基于两级补救策略的电力系统安全稳定紧急控制方法

摘要

本发明公开了一种基于两级补救策略的电力系统安全稳定紧急控制方法，属于电力系统安全稳定控制领域。本发明在控制策略表设计中增加控制措施的安全稳定灵敏度综合因子和控制代价计算公式，以满足安全稳定优化控制的要求，在控制命令没有得到实际执行的条件下，由本控制站通过迭代在其控制措施空间中选择优化控制措施优先实施补救控制，再由本控制站的上一级协同防御控制站在其控制措施空间中选择优化控制措施实施补救控制，以及在本控制站没有控制措施的条件下，由上一级协同防御控制站选择优化控制措施实施补救控制，从而实现了针对控制命令没有实施和单个控制站控制措施不足的两级补救控制。本发明能够有效地提升安全稳定紧急控制的可靠性。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统安全稳定控制领域，更准确地说本发明涉及一种基于 两级补救策略的电力系统安全稳定紧急控制方法。

背景技术

安全稳定紧急控制系统作为电网的第二道安全防线，其可靠性是不言而喻。 已有的安全稳定紧急控制系统采用的是按控制策略表的方式进行控制的，当安 全稳定紧急控制系统的厂站侧控制装置检测到电网中出现其控制策略表中预设 的元件潮流（包括多个元件组成的输电通道的潮流）达到设定的范围和/或预想 故障，则结合电网的元件投停、控制措施的运行状态及其出口控制压板状态等 信息，从其控制策略表中搜索到相应的控制措施组合，再将搜索到的控制措施 组合转换成相应的控制命令，通过控制措施执行装置实施。

但是，实际上控制命令能否得到真正执行受多种因素影响。由于控制措施的 出口控制压板通常采用的是“硬压板”，其状态是不能采集的，只能通过人工设 置来保证其状态在存放控制策略表的控制站（简称为控制站）与控制措施执行 站（简称为执行站）之间的一致性。如果控制站中控制措施的“硬压板”状态 是投入的，而执行站中相应的“硬压板”状态是退出的，则搜索到相应的控制 措施是无法执行的。即使控制站与执行站中同一控制措施的“硬压板”状态是 一致的，都是投入的，若相应的开关拒动，则该控制措施也不能真正执行。当 然，还有其它导致控制措施不能真正执行的因素。

随着电网规模的增大，其安全稳定特性也更为复杂，多类安全稳定问题交织， 电网的安全稳定问题可能需要在大范围内选择控制措施，因此，安全稳定紧急 控制系统的结构也由“控制站+执行站”结构扩展为“多级控制站+执行站”结 构，通过多级控制站的协同控制既可以满足实时性要求又能够在大范围内选择 优化的控制措施来确保电网的安全稳定性。

此外，关于控制措施的控制效果，已有的控制策略表设计中只在针对元件潮 流越限或多个元件组合的输电通道潮流越限的紧急控制中考虑了控制措施的灵 敏度因子，其灵敏度因子实际上是控制措施对元件潮流或输电通道潮流的功率 灵敏度，但针对其它安全稳定问题，没有考虑灵敏度因子；关于控制措施的经 济性，已有的控制策略表设计中采用的是控制措施的优先级，没有考虑控制代 价。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术中安全稳定紧急控制命令没有得到实际执 行和单个控制站控制措施不足的问题，提出一种就地控制站优先的两级控制站 进行补救控制的方法，并提出表征多类安全稳定问题的综合裕度指标，在控制 策略表的设计中增加了控制措施的安全稳定灵敏度综合因子和控制代价计算公 式，以满足安全稳定优化控制的要求。

具体地说，本发明是采用以下的技术方案来实现的：

电力系统安全稳定控制系统控制站的控制策略采用由元件投停、元件潮流、 预想故障、控制措施及其安全稳定灵敏度综合因子和控制措施的优先级及控制 代价计算公式以及控制措施之间的关联约束组成的控制策略表；

所述元件潮流是指单个元件潮流、多个元件潮流之和及其组合；

所述控制措施的安全稳定灵敏度综合因子是指在设定的元件投停条件下， 当元件潮流达到设定范围和/或发生了预想故障，采取该控制措施后对电网各类 安全稳定问题的综合改善程度，控制措施的安全稳定灵敏度综合因子越大，表 示该控制措施实施后对电网多类安全稳定问题的综合改善程度越大；若所选择 的控制措施的安全稳定灵敏度综合因子之和等于1，表示实施了这些控制措施后， 电网是临界安全稳定的，表征电网多类安全稳定问题的综合裕度指标为0；若所 选择的控制措施的安全稳定灵敏度综合因子之和大于1，表示实施了这些控制措 施后，电网是安全稳定的，表征电网多类安全稳定问题的综合裕度指标大于0； 若所选择的控制措施的安全稳定灵敏度综合因子之和小于1，表示实施了这些控 制措施后，电网仍会失去安全稳定，表征电网多类安全稳定问题的综合裕度指 标小于0；

所述控制措施之间的关联约束是指某个控制措施或多个控制措施的实施与 其它控制措施的实施之间存在互斥关系或联动关系；

当电力系统安全稳定控制系统中任一控制站检测到电网中出现了其控制策 略表中设定的元件潮流满足启动条件和/或发生了预想故障时，该系统的控制流 程包括如下步骤：

1）启动该控制站的控制流程，设置实际执行了的控制措施的安全稳定灵敏 度综合因子之和s₀为0，设置不可执行措施集为空集，根据该控制站启动控制流 程之前最新时刻电网中元件的投停状态，从该控制站的控制策略表中搜索到与 元件潮流和/或发生的预想故障相对应的、当前时刻能够选择且安全稳定灵敏度 综合因子大于0的控制措施，组成该控制站的有效措施集，若该有效措施集非 空，进入步骤2），否则进入步骤4）；

所述当前时刻能够选择的控制措施是指该控制站当前时刻的信息中投运的 且出口控制压板是投入的控制措施；

2）若考虑控制措施的优先级、根据实测信息采用控制代价计算公式计算出 的控制代价以及控制措施之间的关联约束，能够从该控制站的有效措施集中搜 索到安全稳定灵敏度综合因子之和大于(1-s₀)且控制代价最小的控制措施组合， 则将其中控制代价最小的任一控制措施组合作为用于实施的控制措施组合，将 与该控制措施组合相应的控制命令下发执行，并从该有效措施集中剔除该控制 措施组合，进入步骤3），否则，将与该有效措施集中所有控制措施相应的控制 命令下发执行，并将有效措施集设置为空集，进入步骤3）；

3）待控制命令执行周期结束后，根据实测信息，将其中实际执行了的控制 措施的安全稳定灵敏度综合因子之和与s₀相加，作为新的s₀，并将没有实际执行 的控制措施加入到不可执行措施集中，若s₀大于1，则结束本方法，若s₀小于等 于1且有效措施集非空，返回步骤2），若s₀小于等于1且有效措施集为空集， 进入步骤4）；

4）若该控制站有上一级控制站且上一级控制站的控制策略表中有该控制站 的控制策略表中的元件潮流和/或预想故障，则将该控制站启动控制流程的时刻 及相应的元件潮流和/或预想故障信息以及s₀和不可执行措施集上送至上一级控 制站，并启动上一级控制站的补救控制流程，进入步骤5），否则结束本方法；

5）根据启动了上一级控制站补救控制流程的控制站在启动控制流程之前最 新时刻电网中元件的投停状态，从上一级控制站的控制策略表中搜索到与元件 潮流和/或预想故障相对应的、当前时刻能够选择且安全稳定灵敏度综合因子大 于0又不属于不可执行措施集的控制措施，组成上一级控制站的有效措施集， 若该有效措施集非空，进入步骤6），否则结束本方法；

6）若考虑控制措施的优先级、根据实测信息采用控制代价计算公式计算出 的控制代价以及控制措施之间的关联约束，能够从上一级控制站的有效措施集 中搜索到安全稳定灵敏度综合因子之和大于(1-s₀)且控制代价最小的控制措施组 合，则将其中控制代价最小的任一控制措施组合作为用于实施的控制措施组合， 将与该控制措施组合相应的控制命令下发执行，并从该有效措施集中剔除该控 制措施组合，进入步骤7），否则将与该有效措施集中所有控制措施相应的控制 命令下发执行，结束本方法；

7）待控制命令执行周期结束后，根据实测信息，统计步骤6）中搜索到的 控制措施组合的实际执行情况，若所有控制命令都实际执行了，则上一级控制 站的补救控制流程结束，结束本方法；否则将其中实际执行了的控制措施的安 全稳定灵敏度综合因子之和与s₀相加，作为新的s₀，返回步骤6）。

上述技术方案的进一步特征在于，通过公式（1）来确定表征电网多类安全 稳定问题的综合裕度指标，通过公式（2）来确定控制措施的安全稳定灵敏度综 合因子：

$\eta =\left(\begin{array}{cc}\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}\left(k_i{\eta }_i\right)}{\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}{k}_i}& {\eta }_{\min }\le 0\\ \frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\left(k_i{\eta }_i\right)}{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{k}_i}& {\eta }_{\min }>0\end{array}\right)---\left(1\right)$

公式（1）中，N为紧急控制系统所要防御的安全稳定问题的类型数，M为 其中安全稳定裕度小于等于0的安全稳定问题的类型数，η_i为其中第i类安全稳 定问题的安全稳定裕度，取值范围在[-1，1]，η_i为0，表示第i类安全稳定问题 是临界安全稳定的，η_i大于0，表示第i类安全稳定问题是安全稳定的，η_i小于 0，表示第i类安全稳定问题是不安全稳定的，η_i越大，表示第i类安全稳定问题 的安全稳定程度越高，η_min为N类安全稳定问题的安全稳定裕度中的最小值，在 采用公式（1）计算之前，需要对N类安全稳定问题的安全稳定裕度进行由小到 大的排序，k_i为设定的反映第i类安全稳定问题在多类安全稳定问题的综合裕度 指标中的权系数，按各类安全稳定问题的实时性来确定其权系数，对实时性要 求越高的安全稳定问题，其权系数也越大；

$\lambda =\frac{{\eta }_{\mathrm{old}}-{\eta }_{\mathrm{new}}}{{\eta }_{\mathrm{old}}}---\left(2\right)$

公式（2）中，η_old为控制措施实施前表征电网多类安全稳定问题的综合裕 度指标，η_new为控制措施实施后表征电网多类安全稳定问题的综合裕度指标，λ 为控制措施的安全稳定灵敏度综合因子。

本发明的有益效果如下：本发明提出表征电网多类安全稳定问题的综合裕 度指标，在已有的控制策略表结构中增加了控制措施的安全稳定灵敏度综合因 子和控制代价计算公式，实现了考虑控制措施的优先级和控制措施之间的关联 约束，基于控制措施对多类安全稳定问题的灵敏度综合因子和控制代价的紧急 控制措施优化，满足了安全稳定紧急控制对经济性的要求；针对紧急控制措施 在执行过程中存在的不确定性，提出就地控制站优先的两级控制站进行补救控 制的方法，进一步提升安全稳定紧急控制的可靠性。

附图说明

图1为本发明方法的步骤1至步骤3的流程图。

图2为本发明方法的步骤4至步骤7的流程图。

具体实施方式

下面参照附图并结合实例对本发明作进一步详细描述。

本发明中电力系统安全稳定控制系统控制站的控制策略采用由元件投停、 元件潮流、预想故障、控制措施及其安全稳定灵敏度综合因子和控制措施的优 先级及控制代价计算公式以及控制措施之间的关联约束组成的控制策略表。

所述元件潮流是指单个元件潮流、多个元件潮流之和及其组合。所述控制 措施的安全稳定灵敏度综合因子是指在设定的元件投停条件下，当元件潮流达 到设定范围和/或发生了预想故障，采取该控制措施后对电网各类安全稳定问题 的综合改善程度，控制措施的安全稳定灵敏度综合因子越大，表示该控制措施 实施后对电网多类安全稳定问题的综合改善程度越大；若所选择的控制措施的 安全稳定灵敏度综合因子之和等于1，表示实施了这些控制措施后，电网是临界 安全稳定的，表征电网多类安全稳定问题的综合裕度指标为0；若所选择的控制 措施的安全稳定灵敏度综合因子之和大于1，表示实施了这些控制措施后，电网 是安全稳定的，表征电网多类安全稳定问题的综合裕度指标大于0；若所选择的 控制措施的安全稳定灵敏度综合因子之和小于1，表示实施了这些控制措施后， 电网仍会失去安全稳定，表征电网多类安全稳定问题的综合裕度指标小于0。所 述控制措施之间的关联约束是指某个控制措施或多个控制措施的实施与其它控 制措施的实施之间存在互斥关系或联动关系。

通过公式（1）来确定表征电网多类安全稳定问题的综合裕度指标，通过公 式（2）来确定控制措施的安全稳定灵敏度综合因子：

$\eta =\left(\begin{array}{cc}\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}\left(k_i{\eta }_i\right)}{\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}{k}_i}& {\eta }_{\min }\le 0\\ \frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\left(k_i{\eta }_i\right)}{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{k}_i}& {\eta }_{\min }>0\end{array}\right)---\left(1\right)$

公式（1）中，N为紧急控制系统所要防御的安全稳定问题的类型数，M为 其中安全稳定裕度小于等于0的安全稳定问题的类型数，η_i为其中第i类安全稳 定问题的安全稳定裕度，取值范围在[-1，1]，η_i为0，表示第i类安全稳定问题 是临界安全稳定的，η_i大于0，表示第i类安全稳定问题是安全稳定的，η_i小于 0，表示第i类安全稳定问题是不安全稳定的，η_i越大，表示第i类安全稳定问题 的安全稳定程度越高，η_min为N类安全稳定问题的安全稳定裕度中的最小值，在 采用公式（1）计算之前，需要对N类安全稳定问题的安全稳定裕度进行由小到 大的排序，k_i为设定的反映第i类安全稳定问题在多类安全稳定问题的综合裕度 指标中的权系数，通常按各类安全稳定问题的实时性来确定其权系数，对实时 性要求越高的安全稳定问题，其权系数也越大。

$\lambda =\frac{{\eta }_{\mathrm{old}}-{\eta }_{\mathrm{new}}}{{\eta }_{\mathrm{old}}}---\left(2\right)$

公式（2）中，η_old为控制措施实施前表征电网多类安全稳定问题的综合裕 度指标，η_new为控制措施实施后表征电网多类安全稳定问题的综合裕度指标，λ为 控制措施的安全稳定灵敏度综合因子。

如图1、图2所示，当电力系统安全稳定控制系统中任一控制站检测到电网 中出现了其控制策略表中设定的元件潮流满足启动条件和/或发生了预想故障时， 该系统的控制流程包括如下步骤：

图1中步骤1：启动该控制站的控制流程，设置实际执行了的控制措施的安 全稳定灵敏度综合因子之和s₀为0，设置不可执行措施集为空集，根据该控制站 启动控制流程之前最新时刻电网中元件的投停状态，从该控制站的控制策略表 中搜索到与元件潮流和/或发生的预想故障相对应的、当前时刻能够选择且安全 稳定灵敏度综合因子大于0的控制措施，组成该控制站的有效措施集，若该有 效措施集非空，进入步骤2），否则进入步骤4）。所述当前时刻能够选择的控制 措施是指该控制站当前时刻的信息中投运的且出口控制压板是投入的控制措施。

图1中步骤2：若考虑控制措施的优先级、根据实测信息采用控制代价计算 公式计算出的控制代价以及控制措施之间的关联约束，能够从该控制站的有效 措施集中搜索到安全稳定灵敏度综合因子之和大于(1-s₀)且控制代价最小的控制 措施组合，则将其中控制代价最小的任一控制措施组合作为用于实施的控制措 施组合，将与该控制措施组合相应的控制命令下发执行，并从该有效措施集中 剔除该控制措施组合，进入步骤3），否则，将与该有效措施集中所有控制措施 相应的控制命令下发执行，并将有效措施集设置为空集，进入步骤3）。

图1中步骤3：待控制命令执行周期结束后，根据实测信息，将其中实际执 行了的控制措施的安全稳定灵敏度综合因子之和与s₀相加，作为新的s₀，并将没 有实际执行的控制措施加入到不可执行措施集中，若s₀大于1，则结束本方法， 若s₀小于等于1且有效措施集非空，返回步骤2），若s₀小于等于1且有效措施 集为空集，进入步骤4）。

图2中步骤4：若该控制站有上一级控制站且上一级控制站的控制策略表中 有该控制站的控制策略表中的元件潮流和/或预想故障，则将该控制站启动控制 流程的时刻及相应的元件潮流和/或预想故障信息以及s₀和不可执行措施集上送 至上一级控制站，并启动上一级控制站的补救控制流程，进入步骤5），否则， 结束本方法。

图2中步骤5：根据启动了上一级控制站补救控制流程的控制站启动控制流 程之前最新时刻电网中元件的投停状态，从上一级控制站的控制策略表中搜索 到与元件潮流和/或预想故障相对应的、当前时刻能够选择且安全稳定灵敏度综 合因子大于0又不属于不可执行措施集的控制措施，组成上一级控制站的有效 措施集，若该有效措施集非空，进入步骤6），否则结束本方法。

图2中步骤6：若考虑控制措施的优先级、根据实测信息采用控制代价计算 公式计算出的控制代价以及控制措施之间的关联约束，能够从上一级控制站的 有效措施集中搜索到安全稳定灵敏度综合因子之和大于(1-s₀)且控制代价最小的 控制措施组合，则将其中控制代价最小的任一控制措施组合作为用于实施的控 制措施组合，将与该控制措施组合相应的控制命令下发执行，并从该有效措施 集中剔除该控制措施组合，进入步骤7），否则，将与该有效措施集中所有控制 措施相应的控制命令下发执行，结束本方法。

图2中步骤7：待控制命令执行周期结束后，根据实测信息，统计步骤6） 中搜索到的控制措施组合的实际执行情况，若所有控制命令都实际执行了，则 上一级控制站的补救控制流程结束，结束本方法；否则，将其中实际执行了的 控制措施的安全稳定灵敏度综合因子之和与s₀相加，作为新的s₀，返回步骤6）。

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。