一种考虑安全稳定约束的电网输电线路融冰方案优化方法

摘要

本发明公开了一种考虑安全稳定约束的电网输电线路融冰方案优化方法，它包括：采集和处理融冰方案优化所需要的数据，包括：融冰需求数据、优先融冰线路数据、相似日电网模型数据、电网负荷预测及发电计划数据和融冰装置数据；针对融冰方案优化问题建立优化模型，然后对优化模型进行求解；基于相似日某一时点的电网运行模型数据进行安全稳定校核；当安全稳定校核不通过时，在优化模型中增加安全稳定约束；并进行新一轮优化求解；结果通过安全稳定校核，则表示该优化结果满足要求，计算停止并生成结果；解决了现有的电网输电线路融冰方案安排中因决策过程耗时长、安全稳定校核不充分而导致的应对严重冰灾决策能力不足问题。

说明书

技术领域

本发明属于输电线路融冰技术，尤其涉及一种考虑安全稳定约束的电网输电线路融冰方案优化方法。

背景技术

输电线路覆冰是一种常见的现象，如果输电线路出现大面积覆冰，将会对电网的安全产生较大影响，是电网面临的一种常见灾害。对覆冰的输电线路进行融冰是常见且必要的手段。由于融冰过程中需要停运线路等设备，进而导致电网结构薄弱，对众多覆冰的线路融冰顺序进行安排，是一个非常复杂的过程，其中需要从多个角度考虑，进行相关的稳定性分析、发现可能存在的安全隐患是一种重要的工作之一。

目前整个决策过程几乎全部由人工完成，首先需要生产指挥中心的监控人员从覆冰监测预警系统中手工梳理达到覆冰比值的线路，结合人工观冰的上传数据，手动筛选需要融冰的线路，然后将筛选结果上报至应急指挥中心，送给调度中心的方式运行人员，经人工稳定计算，分析相关电网风险，再根据经验进行人工排序，才能得到当日的融冰计划。在遭受严重冰灾情况下，需要同时开展直流融冰的输电线路较多，整个融冰计划的决策过程工作量很大，耗时较长，而且安全稳定校核不充分。这种现状使得应对严重冰灾的决策能力显得不足。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种考虑安全稳定约束的电网输电线路融冰方案优化方法，以解决现有的电网输电线路融冰方案安排中因决策过程耗时长、安全稳定校核不充分而导致的应对严重冰灾决策能力不足问题。

本发明技术方案：

一种考虑安全稳定约束的电网输电线路融冰方案优化方法，它包括：

步骤1、采集和处理融冰方案优化所需要的数据，包括：融冰需求数据、优先融冰线路数据、相似日电网模型数据、电网负荷预测及发电计划数据和融冰装置数据；

步骤2、针对融冰方案优化问题建立优化模型，然后对优化模型进行求解；

步骤3、基于相似日某一时点的电网运行模型数据进行安全稳定校核；

步骤4、当安全稳定校核不通过时，在优化模型中增加安全稳定约束；并返回步骤2进行新一轮优化求解；

步骤5、结果通过安全稳定校核，则表示该优化结果满足要求，计算停止并生成结果。

覆冰需求数据为融冰计划周期内区域中需要融冰的线路数据，包括线路信息、覆冰厚度和融冰需时；优先融冰线路数据为在融冰计划周期内必须安排融冰的线路数据；相似日电网模型数据是指刻画相似日电网运行情况的电网潮流稳定模型数据；电网负荷预测及发电计划数据是指融冰计划周期内的电网负荷预测数据和发电计划数据，包括各个负荷节点逐时点的负荷大小数据以及各发电机组逐时点的机组出力大小数据；融冰装置数据是指系统中可用的融冰装置信息，包括融冰装置的类型、所在厂站和能融冰的线路信息。

建立优化模型并求解的方法包括：

步骤2.1、输入数据的定义；具体包括：

步骤2.1.1、融冰需求数据，共包含I条线路；需要融冰的线路集合{L

步骤2.1.2、优先融冰线路数据，共包含J条优先融冰线路；优先融冰线路集合{L

步骤2.1.3、电网负荷预测及发电计划数据，包括：

电网节点负荷预测数据集合

电网系统负荷预测数据集合{PL

发电计划数据集合

步骤2.1.4、融冰装置数据，包括：

融冰装置可融冰的线路数量集合为{LZ

融冰装置可融冰的线路集合为

步骤2.2、优化变量的选取；包括：

融冰装置的安排状态

步骤2.3、目标函数的选取；

目标函数为所有融冰装置的融冰线路最多，具体为

其中，

步骤2.4、建立约束条件的表达式；具体包括：

步骤2.4.1、融冰装置约束，对于任意融冰装置z在任意时点t都存在如下约束

表示任意融冰装置在任意时点最多只能对一条线路进行融冰；

步骤2.4.2、融冰线路约束，对于任意线路i在任意时点t都存在如下约

束：

表示任意时刻最多只能有一个融冰装置对同一条线路进行融冰；

步骤2.4.3、融冰线路连续融冰时间约束；对于任意线路i，存在如下约束

其中，

步骤2.4.4、周期内融冰线路单次约束；对于任意线路i，存在如下约束

表示任意线路的所有时融冰时点不超过其融冰需求时间；

步骤2.4.5、优先融冰线路约束，对于优先融冰线路集{L

其中i属于{L

步骤2.4.6、优化模型的求解。

所述优化模型的求解采用优化求解器进行求解；得出每个融冰设备每个时点的融冰状态，从而计算出每条线路每个时点是否安排了融冰操作。

安全稳定校核的具体方法包括：基于相似日某一时点的电网运行模型数据，将负荷替换成该时点的负荷预测数据，将发电机出力替换为该时点的发电计划数据，从而形成该时点的基础方式数据；然后基于基础方式进行潮流稳定分析，潮流稳定分析结果通过的；接着根据优化安排结果，断开该时点正在进行融冰的线路，并进行潮流稳定分析；如果潮流分析存在支路或断面过载，则表示安全校核不通过，同时记录过载支路或断面及限额，如果稳定分析存在失稳情况，则表示稳定校核不通过。

如果稳定分析存在失稳情况，进一步分析振荡中心，并调整振荡中心的穿越功率以解决失稳问题，同时记录振荡中心支路或断面及限额。

所述步骤4所述增加安全稳定约束的方法包括：

步骤4.1、假如安全稳定校核不通过，记录的过载支路或振荡中心支路集合为

步骤4.2、统计安全稳定校核中各时点基础方式下越限支路、越限断面以及待融冰线路的有功功率值，记为初始功率；

步骤4.3、计算所有待融冰线路开断对越限线路和越限断面的开断分布因子；待融冰线路对越限线路的开断分布因子集为

支路开断分布因子计算公式如下

式中

步骤4.4、将安全稳定约束添加至步骤2的优化模型中，对于任意越限支路m来说，存在约束

对于任意越限断面m来说，存在约束

即任意时点t，任意越限支路或断面的初始功率叠加该时刻所有检修线路断开后对该越限支路或断面的功率转以后，新的功率不超过功率限额。

步骤4.5、增加安全稳定约束后则进入步骤2，进行新一轮优化求解。

步骤5具体包括：如果优化模型的求解结果通过了安全稳定校核，则表示该优化结果满足要求，计算停止并生成结果；结果包括：各融冰设备的工作安排，即从某一时间开始对某一线路进行融冰，并在某一时刻停止；该方案的融冰效果，即该方案执行后，哪些线路完成了融冰，哪些线路还没有完成；融冰过程中可能出现的安全稳定问题，即方案安排过程中增加了安全稳定约束的越限支路和越限断面。

本发明的有益效果：

本发明考虑安全稳定约束的电网输电线路融冰方案优化方法总体分为数据准备、模型建立与求解、安全稳定校核、增加安全稳定约束、结果生成五个步骤解决了现有的电网输电线路融冰方案安排中因决策过程耗时长、安全稳定校核不充分而导致的应对严重冰灾决策能力不足问题，通过构建考虑安全稳定约束的电网输电线路融冰方案优化安排方法，可以提高输电线路融冰方案安排效率，并保证电网的安全稳定运行。

解决了现有的电网输电线路融冰方案安排中因决策过程耗时长、安全稳定校核不充分而导致的应对严重冰灾决策能力不足问题。

附图说明

图1为本发明流程示意图。

具体实施方式

本发明考虑安全稳定约束的电网输电线路融冰方案优化安排方法总体分为数据准备、模型建立与求解、安全稳定校核、增加安全稳定约束、结果生成五个步骤，其总体流程包括：

步骤1、数据准备

数据准备部分主要负责收集和处理融冰方案优化安排所需要的数据，该部分涉及到的数据包括：融冰需求数据、优先融冰线路数据、相似日电网模型数据、电网负荷预测及发电计划数据、融冰装置数据等。

其中：覆冰需求数据是指融冰计划周期内(通常为24小时)关心区域中需要融冰的线路数据，还包括线路信息、覆冰厚度、融冰需时等；优先融冰线路数据是指在融冰计划周期内必须安排融冰的线路数据；相似日电网模型数据是指刻画相似日(通常取T-2，即融冰计划日的前2天)电网运行情况的电网潮流稳定模型数据；电网负荷预测及发电计划数据是指融冰计划周期内的电网负荷预测数据和发电计划数据，包括各个负荷节点逐时点(通常每15分钟一个时点，一天96个时点)的负荷大小数据以及各发电机组逐时点的机组出力大小数据；融冰装置数据是指系统中可用的融冰装置信息，包括融冰装置的类型、所在厂站、能融冰的线路等。

步骤2、建立优化模型并求解

此部分主要针对融冰方案优化安排问题建立优化模型，然后对优化模型进行求解。主要包含以下步骤：

(a)输入数据的定义

(a.1)融冰需求数据，共包含I条线路

(a.2)优先融冰线路数据，共包含J条优先融冰线路

(a.3)电网负荷预测及发电计划数据

(a.4)融冰装置数据

(b)优化变量的选取：

(b.1)融冰装置的安排状态

(c)目标函数的选取

目标函数为所有融冰装置的融冰线路最多，具体为

其中，

(d)约束条件的表达

(d.1)融冰装置约束。对于任意融冰装置z在任意时点t都存在如下约束

表示任意融冰装置在任意时点最多只能对一条线路进行融冰。

(d.2)融冰线路约束。对于

表示任意时刻最多只能有一个融冰装置对同一条线路进行融冰。

(d.3)融冰线路连续融冰时间约束。对于任意线路i，存在如下约束

其中，

(d.4)周期内融冰线路单次约束。对于任意线路i，存在如下约束

表示任意线路的所有时融冰时点不超过其融冰需求时间，即融冰次数最多为一次。

(d.5)优先融冰线路约束。对于优先融冰线路集{L

其中i属于{L

(e)优化模型的求解。该模型为典型的混合整数规划问题，可采用常用的优化求解器进行求解。得出每个融冰设备每个时点的融冰状态，从而计算出每条线路每个时点是否安排了融冰操作。

步骤3、安全稳定校核

安全稳定校核主要包括如下步骤：首先基于相似日某一时点的电网运行模型数据，将负荷替换成该时点的负荷预测数据，将发电机出力替换为该时点的发电计划数据，从而形成该时点的基础方式数据；然后基于基础方式进行潮流稳定分析，此处潮流稳定分析结果是通过的；接着根据优化安排结果，断开该时点正在进行融冰的线路，并进行潮流稳定分析，如果潮流分析存在支路/断面过载，则表示安全校核不通过，同时记录过载支路/断面及限额，如果稳定分析存在失稳情况，则表示稳定校核不通过，需进一步分析振荡中心，并尝试调整振荡中心的穿越功率，以解决失稳问题，同时记录振荡中心支路/断面及限额。

对所有时点依次完成上述过程，则完成了安全稳定校核。校核过程如果存在任何安全校核不通过及稳定校核不通过情况，则表示安全稳定校核不通过，当前线路融冰方案不可行，需要增加安全稳定约束后再次对优化模型进行求解，进入下一循环计算；否则表示安全校核通过，当前融冰方案可行，输出结果完成计算。

步骤4、增加安全稳定约束

当安全稳定校核不通过时，需要在优化模型中增加安全稳定约束。否则，不进入增加安全稳定约束的过程。

假如安全稳定校核不通过，记录的过载支路或振荡中心支路(简称“越限支路”)集合为

然后需要统计安全稳定校核中各时点基础方式下越限支路、越限断面以及待融冰线路的有功功率值，记为初始功率。其中：越限支路的初始功率集合为

接着需要计算所有待融冰线路开断对越限线路和越限断面的开断分布因子。待融冰线路对越限线路的开断分布因子集为

其中，支路开断分布因子计算公式如下

式中

最后，需要将安全稳定约束添加至步骤2中的优化模型中。具体来说，对于任意越限支路m来说，存在约束

同理，对于任意越限断面m来说，存在约束

即任意时点t，任意越限支路或断面的初始功率叠加该时刻所有检修线路断开后对该越限支路或断面的功率转以后，新的功率不超过功率限额。

增加安全稳定约束后则进入步骤2，进行新一轮优化求解。

步骤5、结果生成

如果优化模型的求解结果通过了安全稳定校核，则表示该优化结果满足要求，计算停止。此时，需要生成结果。结果主要包括：各融冰设备的工作安排，即从某一时间开始对某一线路进行融冰，并在某一时刻停止；该方案的融冰效果，即该方案执行后，哪些线路完成了融冰，哪些线路还没有完成；融冰过程中可能出现的安全稳定问题，即方案安排过程中增加了安全稳定约束的越限支路和越限断面。