CN117674159A - 电力***预想事故严重性评价方法、***、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电力***预想事故严重性评价方法、***、设备及介质，涉及电力***工程技术领域，包括：生成预想事故集，对每个预想事故，根据架空导线在当前时间段的电力参数采用线性潮流计算模型得到电压幅值和相位，根据电压幅值和相位得到架空导线电流，根据架空导线电流和上一时间段的架空导线温度采用架空导线热平衡方程得到当前时间段的架空导线温度；对每个预想事故，根据所有时间段内的最大架空导线温度与架空导线温度达到最大允许温度的最小时间进行严重性评价，实现符合实际且合理的电力***预想事故安全评价。
Description
技术领域
本发明涉及电力***工程技术领域，特别是涉及一种电力***预想事故严重性评价方法、***、设备及介质。
背景技术
随着电力***与天然气***和热网组成的综合能源***的相互作用日趋增强，传统的交流电力***的安全评价方法并不能满足综合能源计算需求，故有研究人员提出了一种“时间相依”的准动态安全评价方法，提出能够反映综合能源***安全性随时间变化的安全评价指标。
随着动态热定值方法（Dynamic thermal rating，DTR）技术的发展，为计及架空导线热特性的电热耦合潮流的研究提供了便利。有研究人员考虑架空导线温度对电力***架空线电阻参数的影响，提出了一种计及架空导线温度的电力***潮流计算方法，提高计算精度；在此基础上，有研究人员提出了计及架空线、电缆和变压器热特性模型的电热耦合潮流计算模型，以获得更加符合实际的潮流计算结果。
还有研究人员提出了一种以架空导线达到最大允许温度的持续时间作为事故严重性评价的指标，建立了***的安全评价方法，但是仅以时间断面进行分析，未考虑负荷发电计划和环境气象参数的变化对***安全评价的影响；而且为方便计算，仅以架空导线的保守传输电流指标作为评价依据，对电力***安全做出较为保守的分析。
另外，架空导线温度是动态变化的，故计算过程化的安全评价指标需要计算未来多个时间断面的架空导线温度，若逐一详细分析预想事故，多次的潮流迭代增加了安全分析的计算量。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种电力***预想事故严重性评价方法、***、设备及介质，通过线性潮流计算模型和架空导线热平衡方程分开计算的快速计算方法，提高预想事故严重性评价速度，从架空导线热限制的角度分析，提出综合反映事故过程化的安全评价指标和预想事故严重性排序规则，实现符合实际且合理的电力***预想事故安全评价。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种电力***预想事故严重性评价方法，包括：
以电力***中各节点的电压幅值和电压相角为变量，根据各节点的注入有功功率和注入无功功率，构建不考虑架空导线温度的线性潮流计算模型；
以架空导线温度为变量，根据架空导线电流和电力***的气象数据，构建架空导线热平衡方程；
生成预想事故集，对每个预想事故，根据架空导线在当前时间段的电力参数采用线性潮流计算模型得到电压幅值和相位，根据电压幅值和相位得到架空导线电流，根据架空导线电流和上一时间段的架空导线温度采用架空导线热平衡方程得到当前时间段的架空导线温度；
对每个预想事故，根据所有时间段内的最大架空导线温度与架空导线温度达到最大允许温度的最小时间进行严重性评价。
作为可选择的实施方式，不考虑架空导线温度的线性潮流计算模型为：
；
其中，和/>分别为节点i在第n个时间段的注入有功功率和注入无功功率；为交流节点总数；/>和/>分别为第n个时间段的交流节点导纳矩阵中第i行，第j列的元素实部和虚部；/>为第n个时间段的不含自导纳的导纳矩阵中第i行，第j列的元素虚部；/>为节点j在第n个时间段的电压幅值；/>为节点j在第n个时间段的电压相角。
作为可选择的实施方式，架空导线热平衡方程为：
；
其中，为架空导线l的热容；/>为架空导线l在第n个时间段的温度；/>为架空导线l在第n-1个时间段的温度；/>为差分步长；/>和/>为架空导线l在第n个时段的热平衡方程系数；/>和/>为架空导线l在第n-1个时段的热平衡方程系数；/>和为在第n个时间段和第n-1个时间段的架空导线的环境温度。
作为可选择的实施方式，架空导线热平衡方程系数为：
；
；
其中，为架空导线l的电流；/>为架空导线l在额定温度的电阻；/>为交流***的容量；/>为架空导线l的长度；/>为单位长度架空导线的日照吸热量；/>为架空导线的电阻温度系数；/>为对流散热系数；/>为辐射散热系数；/>为架空导线的环境温度；/>为架空导线l的温度。
作为可选择的实施方式，根据电压幅值和相位得到的架空导线电流为：
；
式中：为架空导线l的电流；/>为节点i的电压幅值；/>为节点j的电压幅值；/>和/>分别为第n个时间段的交流节点导纳矩阵中第i行，第j列的元素实部和虚部；/>为节点ij的电压相角。
作为可选择的实施方式，根据所有时间段内的最大架空导线温度与架空导线温度达到最大允许温度的最小时间进行严重性评价的过程包括：
当存在架空导线的温度达到最大允许温度时，以每个预想事故中所有时间段内的最大架空导线温度与架空导线温度达到最大允许温度的最小时间的比值，作为安全评价指标；
当不存在架空导线的温度达到最大允许温度时，以每个预想事故中所有时间段内的最大架空导线温度作为安全评价指标；
对预想事故集中所有预想事故的安全评价指标进行排序，以进行预想事故的严重性评价。
作为可选择的实施方式，架空导线温度达到最大允许温度的时间为：
；
；
其中，为预想事故m中架空导线l从/>达到最大允许温度/>的时间；/>为差分步长；/>为架空导线l在第n个时段的最大允许温度对应的系数；/>为架空导线l从/>时刻起达到最大允许温度的时间；/>为架空导线l的热容；/>为架空导线l在第n个时间段的温度；/>和/>为架空导线l在第n个时段的热平衡方程系数；/>为在第n个时间段的架空导线的环境温度。
第二方面，本发明提供一种电力***预想事故严重性评价***，包括：
潮流模型构建模块，被配置为以电力***中各节点的电压幅值和电压相角为变量，根据各节点的注入有功功率和注入无功功率，构建不考虑架空导线温度的线性潮流计算模型；
热平衡方程构建模块，被配置为以架空导线温度为变量，根据架空导线电流和电力***的气象数据，构建架空导线热平衡方程；
快速求解模块，被配置为生成预想事故集，对每个预想事故，根据架空导线在当前时间段的电力参数采用线性潮流计算模型得到电压幅值和相位，根据电压幅值和相位得到架空导线电流，根据架空导线电流和上一时间段的架空导线温度采用架空导线热平衡方程得到当前时间段的架空导线温度；
严重性评价模块，被配置为对每个预想事故，根据所有时间段内的最大架空导线温度与架空导线温度达到最大允许温度的最小时间进行严重性评价。
作为可选择的实施方式，不考虑架空导线温度的线性潮流计算模型为：
；
其中，和/>分别为节点i在第n个时间段的注入有功功率和注入无功功率；为交流节点总数；/>和/>分别为第n个时间段的交流节点导纳矩阵中第i行，第j列的元素实部和虚部；/>为第n个时间段的不含自导纳的导纳矩阵中第i行，第j列的元素虚部；/>为节点j在第n个时间段的电压幅值；/>为节点j在第n个时间段的电压相角。
作为可选择的实施方式，架空导线热平衡方程为：
；
其中，为架空导线l的热容；/>为架空导线l在第n个时间段的温度；/>为架空导线l在第n-1个时间段的温度；/>为差分步长；/>和/>为架空导线l在第n个时段的热平衡方程系数；/>和/>为架空导线l在第n-1个时段的热平衡方程系数；/>和为在第n个时间段和第n-1个时间段的架空导线的环境温度。
作为可选择的实施方式，架空导线热平衡方程系数为：
；
；
其中，为架空导线l的电流；/>为架空导线l在额定温度的电阻；/>为交流***的容量；/>为架空导线l的长度；/>为单位长度架空导线的日照吸热量；/>为架空导线的电阻温度系数；/>为对流散热系数；/>为辐射散热系数；/>为架空导线的环境温度；/>为架空导线l的温度。
作为可选择的实施方式，根据电压幅值和相位得到的架空导线电流为：
；
式中：为架空导线l的电流；/>为节点i的电压幅值；/>为节点j的电压幅值；/>和/>分别为第n个时间段的交流节点导纳矩阵中第i行，第j列的元素实部和虚部；/>为节点ij的电压相角。
作为可选择的实施方式，根据所有时间段内的最大架空导线温度与架空导线温度达到最大允许温度的最小时间进行严重性评价的过程包括：
当存在架空导线的温度达到最大允许温度时，以每个预想事故中所有时间段内的最大架空导线温度与架空导线温度达到最大允许温度的最小时间的比值，作为安全评价指标；
当不存在架空导线的温度达到最大允许温度时，以每个预想事故中所有时间段内的最大架空导线温度作为安全评价指标；
对预想事故集中所有预想事故的安全评价指标进行排序，以进行预想事故的严重性评价。
作为可选择的实施方式，架空导线温度达到最大允许温度的时间为：
；
；
其中，为预想事故m中架空导线l从/>达到最大允许温度/>的时间；/>为差分步长；/>为架空导线l在第n个时段的最大允许温度对应的系数；/>为架空导线l从/>时刻起达到最大允许温度的时间；/>为架空导线l的热容；/>为架空导线l在第n个时间段的温度；/>和/>为架空导线l在第n个时段的热平衡方程系数；/>为在第n个时间段的架空导线的环境温度。
第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成第一方面所述的方法。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第一方面所述的方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提出一种电力***预想事故严重性评价方法，对每个预想事故，根据架空导线在当前时间段的电力参数，采用线性潮流计算模型得到电压幅值和相位，根据电压幅值和相位得到架空导线电流，根据架空导线电流和上一时间段的架空导线温度采用架空导线热平衡方程得到当前时间段的架空导线温度，通过线性潮流计算模型和架空导线热平衡方程分开计算以对架空导线温度进行求解。由此可见，相较于牛顿法多次迭代求解电热耦合潮流模型，本发明的快速计算方法在计算某个时间段内的状态变量时，实现了线性潮流计算模型和架空导线热平衡方程的解耦计算，仅需求解一次线性方程组和导体热平衡方程解析解，提高预想事故集的分析速度。
本发明提出一种能够综合反映事故过程化的安全评价指标和预想事故严重性排序规则，当存在架空导线的温度达到最大允许温度时，以每个预想事故中所有时间段内的最大架空导线温度与架空导线温度达到最大允许温度的比值作为安全评价指标；又因为由于电流和环境元素的共同作用，在研究时段内可能会导致架空导线温度达不到最大允许温度，那么当不存在架空导线的温度达到最大允许温度时，以每个预想事故中所有时间段内的最大架空导线温度作为安全评价指标，实现综合反映事故过程化。与传统电力***静态安全分析不同，本发明分别体现架空导线热限制以及可容许安全时间裕度，从架空导线热限制的角度分析，综合考虑负荷发电计划和环境气象参数随时间变化对***安全评价的影响，作出更加符合实际且合理的电力***预想事故安全评价。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1提供的电力***预想事故严重性评价方法流程示意图；
图2为本发明实施例1提供的预想事故集定义和预想事故集分析的流程图；
图3为本发明实施例1提供的安全评价指标的各变量含义示意图；
图4为本发明实施例1提供的预想事故分析流程图；
图5为本发明实施例1提供的交流***拓扑结构图；
图6为本发明实施例1提供的负荷发电计划示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“包含”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种计及架空导线热特性的电力***预想事故严重性评价方法，包括：
以电力***中各节点的电压幅值和电压相角为变量，根据各节点的注入有功功率和注入无功功率，构建不考虑架空导线温度的线性潮流计算模型；
以架空导线温度为变量，根据架空导线电流和电力***的气象数据，构建架空导线热平衡方程；
生成预想事故集，对每个预想事故，根据架空导线在当前时间段的电力参数采用线性潮流计算模型得到电压幅值和相位，根据电压幅值和相位得到架空导线电流，根据架空导线电流和上一时间段的架空导线温度采用架空导线热平衡方程得到当前时间段的架空导线温度；
对每个预想事故，根据所有时间段内的最大架空导线温度与架空导线温度达到最大允许温度的最小时间进行严重性评价。
电力***安全评价是对预想事故进行分析，即对电力***的预想事故集采用潮流模型进行分析，再计算预想事故下的安全评价指标，得出电力***的事故集严重程度，判断电力***的运行状态。
在电力***中，事故集的定义一般是输电元件故障。输电元件包括发电机、负荷和输电网，这些器件在电力***潮流分析中分别建模为注入节点功率、流出节点功率和集总参数模型。本实施例主要以架空导线作为研究对象，因此，事故集可定义为架空线路在网络中断开。
预想事故集的分析是对定义的预想事故进行安全评价指标的计算并排序，为使分析具有较高精度并加快安全分析速度，本实施例以线性潮流计算模型和架空导线热平衡方程对安全评价指标进行计算。
如图2所示，预想事故集定义和预想事故集分析的流程具体包括：设电力***架空导线总数，从第一个元件m=1开始判断，将架空导线的非重复故障加入预想事故集中，直至遍历完所有元件，由此生成预想事故集；然后通过线性潮流计算模型和架空导线热平衡方程，得出安全评价指标，从而输出研究时间段内的各预想事故的安全评价指标和告警列表。
在本实施例中，将研究时间平均划分为N段时间段，间隔为差分步长/>，线性潮流计算模型为：
（1）；
式中：i和j为交流节点编号；下标n表示第n个时间段的数值，n=1，2，…，N；和分别为节点i处的注入有功功率和注入无功不平衡功率（标幺值p.u.）；/>和/>分别为节点i处的注入有功功率和注入无功功率（标幺值p.u.）；/>为交流节点数；/>和/>分别为交流节点导纳矩阵中第i行，第j列的元素实部和虚部（标幺值p.u.）；/>为不含自导纳的导纳矩阵中第i行，第j列的元素虚部（标幺值p.u.）；/>为节点j的电压幅值（标幺值p.u.）；/>为节点j的电压相角（单位rad）；T为架空导线温度向量（单位℃），当i≠j时，T=T l，/>为架空导线l的温度，/>，当i=j时，T为与节点i相连的架空导线的温度向量。
由于电阻-温度效应，和/>均与输电元件的温度形成关联，表示为：
（2）；
（3）；
式中，l为架空导线编号，l=1，2，…，；/>为架空导线数目；/>为架空导线l在额定温度/>的电阻（标幺值p.u.）；/>为架空导线的电阻温度系数；/>为架空导线l的电抗（标幺值p.u.）。
在本实施例中，架空导线热平衡方程的微分表达式为：
（4）；
式中，为架空导线l的热容（J/(m·℃)）；t为时间（s）；/>为架空导线的环境温度（℃）；/>为架空导线l的温度（℃）；/>和/>为架空导线热平衡方程系数，具体表达式为：
（5）；
（6）；
式中，为架空导线l的电流（p.u.）；/>为架空导线l在额定温度/>的电阻（p.u.）；/>为交流***的容量（W）；/>为架空导线l的长度（m）；/>为单位长度架空导线的日照吸热量（W/m），/>，/>为日照吸收率，/>为太阳辐射功率密度（W/m2），D为光照强度架空导线直径（m）；/>为架空导线的电阻温度系数；/>为对流散热系数（W/(m·℃)）；/>为辐射散热系数（W/(m·℃)），A r =14.24D×10-8；/>为架空导线l的温度。
由于架空导线热平衡方程为微分方程，求解需要差分化，由此，采用隐式梯形法将式（4）差分化后的架空导线热平衡方程为：
（7）；
式中，为架空导线热不平衡量（℃）。
式（7）是一个含未知量T l,n的一元高次等式方程，求解此类方程的方法有二分法、牛顿法、割线法等。其中，牛顿法具有精度高收敛性好，是求解式（7）；的较好的方法。因此，联立线性潮流计算模型（式（1））和架空导线热平衡方程即可得到电热耦合潮流模型，状态变量为电压幅值、电压相角和架空导线温度。使用牛顿法求解电热耦合潮流模型的修正方程为：
（8）；
式中，下标n表示第n个时间段的数值，n=1，2，…，N；为节点i的相角修正量（rad）；/>为节点i的电压修正量（p.u.）；/>为架空导线l的温度修正量（℃）；/>为节点i的电压幅值（p.u.）；/>为节点i的电压相角（rad）。
电热耦合模型考虑了导体温度对潮流的影响，即架空导线电阻参数与架空导线温度是耦合的，若用牛顿法逐一迭代求解多个预想事故集、多个时间段的电热耦合潮流模型，计算量大。架空导线的电阻温度系数较小，通常为0.004(1/℃)，在合理的导体温度范围内，电阻的变化影响不大，电力***中仍有电阻远小于电抗，故架空导线电阻变化对潮流的影响不大。因此，线性潮流计算模型中的架空导线电阻可不考虑温度影响。
那么，不考虑架空导线温度的线性潮流计算模型为：
（9）；
式中：下标n表示第n个时间段的数值，n=1，2，…，N；和/>分别为节点i在第n个时间段的注入有功功率和注入无功功率（p.u.）；/>为交流节点总数；/>和/>分别为第n个时间段的交流节点导纳矩阵中第i行，第j列的元素实部和虚部（p.u.）；/>为第n个时间段的不含自导纳的导纳矩阵中第i行，第j列的元素虚部（p.u.）；/>为节点j在第n个时间段的电压幅值（p.u.）；/>为节点j在第n个时间段的电压相角（rad）。
架空导线电流为：
（10）；
式中：为架空导线l的电流（p.u.）；/>为节点i的电压幅值（p.u.）；/>为节点j的电压幅值（p.u.）；/>为节点ij的电压相角（rad）。
式（9）为一组线性化方程组，求解较为简单，计算量较小，可快速求解出状态变量并得出架空导线电流。
在本实施例中，将架空导线电流代入式（7）得到一组一元高次方程组，可求解出架空导线温度；但电力***中架空导线数目较多，求解多个一元高次方程的计算量大。对此，本实施例将式（7）近似化一元一次等式方程，即：
（11）；
式中，下标n表示第n个时间断面的数值，n=1，2，…，N；为架空导线l的热容（J/(m·℃)）；/>为架空导线l在第n个时间段的温度（℃）；/>为架空导线l在第n-1个时间段的温度；/>为差分步长（s）；/>和/>为在第n个时间段和第n-1个时间段的架空导线的环境温度（℃）；/>和/>为架空导线l在第n个时段的热平衡方程系数，/>和为架空导线l在第n-1个时段的热平衡方程系数；/>和/>为热平衡方程系数，/>原本是/>的函数，由于辐射散热系数A r数值极小（数量级约为10-9），所以用上一时间段的架空导线温度/>取代/>中的/>，对/>的大小影响不大。
在本实施例中，对每个预想事故，根据架空导线在当前时间段的电力参数，采用式（9）的线性潮流计算模型得到电压幅值和相位，根据电压幅值和相位采用式（10）得到架空导线电流，根据架空导线电流和上一时间段的架空导线温度，采用式（11）的架空导线热平衡方程得到当前时间段的架空导线温度。由此可见，在预想事故分析期间，相较于牛顿法多次迭代求解电热耦合潮流模型，本实施例的快速计算方法在计算某个时间段内的状态变量时，实现了线性潮流计算模型和架空导线热平衡方程的解耦计算，仅需求解一次线性方程组和导体热平衡方程解析解，提高预想事故集的分析速度。
在电力***中，架空导线的安全限制本质上是热限制，但传统的电力***安全分析为方便计算，以架空导线的保守传输电流指标作为安全评价指标。为从架空导线热限制的角度分析，本实施例综合考虑负荷发电计划和气象参数随时间变化对***安全评价的影响，作出更符合实际且合理的电力***预想事故安全评价。
本实施例以每个预想事故中所有时间段内的最大架空导线温度与架空导线温度达到最大允许温度的比值作为安全评价指标，能够综合反映事故过程化；具体为：
（12）；
式中，为预想事故m的安全评价指标；60是将时间由秒转化为分钟；T m为预想事故m在所有时间段内的所有架空导线温度矩阵，是一个n b×N的矩阵，其中的元素/>为架空导线l在n时段的温度；/>为预想事故m的所有架空导线从t 0达到最大允许温度/>的时间向量，是一个维数为n b的向量，其中的元素/>为预想事故m中架空导线l从/>达到最大允许温度/>的时间，代表可容许安全时间裕度。
其中，可容许安全时间裕度为：
（13）。
由式（11）得出架空导线l从时刻起达到最大允许温度/>的时间/>为：
（14）；
式中，为架空导线l的最大允许温度（℃），如规定的架空导线最大允许温度为70℃；/>为架空导线l在n时段内的最大允许温度对应的系数。
上述安全评价指标的各变量含义如图3所示。
由于电流和环境元素的共同作用，在研究时段内可能会导致架空导线温度达不到最大允许温度，则不存在/>。因此，本实施例提出预想事故严重性排序规则，具体为：对于存在/>的预想事故，以式（12）的指标进行排序；对于研究时段内架空导线最大温度未超过最大允许温度的预想事故，以最大架空导线温度进行排序。
与传统的电力***静态安全分析不同的是，本实施例中的安全评价指标为某预想事故的研究时段内最大架空导线温度与此预想事故中架空导线从t 0达到最大允许温度/>的最小时间/>的比值，分别体现了架空导线热限制以及可容许安全时间裕度。若架空导线温度越高，达到最大允许温度/>的时间越低，安全评价指标越大，说明事故严重性程度越高。
综上，如图4所示，预想事故分析流程包括：
获取气象数据和电力参数，设架空导线数n b，架空导线故障编号m=1，预想事故数M，输入研究时段，监测获得初始导体温度及电流；其中，电力参数包括架空线路的电阻、电抗、对地电纳，负荷发电计划等，气象数据包括风速、风向因子、环境温度、日照强度等；
在预想事故m下，采用式（9），求解N个时间段下不考虑架空导线温度的线性潮流计算模型得到电压幅值和相位，根据电压幅值和相位采用式（10）得到各架空导线电流；
将架空导线电流输入式（11）的架空导线热平衡方程解析解式，得到架空导线温度；
根据式（13）和式（14）计算预想事故m的可容许安全时间裕度；根据式（12）计算预想事故m的安全评价指标；
直至遍历完所有M，根据预想事故严重性排序规则，对预想事故集的所有预想事故的严重性进行排序，输出排序结果和告警列表。
由于架空导线的热特性，当预想事故发生时，即使流经架空导线的电流瞬时变化，但架空导线的温度不会立即发生变化，即架空导线的温度滞后电流的变化。在实际的电力***中，发电负荷计划也是随着时间在变化的，故本实施例还考虑发电负荷计划的时间连续性，以做出更加科学的安全告警信息。因此，本实施例提出的指标体现了事故过程中架空导线热限制和可容许安全时间裕度，是一种能够反映过程化的事故严重性指标。
本实施例对预想事故集进行严重性评价，对所有预想事故的严重性排序后，可筛选出少数严重性高的预想事故，为进一步详细分析预想事故提供便利，减少了需详细分析预想事故个数，对所有预想事故严重性进行排序，对评判电力***安全严重性提供了依据，以做出更加合理有效的控制策略。
下面给出具体算例分析。
本实施例以一个6节点交流***为例，拓扑结构如图5所示，线路参数如表1。为了验证快速计算方法的有效性和通用性，对6节点交流***进行潮流计算分析，收敛精度为ε=1×10-6，交流***的基准容量为100MVA，基准电压为110kV。
本实施例研究时长为30min，步长=5min，架空导线电阻温度系数/>为0.00386℃-1，日照吸收率β=0.8，架空支路的安全指标权重w全为1，架空导线最大允许温度为70℃，最大允许电流为1.25 p.u.。气象环境参数见表2，负荷发电计划如图6所示，架空导线的初始温度和电流见表3。预想事故集定义为架空线路在网络中断开，表1中支路编号也为预想事故编号，即对应架空线支路在电力网络中断开。
表1 线路参数
。
表2 气象环境参数
。
表3 架空导线初始温度和电流
。
本实施例使用快速计算方法，先计算不考虑架空导线温度的线性潮流计算模型，再计算架空导线温度；根据架空导线温度，计算出预想事故的安全评价指标；根据架空导线电流，计算出预想事故的传统安全评价指标。
传统安全评价指标计算公式为：
；
式中，为传统安全评价指标；/>为架空导线l的权系数，反映该架空导线故障对***的影响；/>为架空导线l的最大允许电流。
以本实施例提出的预想事故严重性排序规则对各预想事故安全严重性进行降序排序，排序结果见表4。
表4 预想事故的安全评价结果
。
由表4可知，以不同的预想事故严重性排序规则对各预想事故的严重性排序结果是不一样的。一方面是由于架空导线温度是架空导线载荷能力的本质，以架空导线电流（即传统的安全评价指标）作为评价载荷能力较为保守，另一方面是由于架空导线温度是具有滞后导体电流的特性，以架空导线电流作为评价载荷能力忽略了架空导线的热惯性以及可容许的安全时间裕度。
根据计算结果，预想事故10对应的=76.1℃，预想事故7对应的/>=72.2℃。若以研究时段内架空导线最大温度对各预想事故进行排序，预想事故10的严重性比预想事故7的高。预想事故10对应的可容许安全时间裕度/>为732.8s，预想事故7对应的允许温升时间为681.6s，从可容许安全时间裕度/>来看，预想事故7要比预想事故10严重。因此，单纯以研究时段架空导线最大温度或者可容许安全时间裕度/>对预想事故严重性排序，可能会导致预想事故的排序结果过高或过低。本实施例提出的安全评价指标，综合考虑了研究时段内架空导线最大温度和可容许安全时间裕度，解决了上述预想事故严重性排序问题，能够综合反映事故过程化的安全性。
由此可见，以本实施例提出的安全评价指标作为电力***预想事故严重性评价的指标和排序规则，能从本质上对架空导线载荷能力对预想事故评价，综合考虑了研究时段内架空导线最大温度和可容许安全时间裕度，为电力***安全决策提供更加准确科学的依据；本实施例提出的安全评价指标考虑了架空导线的热惯性特性，充分挖掘了架空导线的载荷潜力。
使用牛顿法求解式（1）和式（7）组成的各预想事故电热耦合潮流模型所使用的时间为170.18ms，而采用本实施例提出的快速计算方法求解架空导线温度所使用的时间为45.32ms。相较于牛顿法，本实施例提出的快速计算方法求解架空导线温度的计算时间减少了73.37%。两算法求解的电压幅值、电压相角最大相差值为2.6×10-4，架空导线温度相差最大值为8.3×10-2。因此，使用本实施例提出的快速计算方法求解架空导线温度不仅具有较高的精度，而且提高了电力***预想事故严重性评价速度，满足电力***在线安全评价的快速性和准确度。
实施例2
本实施例提供一种电力***预想事故严重性评价***，包括：
潮流模型构建模块，被配置为以电力***中各节点的电压幅值和电压相角为变量，根据各节点的注入有功功率和注入无功功率，构建不考虑架空导线温度的线性潮流计算模型；
热平衡方程构建模块，被配置为以架空导线温度为变量，根据架空导线电流和电力***的气象数据，构建架空导线热平衡方程；
快速求解模块，被配置为生成预想事故集，对每个预想事故，根据架空导线在当前时间段的电力参数采用线性潮流计算模型得到电压幅值和相位，根据电压幅值和相位得到架空导线电流，根据架空导线电流和上一时间段的架空导线温度采用架空导线热平衡方程得到当前时间段的架空导线温度；
严重性评价模块，被配置为对每个预想事故，根据所有时间段内的最大架空导线温度与架空导线温度达到最大允许温度的最小时间进行严重性评价。
在本实施例中，不考虑架空导线温度的线性潮流计算模型为：
；
其中，和/>分别为节点i在第n个时间段的注入有功功率和注入无功功率；为交流节点总数；/>和/>分别为第n个时间段的交流节点导纳矩阵中第i行，第j列的元素实部和虚部；/>为第n个时间段的不含自导纳的导纳矩阵中第i行，第j列的元素虚部；/>为节点j在第n个时间段的电压幅值；/>为节点j在第n个时间段的电压相角。
在本实施例中，架空导线热平衡方程为：
；
其中，为架空导线l的热容；/>为架空导线l在第n个时间段的温度；/>为架空导线l在第n-1个时间段的温度；/>为差分步长；/>和/>为架空导线l在第n个时段的热平衡方程系数；/>和/>为架空导线l在第n-1个时段的热平衡方程系数；/>和为在第n个时间段和第n-1个时间段的架空导线的环境温度。
在本实施例中，架空导线热平衡方程系数为：
；
；/>
其中，为架空导线l的电流；/>为架空导线l在额定温度的电阻；/>为交流***的容量；/>为架空导线l的长度；/>为单位长度架空导线的日照吸热量；/>为架空导线的电阻温度系数；/>为对流散热系数；/>为辐射散热系数；/>为架空导线的环境温度；/>为架空导线l的温度。
在本实施例中，根据电压幅值和相位得到的架空导线电流为：
；
式中：为架空导线l的电流；/>为节点i的电压幅值；/>为节点j的电压幅值；/>和/>分别为第n个时间段的交流节点导纳矩阵中第i行，第j列的元素实部和虚部；/>为节点ij的电压相角。
在本实施例中，根据所有时间段内的最大架空导线温度与架空导线温度达到最大允许温度的最小时间进行严重性评价的过程包括：
当存在架空导线的温度达到最大允许温度时，以每个预想事故中所有时间段内的最大架空导线温度与架空导线温度达到最大允许温度的最小时间的比值，作为安全评价指标；
当不存在架空导线的温度达到最大允许温度时，以每个预想事故中所有时间段内的最大架空导线温度作为安全评价指标；
对预想事故集中所有预想事故的安全评价指标进行排序，以进行预想事故的严重性评价。
在本实施例中，架空导线温度达到最大允许温度的时间为：
；
；
其中，为预想事故m中架空导线l从/>达到最大允许温度/>的时间；/>为差分步长；/>为架空导线l在第n个时段的最大允许温度对应的系数；/>为架空导线l从/>时刻起达到最大允许温度的时间；/>为架空导线l的热容；/>为架空导线l在第n个时间段的温度；/>和/>为架空导线l在第n个时段的热平衡方程系数；/>为在第n个时间段的架空导线的环境温度。
此处需要说明的是，上述模块对应于实施例1中所述的步骤，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为***的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行。
在更多实施例中，还提供：
一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例1中所述的方法。为了简洁，在此不再赘述。
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例1中所述的方法。
实施例1中的方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (16)
1.电力***预想事故严重性评价方法，其特征在于，包括：
以电力***中各节点的电压幅值和电压相角为变量，根据各节点的注入有功功率和注入无功功率，构建不考虑架空导线温度的线性潮流计算模型；
以架空导线温度为变量，根据架空导线电流和电力***的气象数据，构建架空导线热平衡方程；
生成预想事故集，对每个预想事故，根据架空导线在当前时间段的电力参数采用线性潮流计算模型得到电压幅值和相位，根据电压幅值和相位得到架空导线电流，根据架空导线电流和上一时间段的架空导线温度采用架空导线热平衡方程得到当前时间段的架空导线温度；
对每个预想事故，根据所有时间段内的最大架空导线温度与架空导线温度达到最大允许温度的最小时间进行严重性评价。
2.如权利要求1所述的电力***预想事故严重性评价方法，其特征在于，不考虑架空导线温度的线性潮流计算模型为：
；
其中，和/>分别为节点i在第n个时间段的注入有功功率和注入无功功率；/>为交流节点总数；/>和/>分别为第n个时间段的交流节点导纳矩阵中第i行，第j列的元素实部和虚部；/>为第n个时间段的不含自导纳的导纳矩阵中第i行，第j列的元素虚部；为节点j在第n个时间段的电压幅值；/>为节点j在第n个时间段的电压相角。
3.如权利要求1所述的电力***预想事故严重性评价方法，其特征在于，架空导线热平衡方程为：
；
其中，为架空导线l的热容；/>为架空导线l在第n个时间段的温度；/>为架空导线l在第n-1个时间段的温度；/>为差分步长；/>和/>为架空导线l在第n个时段的热平衡方程系数；/>和/>为架空导线l在第n-1个时段的热平衡方程系数；/>和为在第n个时间段和第n-1个时间段的架空导线的环境温度。
4.如权利要求3所述的电力***预想事故严重性评价方法，其特征在于，架空导线热平衡方程系数为：
；
；
其中，为架空导线l的电流；/>为架空导线l在额定温度的电阻；/>为交流***的容量；/>为架空导线l的长度；/>为单位长度架空导线的日照吸热量；/>为架空导线的电阻温度系数；/>为对流散热系数；/>为辐射散热系数；/>为架空导线的环境温度；/>为架空导线l的温度。
5.如权利要求1所述的电力***预想事故严重性评价方法，其特征在于，根据电压幅值和相位得到的架空导线电流为：
；
式中：为架空导线l的电流；/>为节点i的电压幅值；/>为节点j的电压幅值；/>和分别为第n个时间段的交流节点导纳矩阵中第i行，第j列的元素实部和虚部；/>为节点ij的电压相角。
6.如权利要求1所述的电力***预想事故严重性评价方法，其特征在于，根据所有时间段内的最大架空导线温度与架空导线温度达到最大允许温度的最小时间进行严重性评价的过程包括：
当存在架空导线的温度达到最大允许温度时，以每个预想事故中所有时间段内的最大架空导线温度与架空导线温度达到最大允许温度的最小时间的比值，作为安全评价指标；
当不存在架空导线的温度达到最大允许温度时，以每个预想事故中所有时间段内的最大架空导线温度作为安全评价指标；
对预想事故集中所有预想事故的安全评价指标进行排序，以进行预想事故的严重性评价。
7.如权利要求6所述的电力***预想事故严重性评价方法，其特征在于，架空导线温度达到最大允许温度的时间为：
；
；
其中，为预想事故m中架空导线l从/>达到最大允许温度/>的时间；/>为差分步长；/>为架空导线l在第n个时段的最大允许温度对应的系数；/>为架空导线l从时刻起达到最大允许温度的时间；/>为架空导线l的热容；/>为架空导线l在第n个时间段的温度；/>和/>为架空导线l在第n个时段的热平衡方程系数；/>为在第n个时间段的架空导线的环境温度。
8.电力***预想事故严重性评价***，其特征在于，包括：
潮流模型构建模块，被配置为以电力***中各节点的电压幅值和电压相角为变量，根据各节点的注入有功功率和注入无功功率，构建不考虑架空导线温度的线性潮流计算模型；
热平衡方程构建模块，被配置为以架空导线温度为变量，根据架空导线电流和电力***的气象数据，构建架空导线热平衡方程；
快速求解模块，被配置为生成预想事故集，对每个预想事故，根据架空导线在当前时间段的电力参数采用线性潮流计算模型得到电压幅值和相位，根据电压幅值和相位得到架空导线电流，根据架空导线电流和上一时间段的架空导线温度采用架空导线热平衡方程得到当前时间段的架空导线温度；
严重性评价模块，被配置为对每个预想事故，根据所有时间段内的最大架空导线温度与架空导线温度达到最大允许温度的最小时间进行严重性评价。
9.如权利要求8所述的电力***预想事故严重性评价***，其特征在于，不考虑架空导线温度的线性潮流计算模型为：
；
其中，和/>分别为节点i在第n个时间段的注入有功功率和注入无功功率；/>为交流节点总数；/>和/>分别为第n个时间段的交流节点导纳矩阵中第i行，第j列的元素实部和虚部；/>为第n个时间段的不含自导纳的导纳矩阵中第i行，第j列的元素虚部；为节点j在第n个时间段的电压幅值；/>为节点j在第n个时间段的电压相角。
10.如权利要求8所述的电力***预想事故严重性评价***，其特征在于，架空导线热平衡方程为：
；
其中，为架空导线l的热容；/>为架空导线l在第n个时间段的温度；/>为架空导线l在第n-1个时间段的温度；/>为差分步长；/>和/>为架空导线l在第n个时段的热平衡方程系数；/>和/>为架空导线l在第n-1个时段的热平衡方程系数；/>和为在第n个时间段和第n-1个时间段的架空导线的环境温度。
11.如权利要求10所述的电力***预想事故严重性评价***，其特征在于，架空导线热平衡方程系数为：
；
；
其中，为架空导线l的电流；/>为架空导线l在额定温度的电阻；/>为交流***的容量；/>为架空导线l的长度；/>为单位长度架空导线的日照吸热量；/>为架空导线的电阻温度系数；/>为对流散热系数；/>为辐射散热系数；/>为架空导线的环境温度；/>为架空导线l的温度。
12.如权利要求8所述的电力***预想事故严重性评价***，其特征在于，根据电压幅值和相位得到的架空导线电流为：
；
式中：为架空导线l的电流；/>为节点i的电压幅值；/>为节点j的电压幅值；/>和分别为第n个时间段的交流节点导纳矩阵中第i行，第j列的元素实部和虚部；/>为节点ij的电压相角。
13.如权利要求8所述的电力***预想事故严重性评价***，其特征在于，根据所有时间段内的最大架空导线温度与架空导线温度达到最大允许温度的最小时间进行严重性评价的过程包括：
当存在架空导线的温度达到最大允许温度时，以每个预想事故中所有时间段内的最大架空导线温度与架空导线温度达到最大允许温度的最小时间的比值，作为安全评价指标；
当不存在架空导线的温度达到最大允许温度时，以每个预想事故中所有时间段内的最大架空导线温度作为安全评价指标；
对预想事故集中所有预想事故的安全评价指标进行排序，以进行预想事故的严重性评价。
14.如权利要求13所述的电力***预想事故严重性评价***，其特征在于，架空导线温度达到最大允许温度的时间为：
；
；
其中，为预想事故m中架空导线l从/>达到最大允许温度/>的时间；/>为差分步长；/>为架空导线l在第n个时段的最大允许温度对应的系数；/>为架空导线l从时刻起达到最大允许温度的时间；/>为架空导线l的热容；/>为架空导线l在第n个时间段的温度；/>和/>为架空导线l在第n个时段的热平衡方程系数；/>为在第n个时间段的架空导线的环境温度。
15.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1-7任一项所述的方法。
16.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-7任一项所述的方法。
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