基于集中实时决策的设备过载逐次逼近自适应控制方法

摘要

本发明属电力系统控制技术领域，适用于电力系统设备过载情况下的自适应控制策略制定与实施。本发明提出了根据设备的电流和温度实测信息，实时估算设备长期运行的允许电流和持续运行时间的方法，并根据设备的持续运行时间，而不是电流的大小来决定采取何种控制方式。基于混合整数非线性规划算法，以控制总代价和不同区域负荷控制量所占比例综合指标最小为目标函数，考虑控制措施的离散性和代价，计及电力系统潮流约束，采用集中优化决策和逐次逼近的控制策略，实现针对电力系统设备过载的实时调度运行控制和紧急控制的协调，解决调度运行控制实施时间不够、控制量不足、控制代价过大和负荷控制措施过于集中等问题。

说明书

技术领域

本发明属电力系统控制技术领域，适用于电力系统设备过载情况下的自适应控制策略制定与实施。

背景技术

随着电网结构的加强，电网输送能力的提高，设备过载已逐渐成为制约电网安全可靠、经济运行的主要问题。在电网快速发展，网架结构还比较复杂，运行方式多变的阶段，设备（线路、变压器）过载问题还难以通过离线分析制定合理的控制策略，解决调度运行控制实施时间不够、控制量不足、控制代价过大和负荷控制措施过于集中等问题，亟需研究基于集中实时决策的设备过载自适应控制方法。

专利“大电网过载集中决策实时紧急控制方法”（ZL 200710135096.2）提出以安全稳定控制装置（简称为安控装置）的实测信息为准，通过调整EMS状态估计数据，得到电网运行状态数据，在此基础上，基于发电机和负荷等可选控制措施的消除设备过载的灵敏度，计及控制措施代价和设备过载程度，计算出控制措施的综合性能指标，按照综合性能指标绝对值的顺序，选取性能指标为正的发电机节点和性能指标为负的负荷节点参与紧急控制，采用二分法计算出优化的紧急控制方案。该方法计算控制策略快速，但是按综合性能指标依次选择控制措施的搜索策略不能保证控制策略的优化，也没有涉及如何判断设备的实际过载程度和可以持续运行的时间，以及紧急控制与调度运行控制的协调等。

与已有技术相比，本发明提出了根据设备的电流和温度实测信息，实时估算设备长期允许电流和持续运行时间的方法，并根据设备的持续运行时间，而不是电流的大小来决定采取何种控制方式，分别建立了以控制代价最小为目标的调度运行控制和安控装置紧急控制的决策优化模型，考虑了控制措施的离散性和负荷控制的分散要求，采用根据设备状态进行逐次逼近的控制策略，引入混合整数非线性规划算法，解决了调度运行控制实施时间不够、控制量不足、控制代价过大和负荷控制措施过于集中等问题，并实现了消除设备过载的紧急控制手段与调度运行控制手段的综合应用与协调配合。

 

发明内容

本发明目的是：提出基于集中实时决策的设备过载自适应紧急控制方法，可根据设备当前及历史的运行状态，自动判断设备过载的状态，综合应用消除设备过载的紧急控制手段与调度运行控制手段，解决调度运行控制实施时间不够、控制量不足、控制代价过大和负荷控制措施过于集中等问题，确保设备过载控制的可靠与优化。

本发明采用以下的技术方案来实现，包括下述步骤：

1）   基于安全稳定控制装置（简称为安控装置）实时采集的设备电流，以及设备温度监测装置实时采集的温度信息，实时估算出当前运行环境下设备长期运行的允许电流及可持续运行时间；

2）   若所有设备的可持续运行时间最小值大于设定的调度运行控制时限，则不进行控制策略计算，也不对电力系统实施控制；若该最小值小于等于调度运行控制时限，但大于紧急控制时限，则进入步骤3），进行调度运行控制优化策略计算与实施；若该最小值小于等于紧急控制时限，则进入步骤4），进行紧急控制优化策略计算与实施；

3）   首先，基于调度管辖外电网（简称为外网）状态估计数据或典型方式数据，根据外网与调度管辖内电网（简称为内网）的联络线外网侧母线之间的电气距离大于设定值，对外网进行静态等值；再基于内网状态估计数据和外网等值数据，以可持续运行时间小于等于调度运行控制时限的设备（简称为处于告警状态的过载设备）的实时潮流数据和安控装置实时采集的潮流数据为准，进行内外网运行断面数据整合；然后，针对等值后的电网，以控制总代价和不同区域负荷控制量所占比例综合指标最小为目标函数，考虑调度运行控制措施的离散性和代价，计及电力系统潮流约束，基于混合整数非线性规划算法，采用集中优化决策和逐次逼近的控制策略，进行针对设备过载告警状态的实时调度运行控制策略优化计算，由调度运行人员实施控制；待控制措施实施后，返回步骤1）；

4）   首先，基于外网状态估计数据或典型方式数据，根据外网与内网的联络线外网侧母线之间的电气距离大于设定值，对外网进行静态等值；再基于内网状态估计数据和外网等值数据，以可持续运行时间小于等于紧急控制时限的设备（或称为处于紧急状态的过载设备）的实时潮流数据和安控装置实时采集的潮流数据为准，进行内外网运行断面数据整合；然后，针对等值后的电网，以控制总代价和不同区域负荷控制量所占比例综合指标最小为目标函数，考虑紧急控制措施的离散性和代价，计及电力系统潮流约束，基于混合整数非线性规划算法，采用集中优化决策和逐次逼近的控制策略，进行针对设备过载紧急状态的紧急控制策略优化计算，由安控装置实施控制；待控制措施实施后，返回步骤1）。

效果和优点：

由于设备的长期允许电流以及在某一设定电流条件下的持续运行时间，均与设备所处的运行环境（例如环境温度、日照和风速等）相关，本发明根据设备的电流和温度当前实测信息和历史信息，来实时估算设备长期允许电流和持续运行时间，解决了该问题。目前的设备过载控制方式是根据设备电流大于不同的预设值来确定的，本发明根据设备的持续运行时间，而不是电流的大小来决定采取何种控制方式，切合了选择不同控制方式的实际要求。本发明分别建立了以控制代价最小为目标的调度运行控制和安控装置紧急控制的决策优化模型，考虑了控制措施的离散性和负荷控制的分散要求，采用根据设备状态进行逐次逼近的控制策略，引入混合整数非线性规划算法，解决了调度运行控制实施时间不够、控制量不足、控制代价过大和负荷控制措施过于集中等问题，并实现了消除设备过载的紧急控制手段与调度运行控制手段的综合应用与协调配合，确保设备过载控制的可靠与优化。

附图说明

图1是本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图1，对本发明方法进行详细描述。

图1中步骤1描述的是一个循环汇集实测信息的流程，包括汇集安控装置实时采集的设备潮流信息（包括设备的电流）和可控措施信息，以及设备温度检测装置实时采集的设备温度信息，并保存设备的电流和温度信息。

图1中步骤2描述的是如何根据实测信息估算设备在当前运行环境下长期运行的允许电流和可持续运行时间。具体的估算方法如下。

对于可以实测到温度的设备，只对其中实测温度出现上升，且电流与预设的额定电流的比值大于设定门槛值的设备，进行和的实时估算。将其它设备的                                                取为各自的额定电流，设为长期。

在汇集的设备电流和温度的历史信息(,中，从最近的量测时刻点开始向前取两个时段的历史数据，假设第一个时段按时间顺序有m个时刻点的数据[(,,i=1,2,?, m],第二个时段按时间顺序有n个时刻点的数据[(,,j=1,2,?, n],则根据公式(1)估算设备的。其中，a为，b为，为修正系数。

    (1)

依据最近时刻实时采集的设备电流I(t_rt)和相应的温度T(t_rt)，在该设备电流和温度的历史信息（I(t)，T(t)）中，从最近的量测时刻点开始向前，依次查找到T(t)小于T(t_rt)的量测时刻点，若两个时刻点之间的时长（t_rt-t）大于设定值，且两个时刻点的设备电流差值小于设定值，则采用公式(2)估算出该设备的。其中，为设备在当前环境下的最高允许运行温度，为修正系数。

                     (2)

对于没有实测到温度的设备，若可以获得当前运行环境下设备与电流的函数（），则将与调度运行控制时限（例如15分钟）对应的电流值乘上小于1的系数作为设备的。若只有当前运行环境下设备与电流的对应表（），则根据这些时间与电流的对应点进行曲线拟合，得到该设备与电流的函数（），再将与t_d对应的电流值乘上小于1的系数作为设备的。

若设备当前实测电流大于，则在汇集的设备电流历史信息中，从最近的量测时刻点开始向前取一个时段的历史数据，假设该时段按时间顺序有m个时刻点的数据[,i=1,2,?, m]，要求该时段第一个时刻点的电流小于等于，第二个时刻点的电流大于，采用公式(3)来估算设备的。若设备当前实测电流小于等于，则将设备的设为长期。

         (3)

图1中步骤3描述的是根据步骤2实时估算出的设备，确定是否需要对电力系统实施消除设备过载的控制。若所有设备的最小值大于t_d，则不进行控制策略计算，也不对电力系统实施控制，返回步骤2；否则，进入步骤4。

图1中步骤4描述的是针对控制策略计算流程开始计时，以便及时中止控制策略计算时间过长的搜索流程。

图1中步骤5描述的是通过与紧急控制时限（例如5分钟）的比较，确定是采取调度运行控制，还是采取紧急控制。若大于，则进入步骤6，进行调度运行控制优化策略计算与实施；否则，则进入步骤9，进行紧急控制优化策略计算与实施。

图1中步骤6描述的是针对处于设备过载告警状态的电力系统进行调度运行控制策略优化计算流程。该流程包括外网静态等值、内外网运行断面数据整合和调度运行控制策略优化计算等3个步骤，以及循环检测这3个步骤的总计算时间是否过长，若大于（小于1），则中止该流程，进入步骤8；否则，待获得调度运行控制优化策略后，进入步骤7。

第1步，外网静态等值，基于外网状态估计数据或典型方式数据，根据外网与内网的联络线外网侧母线之间的电气距离大于设定值，对外网进行静态等值；

第2步，内外网运行断面数据整合，基于内网状态估计数据和外网等值数据，以小于的设备（简称为处于告警状态的过载设备）的实时潮流数据和安控装置实时采集的潮流数据为准，进行内外网运行断面数据整合；

第3步，调度运行控制策略优化计算，针对等值后的电网，以控制总代价和不同区域负荷控制量所占比例综合指标最小为目标函数，考虑调度运行控制措施的离散性和代价，计及电力系统潮流约束，基于混合整数非线性规划算法，采用集中优化决策和逐次逼近的控制策略，进行针对设备过载告警状态的实时调度运行控制策略计算，其目标函数为式(4)。其中，第1项为发电机有功出力调整的代价，、分别为本轮控制策略优化计算中发电机i出力调整前、后的有功功率，为发电机i的单位有功功率调整代价，G为可调发电机数；第2项为负荷控制的代价，若负荷j被切除，则为1，否则，取为0，为切除负荷j的控制代价，L为可控负荷数；第3项反映了负荷分散控制要求，N为考核停电影响指标的区域数，为本次过载事件发生后，采取控制措施之前最近时刻点负荷的有功功率，为第k个考核区域，x为设定系数（大于1），为将停电影响换算成控制代价的因子。

   (4)

相应的约束条件见式(5),包括潮流方程约束（含母线电压约束）、设备过载约束和待选的调度运行控制措施空间约束。其中，为步骤2估算得到的设备j允许长期运行的电流，为本轮控制策略计算之前最近时刻点设备j的电流，为设定的调度运行控制逐次逼近系数，为步骤2中实时估算出的小于的设备数（大于1）。在本次过载事件的调度运行控制策略的优化计算中，考虑了发电机有功出力的调整方向前后不能相反，负荷实施控制后不能再恢复的约束。

     (5)

图1中步骤7描述的是由调度运行人员根据步骤6获得的调度运行控制策略，对电力系统实施控制；

图1中步骤8描述的是由调度运行人员根据控制规程、运行经验对电力系统实施控制；

图1中步骤9描述的是针对处于设备过载紧急状态的电力系统进行紧急控制策略优化计算流程。该流程包括外网静态等值、内外网运行断面数据整合和紧急控制策略优化计算等3个步骤，以及循环检测这3个步骤的总计算时间是否过长，若大于（小于1），则中止该流程，进入步骤11；否则，待获得紧急控制优化策略后，进入步骤10。

第1步，外网静态等值，基于外网状态估计数据或典型方式数据，根据外网与内网的联络线外网侧母线之间的电气距离大于设定值，对外网进行静态等值；

第2步，内外网运行断面数据整合，基于内网状态估计数据和外网等值数据，以小于的设备（简称为处于紧急状态的过载设备）的实时潮流数据和安控装置实时采集的潮流数据为准，进行内外网运行断面数据整合；

第3步，紧急控制策略优化计算，针对等值后的电网，以控制总代价和不同区域负荷控制量所占比例综合指标最小为目标函数，考虑紧急控制措施的离散性和代价，计及电力系统潮流约束，基于混合整数非线性规划算法，采用集中优化决策和逐次逼近的控制策略，进行针对设备过载紧急状态的紧急控制策略计算，其目标函数为式(6)。其中，第1项为发电机的紧急控制代价，包括功率调整代价和停机代价两部分。若发电机i被切除，则为1，否则，取为0，为发电机i的停机代价，为安控装置控制的发电机数；第2项为负荷控制的代价，为安控装置控制的负荷数；第3项反映了负荷分散控制要求，y为设定系数（大于1，小于等于x）。其它变量的含义与前述相同。

   (6)

相应的约束条件见式(7),包括潮流方程约束（含母线电压约束）、设备过载约束和待选的紧急控制措施空间约束。其中，为步骤2估算得到的设备j允许长期运行的电流，为本轮控制策略计算之前最近时刻点设备j的电流，为设定的紧急控制逐次逼近系数，为步骤2中实时估算出的小于的设备数（大于1）。

        (7)

图1中步骤10描述的是由安控装置根据步骤9获得的紧急控制策略，对电力系统实施控制；

图1中步骤11描述的是由安控装置根据离线策略对电力系统实施控制；

图1中步骤12描述的是待调度运行人员或安控装置对电力系统实施控制后，返回步骤2，再次进行设备运行状态的实时判断与处理。