基于措施灵敏度自动辨识的设备过载自适应紧急控制方法

摘要

本发明公开了一种基于措施灵敏度自动辨识的设备过载自适应紧急控制方法，属于电力系统安全紧急控制技术领域。本发明针对单个开断或与同站并行设备全开断不造成电网解列的设备过载紧急控制，在首次判出设备过载时，根据措施灵敏度初值，计算设备过载紧急控制措施组合，对电网实施控制，再根据控制效果，推算措施的综合灵敏度，并将其用于更新最近实施的措施所接入厂站的其它措施的灵敏度，计算设备过载紧急控制措施组合，通过“推算灵敏度‑计算控制措施”的迭代，直至消除设备过载。本发明可实现控制精度、实时性和可靠性综合保障。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统安全紧急控制技术领域，更准确地说，本发明涉及一种适用于电力系统输电设备过载自适应紧急控制的方法。

背景技术

电网发电、负荷的快速变化或者电网设备投/退等因素都可能会导致电网输电线路、变压器的过载，当过载程度比较严重时，就需要采取紧急控制措施，以消除输电设备的过载。对于单个开断或与同站并行设备(指各端母线相同或母线不同但只通过开关连接在一起的多个输电设备)全开断就会造成电网解列的设备过载，由于不同站的紧急控制措施灵敏度都相同且不随含过载设备在内的输电断面之外其它设备运行状态变化，通过离线设置措施灵敏度，将设备过载程度与灵敏度乘积作为紧急控制措施的控制总量，采用过载联切方案就可以实现设备过载的紧急控制。

但是，对于单个开断或与同站并行设备全开断不会造成电网解列的设备过载，由于不同站的紧急控制措施灵敏度可能不同且随其它设备运行状态变化，若采用离线设置措施灵敏度的设备过载联切方案，则必然存在严重过控风险；若采用基于电网状态在线计算措施灵敏度的设备过载在线控制方案，由于涉及到电网在线模型和电网实时潮流，当电网在线模型范围和电网运行状态的估计精度不足以完全反映措施对设备过载的灵敏度时，这种在线控制方案同样存在严重过控风险，还有可能因在线控制策略生成速度不够导致设备因过载时间过长而开断，引发更为严重的电网安全问题。

发明内容

本发明目的是：针对现有技术中的上述问题，提出不依赖电网在线模型和电网实时潮流、基于紧急控制实施效果进行措施灵敏度后评估的设备过载自适应紧急控制方法。

本发明的基本原理在于：措施的控制量与措施对设备过载的灵敏度的乘积，反映了措施实施后对设备过载的影响程度。在预先不能确定措施对设备过载的灵敏度时，可以通过措施实施后设备过载的影响程度和措施的控制量，推算出措施对设备过载的灵敏度。由于接入同一厂站的不同措施的灵敏度相同，当推算出某个措施对设备过载的灵敏度时，则可以用推算出的灵敏度作为与该措施接入厂站相同的其它措施对设备过载的灵敏度。在设备过载还没有完全消除的情况，就可以根据余下措施的控制量及其灵敏度搜索到更为适应电网实时运行状态的紧急控制措施。通过“推算灵敏度-计算控制措施”的迭代，直至消除设备过载，可实现控制精度、实时性和可靠性综合保障。

具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的，包括以下步骤：

1)将待监测的设备记为k，将监测到设备k过载后用于实施的可控措施集记为F，将F的执行次数j置为0，进入步骤2)；

2)若当前时刻t_j设备k电流监测点的电流大于设定的设备过载紧急控制电流门槛值I_cr且持续时间超过设定时限t_cr，则将t_j时刻流经设备k电流监测点的设备有功和无功分别记为P_j和Q_j，设备k电流监测点所连接的母线电压记为V_j，采用公式(1)计算出t_j时刻与I_cr对应的设备k过载有功门槛值P_cr.j，并将t_j时刻可用于设备k过载紧急控制的可控措施集合作为t_j时刻设备k过载紧急控制的待选可控措施集C，进入步骤3)，否则，结束本方法；

3)若j为0，针对C中可控措施接入的各个厂站，当设置的t_j时刻C中可控措施接入厂站的有功注入变化对设备k有功的灵敏度取值方式为离线模式时，分别将其有功注入变化对设备k有功的灵敏度离线整定值作为t_j时刻该厂站的有功注入变化对设备k有功的灵敏度；当设置的t_j时刻C中可控措施接入厂站的有功注入变化对设备k有功的灵敏度取值方式为在线模式时，分别将根据t₀时刻之前的电网运行状态最新计算出的C中可控措施接入厂站的有功注入变化对设备k有功的灵敏度在线值作为t_j时刻该厂站的有功注入变化对设备k有功的灵敏度，进入步骤4)；

若j不为0，将C中可控措施接入的所有厂站的集合记为SC，将F中可控措施接入的所有厂站的集合记为SF，针对SF中各个厂站，将F中所有可控措施实施后设备过载变化程度与F中可控措施总量的比值作为t_j时刻这些厂站的有功注入变化对设备k有功的灵敏度；针对SC中除SF中厂站之外的各个厂站，分别将其t_j-1时刻有功注入变化对设备k有功的灵敏度作为其t_j时刻有功注入变化对设备k有功的灵敏度，进入步骤4)；

4)确定C中所有可控措施的有效性，将C中所有有效的可控措施组成的集合作为设备k过载紧急控制的有效可控措施集D，进入步骤5)；

5)将D中大于设定的灵敏度门槛值S_cr的可控措施组成的集合作为优选可控措施集E，进入步骤6)；

6)若根据可控措施优先级按照由高到低的顺序，能够从E中搜索到F，则进入步骤9)，否则，进入步骤7)；

7)若根据可控措施优先级按照由高到低的顺序，能够从D中搜索到F，则进入步骤9)，否则，进入步骤8)；

8)若根据可控措施优先级按照由低到高的顺序，能够从D中搜索到需要保留的可控措施集G，则将D中除G之外的可控措施组成的集合作为F，结束本方法，否则，结束本方法；

所述需要保留的可控措施集G是指根据厂站的可控措施保留容量或数目要求实时生成的不允许实施的可控措施集合；

9)对电网实施F中所有可控措施，并令j增1，返回步骤2)。

上述技术方案的进一步特征在于：

所述可控措施包括单一厂站类可控措施和非单一厂站类可控措施，其中单一厂站类可控措施又分为发电机类可控措施和负荷类可控措施两种；

所述单一厂站类可控措施是指执行后只造成一个厂站有功注入变化的可控措施；所述发电机类可控措施是指执行后造成所接入厂站有功注入减少的可控措施；所述负荷类可控措施是指执行后造成所接入厂站有功注入增加的可控措施；

针对单一厂站类可控措施，采用(TY,DN,L,P_DN.L.i.j,S_DN.k.j)序列加以标识，其中，TY为可控措施类型，包括发电机类可控措施和负荷类可控措施两种，DN为可控措施接入的厂站名，L为可控措施的优先级，P_DN.L.i.j为t_j时刻接入DN、优先级为L的第i个可控措施的有功控制量，S_DN.k.j为t_j时刻接入DN的有功注入变化对设备k有功的灵敏度；

所述可控措施的优先级是指在选择用于实施的可控措施时可控措施的优先次序，可控措施的L越高，越优先选择，相同L的可控措施之间没有选择次序约束；

所述非单一厂站类可控措施是指执行后造成两个及以上厂站有功注入变化的可控措施；

针对非单一厂站类可控措施，将其执行后造成有功注入变化的受端或送端各个厂站分别采用与单一厂站类可控措施相同的建模方式生成可控措施，并将相应的受端或送端各个厂站的可控措施进行组合，作为非单一厂站类可控措施的模型，采用[(TY,DN-1,L,P_DN-1.L.i.j,S_DN-1.k.j),…,(TY,DN-m,L,P_DN-m.L.i.j,S_DN-m.k.j),…,(TY,DN-M,L,P_DN-M.L.i.j,S_DN-M.k.j)]序列加以标识，其中，M为相应的受端或送端厂站数，DN-m为第m个厂站名，P_DN-m.L.i.j为t_j时刻接入DN-m、优先级为L的第i个可控措施的有功控制量，S_DN-m.k.j为t_j时刻接入DN-m的有功注入变化对设备k有功的灵敏度。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3)中：

若j为0，针对C中各个可控措施，当设置的t_j时刻可控措施接入厂站的有功变化对设备k有功的灵敏度取值方式为离线模式时，则将相应可控措施的S_DN.k.j、S_DN-m.k.j分别取为相应的可控措施接入DN、DN-m的有功变化对设备k有功的灵敏度离线整定值，当设置的t_j时刻可控措施接入厂站的有功变化对设备k有功的灵敏度取值方式为在线模式时，则将相应可控措施的S_DN.k.j、S_DN-m.k.j分别取为根据t₀时刻之前的电网运行状态最新计算出的可控措施接入DN和DN-m的有功变化对设备k有功的灵敏度在线值，进入步骤4)；

若j不为0，计算出(P_j-1-P_j)与F中所有单一厂站类可控措施t_j-1时刻的|P_DN.L.i.j-1|及所有非单一厂站类可控措施t_j-1时刻的之和的比值S_a.k，针对F中可控措施接入的各个厂站，分别将Sgn(S_DN.k.j-1)S_a.k作为t_j时刻单一厂站类可控措施接入DN的有功注入变化对设备k有功的灵敏度S_DN.k.j、Sgn(S_DN-m.k.j-1)S_a.k作为t_j时刻非单一厂站类可控措施对应的可控措施组合中各个可控措施接入DN-m的有功注入变化对设备k有功的灵敏度S_DN-m.k.j，并将除F中可控措施接入的各个厂站之外的C中可控措施接入的其它厂站t_j-1时刻有功注入变化对设备k有功的灵敏度，作为其t_j时刻有功注入变化对设备k有功的灵敏度，进入步骤4)；

其中，P_j-1为t_j-1时刻流经设备k监测点的设备有功，P_DN.L.i.j-1、P_DN-m.L.i.j-1分别为t_j-1时刻接入DN、优先级为L的第i个可控措施的有功控制量和接入DN-m、优先级为L的第i个可控措施的有功控制量，Sgn为符号函数，S_DN.k.j-1、S_DN-m.k.j分别为t_j-1时刻可控措施接入DN的有功注入变化对设备k有功的灵敏度和可控措施接入DN-m的有功注入变化对设备k有功的灵敏度。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤4)中，确定C中可控措施有效性的方法为：

通过以下方法针对C中单一厂站类可控措施进行降低设备k过载程度的有效性判断：

对于发电机类可控措施，若其S_DN.k.j大于0且P_DN.L.i.j不等于0，则确定为有效可控措施，否则，确定为无效可控措施；

对于负荷类可控措施，若其S_DN.k.j小于0且P_DN.L.i.j不等于0，则确定为有效可控措施，否则，确定为无效可控措施；

通过以下方法针对C中非单一厂站类可控措施进行降低设备k过载程度的有效性判断：

按单一厂站类可控措施的有效性判断方法分别对非单一厂站类可控措施对应的可控措施组合中各个可控措施进行有效性判断，如对应的可控措施组合中所有可控措施都是有效可控措施，则确定相应非单一厂站类可控措施为有效可控措施，否则，确定相应非单一厂站类可控措施为无效可控措施；

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤6)中从E中搜索到的F应满足以下条件：

F中所有单一厂站类可控措施的|P_DN.L.i.jS_DN.k.j|与所有非单一厂站类可控措施的之和最小且大于等于λ_j(P_j-P_cr.j)，同时针对C中单一厂站类可控措施所接入的各个厂站，除F之外C中余下的所有单一厂站类可控措施的|P_DN.L.i.j|之和分别大于等于设定的各个厂站需要保留有功容量P_DN.r或者余下的单一厂站类可控措施数分别大于等于设定的各个厂站需要保留的单一厂站类可控措施数n_DN.r的要求；其中，λ_j为设定的设备k过载紧急控制程度系数，0＜λ₀＜…＜λ_j≤1。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤7)中从D中搜索到的F应满足以下条件：

F中所有单一厂站类可控措施的|P_DN.L.i.jS_DN.k.j|与所有非单一厂站类可控措施的之和最小且大于等于λ_j(P_j-P_cr.j)，同时针对C中单一厂站类可控措施所接入的各个厂站，除F之外C中余下的所有单一厂站类可控措施的|P_DN.L.i.j|之和分别大于等于设定的各个厂站需要保留有功容量P_DN.r或者余下的单一厂站类可控措施数分别大于等于设定的各个厂站需要保留的单一厂站类可控措施数n_DN.r的要求；其中，λ_j为设定的设备k过载紧急控制程度系数，0＜λ₀＜…＜λ_j≤1。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤8)中从D中搜索到的G应满足以下条件：

G中所有单一厂站类可控措施的|P_DN.L.i.jS_DN.k.j|与所有非单一厂站类可控措施的之和最小，同时针对G中单一厂站类可控措施所接入的各个厂站，G中的所有单一厂站类可控措施的|P_DN.L.i.j|之和分别大于等于设定的各个厂站需要保留有功容量P_DN.r或者单一厂站类可控措施数分别大于等于设定的各个厂站需要保留的单一厂站类可控措施数n_DN.r的要求。

通过采用上述技术方案，本发明取得了下述技术效果：即使作为措施灵敏度初值的离线设置的措施灵敏度或基于电网状态在线计算的措施灵敏度精度比较差，当所有可控措施都接在同一厂站时，通过措施实施后设备过载的影响程度和措施的控制量推算出的措施对设备过载的灵敏度就是电网当前运行状态下措施的灵敏度实际值，据此计算出的紧急控制措施精度就很高；当初次确定的多个措施接在不同厂站时，将措施实施后设备过载的影响程度和措施的控制量推算出的多个措施对设备过载的平均灵敏度，作为相关厂站措施对设备过载的灵敏度，大多数情况下相对于措施灵敏度初值的精度，其精度也比较高。同时，本发明引入了小于等于1且随迭代次数逐渐增大的设备过载紧急控制程度系数，可进一步降低措施灵敏度初值精度和以平均灵敏度作为相关厂站灵敏度存在的误差对紧急控制措施精度的影响程度。此外，采用“推算灵敏度-计算控制措施”的迭代策略，可最终消除设备过载。因此，本发明既克服了措施灵敏度离线设置适应性差的缺陷，又避免了基于电网状态在线计算灵敏度严重依赖电网在线模型和电网实时潮流的不足，综合保障了实现设备过载紧急控制的精度、实时性和可靠性。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

本实施例为本发明的一种实施方式，其流程如图1所示，

图1中步骤1：将监测到设备k过载后用于实施的可控措施集F的执行次数j置为0，进入步骤2；

图1中步骤2：若当前时刻t_j设备k电流监测点的电流大于设定的设备过载紧急控制电流门槛值I_cr且持续时间超过设定时限t_cr(I_cr和t_cr的取值要与设备k过电流保护设定的电流门槛值和持续时限相配合，以避免设备k过电流保护在其过载紧急控制之前动作)，则将t_j时刻流经设备k电流监测点的设备有功和无功分别记为P_j和Q_j，设备k电流监测点所连接的母线电压记为V_j，采用公式(1)计算出t_j时刻与I_cr对应的设备k过载有功门槛值P_cr.j，并将t_j时刻可用于设备k过载紧急控制的可控措施集合，作为t_j时刻设备k过载紧急控制的待选可控措施集C，进入步骤3，否则，结束本方法，重新从步骤1开始设备过载的判断及紧急控制决策计算与实施；

所述可控措施包括单一厂站类可控措施和非单一厂站类可控措施，其中单一厂站类可控措施又细分为发电机类可控措施和负荷类可控措施两种；

所述单一厂站类可控措施是指执行后只造成一个厂站有功注入变化的可控措施；所述发电机类可控措施是指执行后造成所接入厂站有功注入减少的可控措施，例如：切发电机、解列有功注入大于0的小电网等；所述负荷类可控措施是指执行后造成所接入厂站有功注入增加的可控措施，例如：切负荷、解列有功注入小于0的小电网等；

针对单一厂站类可控措施，采用(TY,DN,L,P_DN.L.i.j,S_DN.k.j)来表示，其中，TY为可控措施类型，包括发电机类可控措施和负荷类可控措施两种，DN为可控措施接入的厂站名，L为可控措施的优先级，P_DN.L.i.j为t_j时刻接入DN、优先级为L的第i个可控措施的有功控制量，S_DN.k.j为t_j时刻接入DN的有功注入变化对设备k有功的灵敏度；

所述可控措施的优先级是指在选择用于实施的可控措施时可控措施的优先次序，可控措施的L越高，越优先选择，相同L的可控措施之间没有选择次序约束；

所述非单一厂站类可控措施是指执行后造成两个及以上厂站有功注入变化的可控措施，例如：两端或多端直流系统功率紧急调制、UPFC功率紧急控制等；

针对非单一厂站类可控措施，将其执行后造成有功注入变化的受端或送端各个厂站分别采用与单一厂站类可控措施相同的建模方式生成可控措施，并将相应的受端或送端各个厂站的可控措施进行组合，作为非单一厂站类可控措施的模型，采用[(TY,DN-1,L,P_DN-1.L.i.j,S_DN-1.k.j),…,(TY,DN-m,L,P_DN-m.L.i.j,S_DN-m.k.j),…,(TY,DN-M,L,P_DN-M.L.i.j,S_DN-M.k.j)]来表示，其中，M为相应的受端或送端厂站数，DN-m为第m个厂站名，P_DN-m.L.i.j为t_j时刻接入DN-m、优先级为L的第i个可控措施的有功控制量，S_DN-m.k.j为t_j时刻接入DN-m的有功注入变化对设备k有功的灵敏度；

图1中步骤3：若j为0，针对C中各个可控措施，当设置的t_j时刻可控措施接入厂站的有功注入变化对设备k有功的灵敏度取值方式为离线模式时，S_DN.k.j、S_DN-m.k.j分别取为相应的可控措施接入DN、DN-m的有功注入变化对设备k有功的灵敏度离线整定值，当设置的t_j时刻可控措施接入厂站的有功注入变化对设备k有功的灵敏度取值方式为在线模式时，S_DN.k.j、S_DN-m.k.j分别取为根据t₀时刻之前的电网运行状态最新计算出的可控措施接入DN和DN-m的有功注入变化对设备k有功的灵敏度在线值，进入步骤4，否则，先计算出(P_j-1-P_j)与F中所有单一厂站类可控措施t_j-1时刻的|P_DN.L.i.j-1|与所有非单一厂站类可控措施t_j-1时刻的之和的比值S_a.k，再针对F中可控措施接入的各个厂站，分别将Sgn(S_DN.k.j-1)S_a.k作为t_j时刻单一厂站类可控措施接入DN的有功注入注入变化对设备k有功的灵敏度S_DN.k.j、Sgn(S_DN-m.k.j-1)S_a.k作为t_j时刻非单一厂站类可控措施对应的可控措施组合中各个可控措施接入DN-m的有功注入变化对设备k有功的灵敏度S_DN-m.k.j，最后，将除F中可控措施接入的各个厂站之外的C中可控措施接入的其它厂站t_j-1时刻有功注入变化对设备k有功的灵敏度，作为其t_j时刻有功注入变化对设备k有功的灵敏度，进入步骤4；

其中，P_j-1为t_j-1时刻流经设备k监测点的设备有功，P_DN.L.i.j-1、P_DN-m.L.i.j-1分别为t_j-1时刻接入DN、优先级为L的第i个可控措施的有功控制量和接入DN-m、优先级为L的第i个可控措施的有功控制量，Sgn为符号函数，S_DN.k.j-1、S_DN-m.k.j分别为t_j-1时刻可控措施接入DN的有功注入变化对设备k有功的灵敏度和可控措施接入DN-m的有功注入变化对设备k有功的灵敏度；

图1中步骤4：首先，通过以下方法针对C中单一厂站类可控措施进行降低设备k过载程度的有效性判断：

对于发电机类可控措施，若其S_DN.k.j大于0且P_DN.L.i.j不等于0，则确定为有效可控措施，否则，确定为无效可控措施；

对于负荷类可控措施，若其S_DN.k.j小于0且P_DN.L.i.j不等于0，则确定为有效可控措施，否则，确定为无效可控措施；

然后，通过以下方法针对C中非单一厂站类可控措施进行降低设备k过载程度的有效性判断：

若按单一厂站类可控措施的有效性判断方法分别对非单一厂站类可控措施对应的可控措施组合中各个可控措施进行有效性判断，且该可控措施组合中所有可控措施都是有效可控措施，则确定该非单一厂站类可控措施为有效可控措施，否则，确定该非单一厂站类可控措施为无效可控措施；

最后，将C中所有单一厂站类有效可控措施和非单一厂站类有效可控措施组成的集合，作为设备k过载紧急控制的有效可控措施集D，进入步骤5；

图1中步骤5：将D中单一厂站类可控措施|S_DN.k.j|大于设定的灵敏度门槛值S_cr(设包括设备k在内与设备k并行的同厂站设备数为n，则通常设置为0.2/n)的单一厂站类可控措施和D中非单一厂站类可控措施对应的可控措施组合中任一可控措施|S_DN-m.k.j|大于S_cr的非单一厂站类可控措施组成的集合，作为优选可控措施集E，进入步骤6；

图1中步骤6：若按照L由高到低的顺序，能够从E中搜索到F，满足所选择的F中所有单一厂站类可控措施的|P_DN.L.i.jS_DN.k.j|与所有非单一厂站类可控措施的之和最小且大于等于λ_j(P_j-P_cr.j)，同时针对C中单一厂站类可控措施所接入的各个厂站，除F之外C中余下的所有单一厂站类可控措施的|P_DN.L.i.j|之和分别大于等于设定的各个厂站需要保留有功容量P_DN.r(通常设置为t₀时刻厂站接入的发电机类可控措施总有功或负荷类可控措施总有功的10％)或者余下的单一厂站类可控措施数分别大于等于设定的各个厂站需要保留的单一厂站类可控措施数n_DN.r(通常设置为1)的要求，则进入步骤9，否则，进入步骤7；

其中，λ_j为设定的设备k过载紧急控制程度系数，0＜λ₀＜…＜λ_j≤1；

图1中步骤7：若按照L由高到低的顺序，能够从D中搜索到F，满足所选择的F中所有单一厂站类可控措施的|P_DN.L.i.jS_DN.k.j|与所有非单一厂站类可控措施的之和最小且大于等于λ_j(P_j-P_cr.j)，同时针对C中单一厂站类可控措施所接入的各个厂站，除F之外C中余下的所有单一厂站类可控措施的|P_DN.L.i.j|之和分别大于等于P_DN.r或者余下的单一厂站类可控措施数分别大于等于n_DN.r的要求，则进入步骤9，否则，进入步骤8；

图1中步骤8：若按L由低到高的顺序，能够从D中搜索到需要保留的可控措施集G，满足所选择的G中所有单一厂站类可控措施的|P_DN.L.i.jS_DN.k.j|与所有非单一厂站类可控措施的之和最小，同时针对G中单一厂站类可控措施所接入的各个厂站，G中的所有单一厂站类可控措施的|P_DN.L.i.j|之和分别大于等于P_DN.r或者单一厂站类可控措施数分别大于等于n_DN.r的要求，则将D中除G之外的可控措施组成的集合作为F，并对电网实施F中所有可控措施，结束本方法，重新从步骤1开始设备过载的判断及紧急控制决策计算与实施，否则，直接结束本方法，重新从步骤1开始设备过载的判断及紧急控制决策计算与实施；

所述需要保留的可控措施集G是指根据厂站的可控措施保留容量或数目要求实时生成的不允许实施的可控措施集合；图1中步骤9：对电网实施F中所有可控措施，并令j等于(j+1)，返回步骤2。

简而言之，本实施例基于紧急控制实施效果进行措施灵敏度后评估，既克服了措施灵敏度离线设置适应性差的缺陷，又避免了基于电网状态在线计算灵敏度严重依赖电网在线模型和电网实时潮流的不足，通过“推算灵敏度-计算控制措施”的迭代，直至消除设备过载，可实现控制精度、实时性和可靠性综合保障。

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。