一种基于连锁故障预防的电力系统调度方法

摘要

本发明公开了一种基于连锁故障预防的电力系统调度方法，包括如下步骤：(1)根据电力系统拓扑、相关线路参数及约束，通过直流潮流计算，建立电力系统连锁故障模型；(2)根据连锁故障事故链数据，计算电力系统中体现连锁故障相关性的线路参数，并建立与之对应的电力系统运行约束；(3)根据电网线路及负荷数据，确保用电质量和用电安全，建立以最低的发电成本或者是燃料消耗量达到满足所有负荷消耗的调度方法模型；(4)以发电机发电成本与切负荷成本最低为优化目标，得到电力系统安全运行优化策略。本发明能够以连锁故障预防为目标对电力系统运行进行优化，在考虑电力系统经济性的同时，提高电力系统韧性，提高了电力系统的安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统调度方法，尤其涉及一种基于连锁故障预防的电力系统调度方法。

背景技术

电力系统中的连锁故障，是指由一个或多个初始故障作为扰动、进而引发系统中其他元件相继故障的一系列故障事件。连锁故障的发生，或源于电力系统内部的老化故障、保护误动、人为操作等因素，或源于电力系统之外的自然灾害、动植物接触线路等因素。实际上，统计历史上的停电故障后我们发现，虽然大规模停电事故的发生频率极低，但其危害严重、损失巨大，严重停电事故的风险仍然显著。因此，仅仅依靠给定预想故障集的安全校验，尚不足以有效降低连锁故障风险。事实上，在连锁故障的初始触发阶段之后，加剧连锁过程在系统中传播蔓延的因素主要来自系统内部。这些因素包括但不限于潮流转移产生的线路过载停电、保护误动或拒动、隐性故障和系统解列等。鉴于连锁故障在初始触发阶段和后续传播阶段表现出的不同机理，对两个阶段中的故障在分析和处理上也会有所区别。

近年来因自然灾害引起的大停电事故时有发生，受到国际社会电力行业工作者的普遍关注。其主要原因是台风、冰雹、雷击等自然灾害导致的电力系统输配电网络中元件的故障，引起电力系统网络潮流大范围变化，进而导致其他线路元件出现重载乃至过载并相继停运，像是连锁反应一般地在系统中快速传播，最终导致系统全面崩溃演变成大停电事故。针对此类小概率事件引发大影响的大停电事故，研究并分析其机理有着相当的意义。现阶段对于电力系统关键环节的识别，国内外的电力行业研究者已经提出了一些不同思路的方法：如从拓扑结构和复杂网络的角度识别电力系统网络作为一个整体其中的关键线路或节点，但其缺陷在于无法直接得到所识别的不同环节的关键程度和较为准确的故障失负荷量，还得通过对应的连锁故障仿真得到。也有通过分析连锁故障的相关数据，在连锁故障仿真的传播过程中，直接分析计算筛选关键线路的方法，能得到较为准确有效的结果，但对于随机性高、体量大的连锁故障模拟仿真而言，该方法计算量大，对于仿真模型的要求较高。此外，还有通过电力系统连锁故障模型连续仿真得到所需的连锁故障数据，经过统计学方法处理分析，筛选出具有统计意义的关键线路和关键路径，同样该方法作为统计学方法，存在依赖数据准确性和样本容量等问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种增大散热面积和绝缘水平的干式高频变压器及加工工艺。

技术方案：本发明的电力系统调度方法，包括如下步骤：

S1，根据电力系统拓扑、相关线路参数及约束，通过计算直流潮流，建立包含隐性故障的线路过载型电力系统连锁故障模型，获取连锁故障事故链数据；

S2，根据连锁故障事故链数据，计算电力系统中体现连锁故障相关性的线路参数，得到电力系统中连锁故障关键环节，并建立与连锁故障关键环节对应的电力系统运行约束；

S3，根据电网线路及负荷数据，以保持设定的用电质量和保证用电安全为前提，对发电设备和一次能源进行调控调度，建立以最低的发电成本或者燃料消耗量达到满足所有负荷消耗的调度方法模型；

S4，以发电机发电成本与切负荷成本最低为优化目标，结合电力系统常规安全约束，并添加考虑电力系统连锁故障预防的安全性约束，得到电力系统安全运行优化策略。

所述步骤S1中，根据电力系统网络模型的参数，进行多条连锁故障事故链的仿真以获取事故链数据，具体为：

S11，根据电力系统模型数据，初始化电力系统网络相关参数；

S12，采样由恶劣天气引起的线路故障，并设置为系统初始故障；

S13，判断检测系统中是否有孤岛产生，若没有孤岛产生，则继续采样故障线路；若有且只有一个孤岛，则进入步骤S14；若孤岛数量大于等于二，则进入步骤S16；

S14，根据新系统拓扑计算潮流，判断各线路潮流是否过载；对于过载线路，根据以下故障概率模型计算其故障概率，并更新线路状态信息：

其中，

S15，进行线路隐性故障采样，采样上一次故障线路相邻的那些线路有没有发生隐性故障，若发生新的隐性故障，则进入步骤S14，若无隐性故障发生，则进入最优切负荷模型；最优切负荷模型的目标为，功率平衡和线路潮流不过载的约束下，系统的总切负荷量最小；本次连锁故障模拟结束，仿真次数加一，进入步骤S17；

S16，对于每个孤岛，判断其孤岛类型，对于每个孤岛中节点的数量和类型，进行切负荷，计算并记录总失负荷量；本次连锁故障模拟结束，仿真次数加一进入步骤S17；

S17，若仿真次数小于最大仿真次数，则进入步骤S12，否则，仿真模拟完成，计算并记录每次仿真的故障线路，切机数和失负荷量等相关数据。

所述步骤S2中，所述电力系统关键环节的识别方法为：

S21，对于电力系统中的n条线路

其中，l

S22，求出向量

其中，

S23，对传播概率矩阵分别进行行归一化和列归一化，得到对应的行归一化矩阵

在此基础上求出传播值系数矩阵

S24，求取的脆弱值系数矩阵

因此，得到连锁故障脆弱线路相关性指标

其中，i,j∈{1,2,…,n},i≠j，若线路l

S25，利用筛选识别出的连锁故障脆弱线路相关性指标

其中，

所述步骤S3的具体实现步骤为：

S31，简化后的传统电力系统经济调度优化模型的目标函数为，使发电机发电成本与切负荷成本最低：

其中，C

S32，电网安全性约束主要包括：

其中，P

S33，在电力系统经济调度模型中，发电机出力P

所述步骤S4的具体实现步骤为：

S41，以经济性为目标，电力系统经济调度优化模型的目标函数为使发电机发电成本与切负荷成本最低：

其中，C

S42，模型约束条件如下：

P

本发明与现有技术相比，其显著效果如下：1、本发明提出的连锁故障仿真模型能模拟实际中联连锁故障的演变过程，为分析连锁故障的特点和危害提供一定数据上的支持；2、本发明根据连锁故障模型建立了用于判别系统线路在连锁故障传播过程中相关性指标，根据模型仿真所得的故障数据计算出对应的指标值；3、本发明能在有效添加安全约束后，使得电力系统在牺牲了一定经济性的条件下，提高对连锁故障的抗性和系统稳定性。

附图说明

图1为本发明的方法流程示意图；

图2为本发明电力系统连锁故障仿真模型流程图；

图3为本发明未考虑安全约束优化后的IEEE30节点系统失负荷百分比概率分布图；

图4为本发明未考虑安全约束优化后的IEEE30节点系统对数坐标轴下失负荷百分比概率分布图；

图5为本发明考虑安全约束优化后的IEEE30节点系统失负荷百分比概率分布图；

图6为本发明考虑安全约束优化后的IEEE30节点系统对数坐标轴下失负荷百分比概率分布图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述。

如图1所示，基于连锁故障事故链指标计算的电力系统弹性安全调度策略，包括如下步骤：

S1，根据电力系统拓扑、相关线路参数及约束，提出了一种基于直流潮流计算，包含隐性故障的线路过载型电力系统连锁故障模型；

S2，根据连锁故障事故链数据，计算电力系统中体现连锁故障相关性的线路参数，并建立与之对应的电力系统运行约束；

S3，根据电网线路及负荷数据，以保持一定的用电质量和保证用电安全为前提，建立对发电设备和一次能源等进行调控调度，以最低的发电成本或者是燃料消耗量达到满足所有负荷消耗的调度方法模型；

S4，以发电机发电成本与切负荷成本最低为优化目标，结合电力系统常规安全约束，并添加考虑电力系统连锁故障预防的安全性约束，得到电力系统安全运行优化策略。

下面对本发明技术方案进行详细说明：

步骤一，根据电力系统网络模型的参数，结合恶劣天气下初始故障模型，加入表征隐形故障的连锁故障发展环节，进行多条连锁故障事故链的仿真以实现事故链数据的获取，如图2所示，主要实施步骤如下所述：

S11，根据电力系统模型数据，初始化电力系统网络相关参数。

S12，采样由恶劣天气引起的线路故障，并设置为系统初始故障。

S13，检测系统中是否有孤岛产生，若没有孤岛产生，则继续采样故障线路；若有且只有一个孤岛，则进入步骤S14；若孤岛数量大于等于二，则进入步骤S16。

S14，根据更新后的系统拓扑计算潮流，判断各线路潮流是否过载。对于过载线路，根据公式(1)故障概率模型计算其故障概率，并更新线路状态信息。

其中，

S15，进行线路隐性故障采样，采样上一次故障线路相邻的那些线路有没有发生隐性故障，若发生新的隐性故障，则进入步骤S14；若无隐性故障发生，则进入最优切负荷模型。最优切负荷模型的目标为，功率平衡和线路潮流不过载的约束下，系统的总切负荷量最小。本次连锁故障模拟结束，仿真次数加一，进入步骤S17。

S16，对于每个孤岛，判断其孤岛类型，对于每个孤岛中节点的数量和类型，进行切负荷计算并记录总失负荷量。本次连锁故障模拟结束，仿真次数加一进入步骤S17。

S17，若仿真次数小于最大仿真次数，则进入步骤S12；否则，仿真模拟完成，计算并记录每次仿真的故障线路，切机数和失负荷量等相关数据。

对IEEE 30节点系统进行连锁故障模拟仿真，取最大仿真次数NSmax为2000，即模拟2000个线路突发故障场景。设置系统的初始负荷功率系数为

步骤二，根据已经获得的连锁故障事故链数据，通过进行对网络参数模型分析，得到电力系统中连锁故障关键环节识别方法，并建立与之对应的电力系统网络约束，主要实施步骤如下所述：

S21，对于电力系统中的n条线路

其中，l

S22，求出向量

其中，

S23，对传播概率矩阵分别进行行归一化和列归一化，得到对应的行归一化矩阵

在此基础上求出传播值系数矩阵

其中，T为矩阵转置。

S24，求取的脆弱值系数矩阵

因此，可以得到连锁故障脆弱线路相关性指标

其中，i,j∈{1,2,…,n},i≠j，若线路l

S25，针对电网运行所有线路添加N-1约束，考虑到若是对于所有的线路添加N-2约束，从发电成本和计算量的角度考虑，可行性都较低，利用所筛选识别出的连锁故障脆弱线路相关性指标

其中，

通过对电力系统连锁故障事故链数据的处理，得到IEEE30系统相关线路对排序情况如表1所示。

表1 IEEE30系统相关线路对排序情况

步骤三，根据电网线路及负荷数据，以保持一定的用电质量和保证用电安全为前提，建立对发电设备和一次能源等进行调控调度，以最低的发电成本或者是燃料消耗量达到满足所有负荷消耗的调度方法模型，具体实现步骤如下所述：

S31，简化后的传统电力系统经济调度优化模型的目标函数为使发电机发电成本与切负荷成本最低：

其中，C

S32，电网安全性约束主要包括：

其中，P

S33，在本发明所采用的电力系统经济调度模型中，发电机出力P

步骤四，以发电机发电成本与切负荷成本最低为优化目标，结合电力系统常规安全约束，得到电力系统安全运行优化策略，具体实现步骤如下所述：

S41，以经济性为目标，电力系统经济调度优化模型的目标函数为，使发电机发电成本与切负荷成本最低：

其中，C

S42，模型约束条件如下：

P

包含了安全约束条件的经济调度模型所解算出的发电机出力以及切负荷量在满足正常运行条件之下，还能满足当所识别的关键线路发生故障被切除之后，新的系统仍能运行在安全域内，即满足了关键线路的N-2原则。由于增加了新的约束条件，安全约束条件下的优化调度的总成本显然不小于原模型解算出的场景的总成本，而这是在预期之内的，牺牲一定的经济性，换取了更高的安全性和稳定性。

通过步骤S2识别出IEEE 30节点系统的关键线路和关键线路对后，可针对这些关键环节制定相应N-2安全约束。算出新的发电机出力以及重载切负荷情况。发电机出力为397.31MW，切负荷75.69MW。以此为基础，进行与步骤S1中仿真情况系统参数相同的2000次模拟仿真。图5为考虑安全约束优化后的IEEE30节点系统失负荷百分比概率分布图，图6为对数坐标轴下失负荷百分比概率分布图。