一种输电网安全运行稳态性能检测方法

摘要

本发明公开了一种输电网安全运行稳态性能检测方法，读取实时数据和模型，进行潮流计算和静态N-1计算，对线路进行潮流裕度评估以及历史统计评估。随着系统规模的广大，系统中元件的增加，发生元件故障的可能性了随之增加，使得对系统的分析变得非常复杂，本发明利用潮流裕度评估计算，检测系统元件电压和电流均在正常运行的允许范围内，可以提高调度人员应对事故的能力，发现电网中薄弱环节，提醒调度人员及时采取预防性措施。

说明书

技术领域

本发明涉及一种输电网安全稳定运行稳态检测方法，属于电气工程领域下的电力系 统及其自动化专业方向，特别涉及电力系统静态安全分析问题中的稳态性能的检测分 析。

背景技术

输电网安全运行稳态性能评估是电力系统安全稳定分析的重要内容，它应用电力系 统的实时采集的数据信息，对一组可能出现的假想事故进行在线计算，分析电网在某一 假想故障发生后，系统内的潮流分布情况，并采用恰当的稳态性能评估系统，评价上述 预想故障发生后，系统中各设备的运行状态是否正常，判断系统对故障所承受的风险度， 为调度运行人员提供决策参考。

在实际电网中，许多系统大停电都是由线路过载后，保护装置相机跳闸，从而引发 连锁故障造成的。目前电力网络常用的稳态性能评估方法由于实用性及有效性的问题， 常常无法准确识别电力系统内的潜在安全稳定隐患。因此，采用合适的稳态性能评估方 法，准确识别故障后的过载元件，对故障后系统的安全程度给出可靠评价，对于识别系 统潜在安全隐患，及时采取控制措施具有重要的工程意义。

发明内容

为克服现有技术中存在的无法准确识别电力系统内的潜在安全稳定隐患的技术问 题，本发明基于电网动态预警系统支撑平台，利用WAMS数据信息和SCADA/EMS信息， 实现的变压器、线路、发电机运行状态评估，比较设备的最优状态与实际运行状态，评 估变压器分接头运行状态偏离最优状态的偏离指标，通过对发电机量测数据，评估发电 机的运行状态；判断系统对故障所承受的风险度，提供N-1故障下的过负荷支路、电压 异常母线和越限的发电机等，并给出其越限程度；实现历史记录查询、报表生成功能。 本发明提出的输电网安全运行稳态性能检测方法，可以提供各种故障对电力系统安全运 行的危害程度信息，为调度运行人员提供决策参考。

本发明具体采用以下技术方案。

一种输电网安全运行稳态性能检测方法，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：

（1）读取数据采集和监控系统（supervisory control and data acquistion， SCADA）、能量管理系统（energy management system，EMS）、广域测量系统（wide area  measurement system，WAMS）（最好在这些技术特征名称前写明中文含义，如广域检测 系统WAMS等）实时运行信息；

（2）通过读取步骤1中的遥测和遥信信息，对输电网进行基础潮流计算；

（3）在步骤2计算的潮流断面上，对输电网进行静态N-1计算；

（4）根据步骤2和步骤3计算的结果，对输电网中线路潮流进行裕度分析：

①选择输电网内电压等级为500kV的全部线路以及部分220kV关键线路以及线路所 属的母线节点作为潮流裕度的评估对象；

②根据下式计算线路有功越限阈值：

$\mathrm{fl}\_p\_\mathrm{index}=\mathrm{ca}\_\mathrm{weight}\_p*{\left(\frac{P_l-P_N}{P_N}\right)}^2$

其中，P_l为线路首末端有功潮流的最大值，P_N为线路的额定功率，ca_weight_p 为权重，其取值范围在1～5之间，所述权重应该根据电网发展和运行方式变化进行定 期调整，fl_p_index为线路有功越限阈值；

根据下式计算线路视在功率越限阈值：

$\mathrm{fl}\_s\_\mathrm{index}=\mathrm{ca}\_\mathrm{weight}\_s*{\left(\frac{S_l-S_N}{S_N}\right)}^2$

其中，S_l为线路首末端视在功率的最大值，S_N为线路的额定视在功率， ca_weight_s为权重，其取值范围在1～5之间，所述权重应该根据电网发展和运行方 式变化进行定期调整，fl_s_index为支路视在功率越限阈值；

根据下式计算线路电流越限阈值：

$\mathrm{fl}\_i\_\mathrm{index}=\mathrm{ca}\_\mathrm{weight}\_i*{\left(\frac{I_l-I_N}{I_N}\right)}^2$

其中，I_l为线路首末端电流的最大值，I_N为电流额定值，ca_weight_i为权重， 其取值范围在1～5之间，所述权重应该根据电网发展和运行方式变化进行定期调整， fl_i_index为线路电流越限阈值；

根据下式计算节点电压越上限阈值：

$\mathrm{kv}\_h\_\mathrm{index}=\mathrm{ca}\_\mathrm{weight}\_h*{\left(\frac{V_i-V_{\mathrm{high}}}{V_{\mathrm{high}}}\right)}^2$

V_i为母线节点电压，V_high为该节点电压上限，ca_weight_h为权重，其取值范围 在1～5之间，所述权重应该根据电网发展和运行方式变化进行定期维护，kv_h_index 为节点电压越上限阈值；

根据下式计算节点电压越下限阈值：

$\mathrm{kv}\_l\_\mathrm{index}=\mathrm{ca}\_\mathrm{weight}\_l*{\left(\frac{V_i-V_{\mathrm{low}}}{V_{\mathrm{low}}}\right)}^2$

V_i为母线节点电压，V_low为该节点电压下限，ca_weight_l为权重，其取值范围在 1～5之间，所述权重应该根据电网发展和运行方式变化进行定期调整，kv_l_index为 节点电压越下限阈值；

（5）稳态性能检测判断：

通过步骤（4）计算出来越限阈值来进行检测，判断输电网安全运行稳态性能，具 体如下：

当线路有功越限阈值大于0.1时，则认为线路的有功安全裕度低，对外界干扰的抵 抗能力不足；反之，则认为此线路有功安全裕度高，可以抵抗外界干扰；

当线路视在功率越限阈值大于0.1时，则认为线路的视在功率安全裕度低，对外界 干扰的抵抗能力不足；反之，则认为线路视在功率安全裕度高，可以抵抗外界干扰；

当线路电流越限阈值大于0.1时，则认为线路的电流安全裕度低，对外界干扰的抵 抗能力不足；反之，则认为线路电流安全裕度高，可以抵抗外界干扰；

当节点电压越上限阈值大于0.1时，则认为节点的电压安全裕度低，对外界干扰的 抵抗能力不足；反之，则认为节点的电压安全裕度高，可以抵抗外界干扰；

当节点电压越下限阈值大于0.1时，则认为节点的电压安全裕度低，对外界干扰的 抵抗能力不足；反之，则认为节点的电压安全裕度高，可以抵抗外界干扰；

根据下式计算输电网的稳态性能：

total_index＝fl_p_index+fl_s_index+fl_i_index+kv_h_index+kv_l_index

total_index为整个输电网的稳态性能指标，如果整个输电网的稳态性能指标大于 0.3，则认为整个输电网的稳态性能安全裕度低；如果整个输电网的稳态性能指标小于 或者等于0.3，并且步骤（4）中的线路有功越限阈值、线路视在功率越限阈值、线路电 流越限阈值、节点电压越上限阈值以及节点电压越下限阈值均小于或等于0.1，则认为 整个输电网的稳态性能安全裕度高；如果整个输电网的稳态性能指标小于或者等于0.3， 并且步骤（4）中的线路有功越限阈值、线路视在功率越限阈值、线路电流越限阈值、 节点电压越上限阈值以及节点电压越下限阈值中任一或者多个大于0.1，则认为整个输 电网的稳态性能安全裕度低。

本发明具有以下有益的技术效果：本发明提出的稳态性能评估指标体系，可以提供 各种故障对电力系统安全运行的危害程度信息，为调度运行人员提供决策参考。

附图说明

图1是本发明提供的输电网安全运行稳态性能检测方法流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明提供的输电网安全运行稳态性能检测方 法作进一步详细说明。

本发明提供的输电网安全运行稳态性能检测方法，其具体实施步骤如下：

步骤1：读取数据采集和监控系统（supervisory control and data acquistion， SCADA）、能量管理系统（energy management system，EMS）、广域测量系统（wide area  measurement system，WAMS）的实时动态数据以及电网模型。动态数据主要包括：线路 的电流、电压、功率，变压器的电压、功率。电网模型主要包括:线路的电阻、电抗、 额定电流，变压器的电阻、电抗、额定电压；

步骤2：通过读取步骤1中的遥测和遥信信息，对输电网进行基础潮流计算；

根据模型参数形成稀疏导纳矩阵，利用三角分解得到因子表，通过潮流方式进行迭 代，最终得到潮流解。其中，节点电压相角、线路的有功无功等信息将作为已知量来参 与线路的稳态性能检测

步骤3：在步骤2计算的潮流断面上，对输电网进行静态N-1计算，计算N-1计算 后，可以得到线路开断后的系统响应以及潮流变化情况；

步骤4：线路潮流裕度评估：

检测对象选择：选择系统内电压等级为500kV的全部线路、部分220kV关键线路以 及线路所属的母线节点，作为潮流裕度的检测对象。

越限阈值指标计算：根据下述公式，计算线路、的功率、电流、电压越限阈值：

(a)线路有功越限阈值：

P_l＝max(p_i,p_j)

$\mathrm{fl}\_p\_\mathrm{index}=\mathrm{ca}\_\mathrm{weight}\_p*\left(\frac{P_l-P_N}{P_N}\right)$

其中，p_i、p_j为分别线路ij首、尾端的有功功率，P_l为线路首末端有功潮流的最大值， P_N为线路的额定功率，ca_weight_p为权重，其取值范围在1～5之间，可以按照用户 调整后的权重进行计算，此权重应该根据电网发展和运行方式变化进行定期维护。， fl_p_index为线路有功越限阈值；

(b)线路视在功率越限阈值：

$S_i=\sqrt{p_i^2+q_i^2}$

$S_j=\sqrt{p_j^2+q_j^2}$

S_l＝max(S_i,S_j)

$\mathrm{fl}\_s\_\mathrm{index}=\mathrm{ca}\_\mathrm{weight}\_s*{\left(\frac{S_l-S_N}{S_N}\right)}^2$

其中S_i、S_j分别为线路ij首、尾端的视在功率，S_l为线路首末端视在功率的 最大值，S_N为线路的额定视在功率，ca_weight_s为权重，其取值范围在1～5之间， 可以按照用户调整后的权重进行计算，此权重应该根据电网发展和运行方式变化进 行定期维护，fl_s_index为支路视在功率越限阈值；

(c)线路电流越限阈值：

I_l＝max(I_i,I_j)

$\mathrm{fl}\_i\_\mathrm{index}=\mathrm{ca}\_\mathrm{weight}\_i*{\left(\frac{I_l-I_N}{I_N}\right)}^2$

其中，I_i为线路首端电流值，I_j为线路末端电流值，I_l为线路首末端电流的最大值，I_N为 电流额定值，ca_weight_i为权重，其取值范围在1～5之间，可以按照用户调整后的权 重进行计算，此权重应该根据电网发展和运行方式变化进行定期维护，fl_i_index为线 路电流越限阈值；

(d)节点电压越上限阈值：

$\mathrm{kv}\_h\_\mathrm{index}=\mathrm{ca}\_\mathrm{weight}\_h*{\left(\frac{V_i-V_{\mathrm{high}}}{V_{\mathrm{high}}}\right)}^2$

V_i为母线节点电压，V_high为该节点电压上限ca_weight_h为权重，其取值范围在 1～5之间，可以按照用户调整后的权重进行计算，此权重应该根据电网发展和运行方式 变化进行定期维护，kv_h_index为节点电压越上限阈值；

(e)节点电压越下限阈值：

$\mathrm{kv}\_l\_\mathrm{index}=\mathrm{ca}\_\mathrm{weight}\_l*{\left(\frac{V_i-V_{\mathrm{low}}}{V_{\mathrm{low}}}\right)}^2$

V_i为母线节点电压，V_low为该节点电压下限，ca_weight_l为权重，其取值范围在 1～5之间，可以按照用户调整后的权重进行计算，此权重应该根据电网发展和运行方式 变化进行定期维护，kv_l_index为节点电压越下限阈值。

步骤5：

通过步骤4计算出来越限阈值来进行检测，判断输电网安全运行稳态性能。具体如 下：

当线路有功越限阈值大于0.1时，则认为线路的有功安全裕度低，对外界干扰的抵 抗能力不足；反之，则认为此线路有功安全裕度高，可以抵抗外界干扰；

当线路视在功率越限阈值大于0.1时，则认为线路的视在功率安全裕度低，对外界 干扰的抵抗能力不足；反之，则认为线路视在功率安全裕度高，可以抵抗外界干扰；

当线路电流越限阈值大于0.1时，则认为线路的电流安全裕度低，对外界干扰的抵 抗能力不足；反之，则认为线路电流安全裕度高，可以抵抗外界干扰；

当节点电压越上限阈值大于0.1时，则认为节点的电压安全裕度低，对外界干扰的 抵抗能力不足；反之，则认为节点的电压安全裕度高，可以抵抗外界干扰。

当节点电压越下限阈值大于0.1时，则认为节点的电压安全裕度低，对外界干扰的 抵抗能力不足；反之，则认为节点的电压安全裕度高，可以抵抗外界干扰。

根据下式计算输电网的稳态性能：

total_index＝fl_p_index+fl_s_index+fl_i_index+kv_h_index+kv_l_index

total_index为整个输电网的稳态性能指标，如果此指标大于0.3，则认为整个输电 网的稳态性能安全裕度低；如果整个输电网的稳态性能指标小于或者等于0.3，并且步 骤4中的线路有功越限阈值、线路视在功率越限阈值、线路电流越限阈值、节点电压越 上限阈值以及节点电压越下限阈值均小于或等于0.1，则认为整个输电网的稳态性能安 全裕度高；如果整个输电网的稳态性能指标小于或者等于0.3，并且步骤4中的线路有 功越限阈值、线路视在功率越限阈值、线路电流越限阈值、节点电压越上限阈值以及节 点电压越下限阈值中任一或者多个大于0.1，则认为整个输电网的稳态性能安全裕度低。