电力系统暂态稳定和热稳定协调紧急控制方法

摘要

电力系统暂态稳定和热稳定协调紧急控制方法，步骤如下：(1)计算热稳定紧急控制可选措施的综合灵敏度指标，并基于该指标计算热稳定紧急控制策略；(2)校核热稳定紧急控制措施实施后电网的暂态稳定性，若暂态稳定，则把所述热稳定紧急控制策略作为协调紧急控制策略，计算终止；若此暂态不稳定，则进行暂态稳定控制策略搜索；(3)校核协调了暂态稳定紧急控制措施后电网的热稳定性，若电网的热稳定性达标，则终止；若电网有热稳定问题，则转至步骤(1)。本发明解决某一稳定性问题的同时提高系统其他稳定性问题的裕度，提高后续求解过程的效率，最终保证求解整个协调紧急控制策略的高效率和有效性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种大电网多区域动态运行方式的通用型自动识别方法，明属电力系统调度自动化领域。

背景技术

由于电力系统运行日趋复杂，电力系统紧急控制成为维护系统稳定运行的必要手段之一。电力系统紧急控制是指事故后采取切机、切负荷等措施使系统保持稳定运行。电力系统的稳定性从功能上包括电力系统暂态稳定性和热稳定性，而暂态稳定性又包括暂态功角稳定性、暂态电压稳定性和暂态频率稳定性。预想故障下出现其中一种或几种稳定性问题，电网即存在很大隐患甚至不能正常运行，因此需要实施紧急控制措施。

目前已发表文献或已有应用均只将暂态稳定性紧急控制和热稳定紧急控制割裂开来，往往只考虑其中一种功能或未能将两者协调考虑，其缺点是考虑其中某一种稳定性要求的控制方案也许不能解决电力系统的其他稳定性问题，甚至会对其他稳定性要求带来负面影响。这样的控制决策在针对性解决系统特定一种稳定性要求的同时，对系统其他稳定性问题的认识要么处于未知状态，要么无能为力。因此只考虑电力暂态稳定性或热稳定的紧急控制的实际应用是不够可靠和强大的。因此，本发明提出了电力系统暂态稳定和热稳定协调紧急控制的步骤和方法，这是在理论研究和实践运行经验积累基础上作出的新的尝试。

发明内容

本发明提出了将电力系统暂态稳定紧急控制和热稳定紧急控制在协调框架下进行的步骤和方法，其目的在于：根据电网运行状态、模型和参数、预想故障场景，对能够改善系统暂态稳定性和热稳定性可选控制对象(如发电机、负荷等)进行识别，获取正确而完整的紧急控制方案，保证电力系统发生故障时，保持暂态稳定性和热稳定性。在计算协调紧急控制策略时，提出了合理设计暂态稳定性紧急控制和热稳定紧急控制的协调步骤和方法，以提高求解协调紧急控制策略的效率和有效性，满足在线应用的要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：电力系统暂态稳定和热稳定协调紧急控制方法，其步骤如下：

(1)根据电网运行状态、模型和参数、预想故障场景，进行电网热稳定评估及热稳定紧急控制策略计算，包括：计算热稳定紧急控制可选措施的综合灵敏度指标，基于该指标计算热稳定紧急控制策略，转至步骤(2)；

(2)根据电网运行状态、模型和参数、预想故障场景，进行电网暂态稳定评估及暂态稳定紧急控制策略搜索计算，包括：

暂态稳定评估：校核热稳定紧急控制措施实施后电网的暂态稳定性；

若此时电网是暂态稳定的，则把所述热稳定紧急控制策略作为暂态稳定与热稳定的协调紧急控制策略，计算终止；若此时电网暂态不稳定，则要在此控制措施实施的基础上进行暂态稳定控制策略搜索计算；

计算暂态稳定紧急控制可选措施的暂稳性能指标，基于该指标计算暂态稳定紧急控制策略；

(3)校核协调了暂态稳定紧急控制措施后电网的热稳定性，若电网的热稳定性达到了实际需要的标准，则整个协调紧急控制策略计算流程终止；若电网仍有热稳定问题，则转至步骤(1)。

本发明的有益效果如下：本发明首次提出将电力系统暂态稳定紧急控制和热稳定紧急控制在协调的框架下进行的步骤和方法，突破了已有的解决该类问题的思路。其特点是，充分考虑电网同一运行状态和预想故障下，发生的暂态稳定问题和热稳定问题的内因的相似性和特殊性，将暂态稳定紧急控制和热稳定紧急控制过程迭代求解，解决热稳定问题或暂态问题的功能模块保持独立。通过迭代，有望在解决某一稳定性问题的同时提高系统其他稳定性问题的裕度。提高后续求解过程的效率，最终保证求解整个协调紧急控制策略的高效率和有效性。当系统只存在其中某个稳定性子问题，该方法得到的控制方案能保证不会对其他稳定性问题有负面影响，当系统存在多个稳定性问题时，给出同时满足各个稳定性要求的完整控制方案，因此其控制方案更具可靠性和应用价值，其决策结果可为调度人员提供辅助决策支持或为自动化操作直接实施

附图说明

图1电力系统暂态稳定和热稳定协调紧急控制流程图。

图2电力系统暂态稳定之功角稳定、电压稳定、频率稳定协调紧急控制框图。

具体实施方式

下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。

本发明电力系统暂态稳定和热稳定协调紧急控制方法，其步骤如下：

(1)根据电网运行状态、模型和参数、预想故障场景，进行电网热稳定评估及热稳定紧急控制策略计算，包括：计算热稳定紧急控制可选措施的综合灵敏度指标，基于该指标计算热稳定紧急控制策略，转至步骤(2)；

(2)根据电网运行状态、模型和参数、预想故障场景，进行电网暂态稳定评估及暂态稳定紧急控制策略搜索计算，包括：

暂态稳定评估：校核热稳定紧急控制措施实施后电网的暂态稳定性；

若此时电网是暂态稳定的，则把所述热稳定紧急控制策略作为暂态稳定与热稳定的协调紧急控制策略，计算终止；若此时电网暂态不稳定，则要在此控制措施实施的基础上进行暂态稳定控制策略搜索计算；

计算暂态稳定紧急控制可选措施的暂稳性能指标，基于该指标计算暂态稳定紧急控制策略；

(3)校核协调了暂态稳定紧急控制措施后电网的热稳定性，若电网的热稳定性达到了实际需要的标准，则整个协调紧急控制策略计算流程终止；若电网仍有热稳定问题，则转至步骤(1)。

通过迭代即可计算出暂态稳定与热稳定协调紧急控制策略。

为了完成上述步骤(2)中暂态稳定紧急控制策略搜索计算，定义了暂态稳定控制的目标是解决暂态功角稳定、电压稳定和频率稳定问题，三者之间仍然完成协调紧急控制。按以下步骤进行：首先，搜索暂态功角稳定紧急控制策略，其控制策略作为暂态稳定紧急控制策略；然后，搜索暂态电压稳定紧急控制策略，其控制策略是在以暂态功角稳定控制措施为初值基础上，协调控制措施；最后，搜索暂态频率稳定紧急控制策略，其控制策略是在以上两步得到的暂态稳定控制措施为初值基础上，协调控制措施。

在本发明中，步骤(1)所述的电力系统热稳定紧急控制采用的技术为基于控制措施的综合灵敏度指标的搜索技术。综合灵敏度指标的计算方法如下：

设预想故障下有L个设备过载，于是措施i的综合灵敏度指标按式下式计算出：

${\mathrm{PI}}_i=\frac{(\underset{j=1}{\overset{L}{\Sigma }}{S}_{\mathrm{ij}}·W_j)\times P_{\mathrm{ti}}}{C_i}---\left(1\right)$

其中，P_ti为按EEAC量化理论计算的暂稳性能指标(对于初次迭代过程，P_ti的值设置为1)；

S_ij为故障下措施i对于过载设备j的控制灵敏度；

C_i为措施i的控制代价；

W_j为过载设备的过载程度。通过下式计算得到：

$W_j={\left(\frac{P_{j,\mathrm{now}}}{P_{j,\mathrm{rate}}}\right)}^2---\left(2\right)$

其中，P_j，now为过载设备的实际有功功率；

P_j，rate为过载设备的额定有功功率。

计算热稳定紧急控制策略过程，按照综合灵敏度指标由大到小顺序将可选控制措施排序，按照此序列增加控制措施试探，并计算电网潮流，当控制措施施加后电网不再有热稳定问题时所选控制措施的集合即为热稳定紧急控制策略。

在本发明中，步骤(2)所述的暂态稳定紧急控制策略搜索基于EEAC量化理论(见量化理论：非自治非线性多刚体系统的稳定性分析/薛禹胜著.南京：江苏科学技术出版社，1999.12)。利用EEAC量化理论计算得到电力系统控制措施的分群信息和参与因子。基于分群信息和参与因子计算得到暂态稳定紧急控制策略搜索过程中措施的暂稳性能指标。

计算暂态稳定紧急控制策略过程，按照暂稳性能指标顺序将可选控制措施排序，按照此序列增加控制措施试探，并对电网进行暂态稳定性仿真分析，直仿真结果表明系统稳定，所选控制措施的集合即为暂态稳定紧急控制策略。

从附图1中，①为根据电网运行状态、模型和参数、预想故障场景形成暂态稳定和热稳定协调紧急控制策略计算所需的各项文件，并将文件读入内存。读取整个协调紧急控制输入文件，这些文件包括潮流文件、稳定文件、故障表文件、措施表文件、约束文件。其中，故障表文件中包含了热稳定控制相关的监视设备的定义卡片，热稳定控制和暂态稳定控制可控措施的索引卡片，措施表文件包含了协调紧急控制所有可控措施的定义卡片。约束文件即程序算法实现相关的配置文件。②为将协调紧急控制的流程迭代次数初始化。③为整个协调过程首先对电网进行热稳定性评估与控制之评估过程，或迭代过程中经过了暂态稳定策略搜索过程后对电网再次进行热稳定性评估。④为对电网热稳定性评估结果判断，如果电网此时是热稳定的，进入步骤⑤，否则进入步骤⑥。⑤为对于电网评估热稳定性前提下进一步判断是否是初次迭代过程，如果是，转入电网进行暂态稳定性的评估与控制，即步骤⑦，否则表明暂态稳定控制后电网且是热稳定的，这时将上次迭代过程中暂态稳定紧急控制策略作为协调紧急控制策略，计算终止，进入步骤⑥为计算热稳定紧急控制策略，首先计算措施的综合灵敏度指标，如果是初次迭代过程，控制策略从零开始搜索，否则在暂态稳定紧急控制措施实施的基础上进行热稳定控制策略搜索计算。步骤⑦为热稳定紧急控制后，对电网进行暂态稳定性评估，评估方法利用EEAC量化理论。步骤⑧为对电网暂态稳定性评估结果判断，如果电网此时是暂态稳定的，表明热稳定控制后电网且是暂态稳定的，这时将步骤⑥热稳定紧急控制策略作为协调紧急控制策略，计算终止，进入步骤否则进入步骤⑨。步骤⑨为计算暂态稳定紧急控制策略过程，首先计算措施的暂稳性能指标，在热稳定紧急控制措施实施的基础上进行暂态稳定控制策略搜索计算。迭代次数加1，并返回步骤③，进入下一轮迭代过程。

从附图2中，首先，计算暂态功角稳定紧急控制策略，其控制策略作为暂态稳定紧急控制策略；然后，计算暂态电压稳定紧急控制策略，其控制策略是在以暂态功角稳定控制措施为初值基础上，协调控制措施。其含义是，若暂态电压稳定紧急控制后控制策略未使暂态功角从稳定变为不稳定，接纳协调控制措施更新暂态稳定紧急控制策略，否则舍弃该控制措施；最后，计算暂态频率稳定紧急控制策略，其控制策略是在以上两步得到的暂态稳定控制措施为初值基础上，协调控制措施。其含义是，若暂态频率稳定紧急控制后控制策略未使暂态功角或暂态电压从稳定变为不稳定，将此策略作为暂态稳定紧急控制策略，否则舍弃该策略。

以上对本发明提出的电力系统暂态稳定和热稳定协调紧急控制方法的步骤和方法进行了详细说明，而本发明的范围不应局限于这些说明。凡采用本协调方法中其中某个步骤的协调方法或协调过程中参数使用方法的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。