载时，采用潮流追踪算法，剥离电力***网络中各发电节点到各负荷节点的功率输送路径，并确定电力***网络的功率构成；可调控制资源确定模块，用于计算过载线路x的极限热稳定运行时间，并确定该时间内电力***网络中的可调控制资源；最小负荷损失量确定模块，用于采用路径优化模型，根据电力***网络的功率构成和可调控制资源，确定使过载线路x的功率恢复正常运行状态范围的最小负荷损失量和控制措施；分段协调优化模块，用于当最小负荷损失量为0时，按照确定的控制措施对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制；当最小负荷损失量不为0时，根据确定的可调控制资源，对过载线路x上的过负荷保护装置和电力***网络中的可调控制资源进行分段协调优化，进而对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制。
在一个优选的实施例中，分段协调优化模块包括：直接控制单元，用于当最小负荷损失量为0时，按照所述最小负荷损失量确定模块得到的控制措施对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制；分段协调优化单元，用于当最小负荷损失量不为0时，考虑过载线路x的极限热稳定运行时间toverload内电力***网络中的可调控制资源，对过载线路x上的过负荷保护装置和电力***网络中的可调控制资源进行分段协调优化，进而对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (4)

1.一种分段式线路过载保护控制协调优化方法，其特征在于，包括以下内容：
1)当电力***网络中的线路发生线路过载时，采用潮流追踪算法，剥离电力***网络中各发电节点到各负荷节点的功率输送路径，并确定电力***网络的功率构成，包括电力***网络中各节点处的功率分配和线路传输功率，以及单一发电节点至单一负荷节点的功率输送路径；
2)计算过载线路的极限热稳定运行时间，并确定该时间内电力***网络中的可调控制资源；
3)采用路径优化模型，根据电力***网络的功率构成和可调控制资源，确定使过载线路的功率恢复正常运行状态范围的最小负荷损失量和控制措施，具体过程为：
3.1)构建路径优化模型，具体过程为：
3.1.1)以负荷损失量最小为目标，以电力***网络的功率构成中的功率输送路径为基础调整单位，路径优化模型的目标函数为：
Figure FDA0003244928640000011
其中，S()为失负荷总量函数；ΔPw为路径w的功率调整量；LOAD为电力***网络中的负荷集合；
Figure FDA0003244928640000012
为电力***网络中的所有路径集合；PLj为负载j的初始功率；ΔPn Lj为负载j在路径n中的功率调整量；N为所有包含负载j的路径；
3.1.2)以发电节点、负荷节点和输电线路的有功功率上下限为约束，路径优化模型的约束条件为：
Figure FDA0003244928640000013
其中，PGi为发电节点i的初始功率；ΔPm Gi为发电节点i在路径m中的功率调整量；M为所有包含发电节点i的路径集合；PGi min和PGi max分别为线路极限热稳定运行时间toverload内，发电节点i的有功功率上下限度；GENE为电力***网络中的发电节点集合；PLj为负荷节点j的初始功率；ΔPn Lj为负荷节点j在路径n中的功率调整量；N为所有包含负荷节点j的路径；PLj min和PLj max分别为线路极限热稳定运行时间toverload内，负荷节点j的有功功率上下限度；LOAD为电力***网络中的负荷节点集合；PTk为线路k的初始功率；ΔPq Tk为线路k在路径q中的功率调整量；Q为所有包含线路k的路径集合；PTk min和PTk max分别为线路k可输送有功功率的上下限度；LINE为电力***网络中的线路集合；
3.2)根据电力***网络的功率构成和可调控制资源，求解构建的路径优化模型，得到可调控制资源的功率调整量；
3.3)根据求解的可调控制资源的功率调整量，确定使过载线路x恢复正常运行状态范围的最小负荷损失量；
3.4)根据求解的可调控制资源的功率调整量，确定各发电节点和负荷节点的控制措施：
Figure FDA0003244928640000021
其中，△PGi为发电节点i的控制量；△PLj为负荷节点j的控制量；ΔPm Gi为发电节点i在路径m中的功率调整量；GENE为电力***网络中的发电节点集合；ΔPn Lj为负荷节点j在路径n中的功率调整量；LOAD为电力***网络中的负荷节点集合；
4)当最小负荷损失量为0时，按照确定的控制措施对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制；当最小负荷损失量不为0时，根据确定的可调控制资源，对过载线路上的过负荷保护装置和电力***网络中的可调控制资源进行分段协调优化，进而对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制，具体过程为：
4.1)当最小负荷损失量为0时，按照所述步骤3.4)确定的控制措施对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制；
4.2)当最小负荷损失量不为0时，考虑过载线路x的极限热稳定运行时间toverload内电力***网络中的可调控制资源，对过载线路x上的过负荷保护装置和电力***网络中的可调控制资源进行分段协调优化，进而对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制，具体过程为：
4.2.1)将过载线路x的极限热稳定运行时间toverload分为z份，确定0～toverload/z时间段内电力***网络中的可调控制资源；
4.2.2)采用构建的线路功率优化调整模型，根据过载线路x的初始功率，确定过载线路x调整后的线路功率；
4.2.3)根据求解过载线路x调整后的线路功率过程中得到的各路径的功率调整量，确定各发电节点和负荷节点的控制措施；
4.2.4)根据过载线路x调整后的线路功率，判断所述步骤4.2.3)中得到的控制措施能否使过载线路x的功率恢复正常运行状态范围，若能，则按照所述步骤4.2.2)得到的调整后的线路功率以及所述步骤4.2.3)得到的控制措施对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制，控制完毕后，流程结束；反之，则按照所述步骤4.2.3)中得到的控制措施对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制；
4.2.5)重新计算过载线路x当前的线路功率和极限热稳定运行时间toverload/z+toverload1，并调整过载线路x上过负荷保护装置的动作时间至toverload/z+toverload1，其中，toverload1为toverload/z时间段后线路x仍可过载运行的时间；
4.2.6)将时间toverload1分为z-1份，确定0～toverload/z+toverload1/(z-1)时间段内电力***网络中仍然存在的可调控制资源，进入所述步骤4.2.2)，直至线路x的功率恢复正常运行状态范围或z-1轮次循环结束；
4.2.7)进入第z轮循环，确定0～toverload/z+toverload1/(z-1)...+toverload(z-1)时间段内电力***网络中仍然存在的可调控制资源，采用路径优化模型及其约束条件对剩余的可调控制资源进行优化，确定过载线路x的功率调整量，进而确定控制措施，对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制，完成过载线路x上的过负荷保护装置和电力***网络中的可调控制资源进行分段协调优化。
2.如权利要求1所述的一种分段式线路过载保护控制协调优化方法，其特征在于，所述步骤4.2.2)中线路功率优化调整模型的构建过程为：
以降低过载线路功率为目标，线路功率优化调整模型的目标函数为：
Figure FDA0003244928640000031
其中，G()为调整后的线路功率函数；PTx为过载线路x的初始功率；ΔPw为路径w的功率调整量；ΔPq Tx为过载线路x在路径q中的功率调整量；X为所有包含过载线路x的路径；
以负荷损失量小于等于Pload/z为约束，线路功率优化调整模型的约束条件为：
Figure FDA0003244928640000032
其中，PGi min-1和PGi max-1分别为时间段内，发电机i的有功功率上下限度；PLj min-1和PLj max-1分别为时间段内，负载j的有功功率上下限度；LINE*为电力***网络中除过载线路x外的所有线路集合；Pload为确定的最小负荷损失量。
3.如权利要求1所述的一种分段式线路过载保护控制协调优化方法，其特征在于，所述电力***网络中的可调控制资源包括发电节点、负荷节点和节点调整量。
4.一种分段式线路过载保护控制协调优化***，其特征在于，包括：
功率构成确定模块，用于当电力***网络中的线路发生线路过载时，采用潮流追踪算法，剥离电力***网络中各发电节点到各负荷节点的功率输送路径，并确定电力***网络的功率构成，包括电力***网络中各节点处的功率分配和线路传输功率，以及单一发电节点至单一负荷节点的功率输送路径；
可调控制资源确定模块，用于计算过载线路的极限热稳定运行时间，并确定该时间内电力***网络中的可调控制资源；
最小负荷损失量确定模块，用于采用路径优化模型，根据电力***网络的功率构成和可调控制资源，确定使过载线路的功率恢复正常运行状态范围的最小负荷损失量和控制措施，具体过程为：
3.1)构建路径优化模型，具体过程为：
3.1.1)以负荷损失量最小为目标，以电力***网络的功率构成中的功率输送路径为基础调整单位，路径优化模型的目标函数为：
Figure FDA0003244928640000041
其中，S()为失负荷总量函数；ΔPw为路径w的功率调整量；LOAD为电力***网络中的负荷集合；
Figure FDA0003244928640000042
为电力***网络中的所有路径集合；PLj为负载j的初始功率；ΔPn Lj为负载j在路径n中的功率调整量；N为所有包含负载j的路径；
3.1.2)以发电节点、负荷节点和输电线路的有功功率上下限为约束，路径优化模型的约束条件为：
Figure FDA0003244928640000043
其中，PGi为发电节点i的初始功率；ΔPm Gi为发电节点i在路径m中的功率调整量；M为所有包含发电节点i的路径集合；PGi min和PGi max分别为线路极限热稳定运行时间toverload内，发电节点i的有功功率上下限度；GENE为电力***网络中的发电节点集合；PLj为负荷节点j的初始功率；ΔPn Lj为负荷节点j在路径n中的功率调整量；N为所有包含负荷节点j的路径；PLj min和PLj max分别为线路极限热稳定运行时间toverload内，负荷节点j的有功功率上下限度；LOAD为电力***网络中的负荷节点集合；PTk为线路k的初始功率；ΔPq Tk为线路k在路径q中的功率调整量；Q为所有包含线路k的路径集合；PTk min和PTk max分别为线路k可输送有功功率的上下限度；LINE为电力***网络中的线路集合；
3.2)根据电力***网络的功率构成和可调控制资源，求解构建的路径优化模型，得到可调控制资源的功率调整量；
3.3)根据求解的可调控制资源的功率调整量，确定使过载线路x恢复正常运行状态范围的最小负荷损失量；
3.4)根据求解的可调控制资源的功率调整量，确定各发电节点和负荷节点的控制措施：
Figure FDA0003244928640000051
其中，△PGi为发电节点i的控制量；△PLj为负荷节点j的控制量；ΔPm Gi为发电节点i在路径m中的功率调整量；GENE为电力***网络中的发电节点集合；ΔPn Lj为负荷节点j在路径n中的功率调整量；LOAD为电力***网络中的负荷节点集合；
分段协调优化模块，用于当最小负荷损失量为0时，按照确定的控制措施对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制；当最小负荷损失量不为0时，根据确定的可调控制资源，对过载线路上的过负荷保护装置和电力***网络中的可调控制资源进行分段协调优化，进而对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制，所述分段协调优化模块包括：
直接控制单元，用于当最小负荷损失量为0时，按照所述最小负荷损失量确定模块得到的控制措施对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制；
分段协调优化单元，用于当最小负荷损失量不为0时，考虑过载线路的极限热稳定运行时间内电力***网络中的可调控制资源，对过载线路上的过负荷保护装置和电力***网络中的可调控制资源进行分段协调优化，进而对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制，具体过程为：
4.2)当最小负荷损失量不为0时，考虑过载线路x的极限热稳定运行时间toverload内电力***网络中的可调控制资源，对过载线路x上的过负荷保护装置和电力***网络中的可调控制资源进行分段协调优化，进而对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制，具体过程为：
4.2.1)将过载线路x的极限热稳定运行时间toverload分为z份，确定0～toverload/z时间段内电力***网络中的可调控制资源；
4.2.2)采用构建的线路功率优化调整模型，根据过载线路x的初始功率，确定过载线路x调整后的线路功率；
4.2.3)根据求解过载线路x调整后的线路功率过程中得到的各路径的功率调整量，确定各发电节点和负荷节点的控制措施；
4.2.4)根据过载线路x调整后的线路功率，判断所述步骤4.2.3)中得到的控制措施能否使过载线路x的功率恢复正常运行状态范围，若能，则按照所述步骤4.2.2)得到的调整后的线路功率以及所述步骤4.2.3)得到的控制措施对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制，控制完毕后，流程结束；反之，则按照所述步骤4.2.3)中得到的控制措施对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制；
4.2.5)重新计算过载线路x当前的线路功率和极限热稳定运行时间toverload/z+toverload1，并调整过载线路x上过负荷保护装置的动作时间至toverload/z+toverload1，其中，toverload1为toverload/z时间段后线路x仍可过载运行的时间；
4.2.6)将时间toverload1分为z-1份，确定0～toverload/z+toverload1/(z-1)时间段内电力***网络中仍然存在的可调控制资源，进入所述步骤4.2.2)，直至线路x的功率恢复正常运行状态范围或z-1轮次循环结束；
4.2.7)进入第z轮循环，确定0～toverload/z+toverload1/(z-1)...+toverload(z-1)时间段内电力***网络中仍然存在的可调控制资源，采用路径优化模型及其约束条件对剩余的可调控制资源进行优化，确定过载线路x的功率调整量，进而确定控制措施，对电力***网络中的发电节点和负荷节点进行控制，完成过载线路x上的过负荷保护装置和电力***网络中的可调控制资源进行分段协调优化。
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