计及暂态和静态安全稳定约束的在线紧急控制决策方法

摘要

本发明公开了一种计及暂态和静态安全稳定约束的在线紧急控制决策方法，属于电力系统安全稳定紧急控制技术领域。本发明针对大电网多类安全稳定问题交织且在线决策时间短的特点，提出根据不同的安全稳定问题选择不同类型的控制措施，并按控制性能指标分别对各类控制措施进行筛选，再对筛选后不同可控设备的措施进行枚举组合，并基于功率灵敏度的过载安全校核和基于功率频率特性的稳态频率安全校核对枚举组合措施进行筛选，最后采用集群计算模式对筛选后的枚举组合措施进行暂态和静态安全稳定量化评估，结合安全稳定问题分类优先的计算策略，实现了计及暂态和静态安全稳定约束的在线紧急控制的快速、优化决策。

主权项

计及暂态和静态安全稳定约束的在线紧急控制决策方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据安控系统的控制策略模型，以及安控系统的压板状态、定值和实测信息，生成与安控系统所防御的预想故障所对应的可控措施集CC，并将预想故障下计及暂态和静态安全稳定约束的在线紧急控制措施集OC置为空集，将待校核的控制措施组合增量集CA置为空集，将待校核的控制措施组合集CB置为不需要采取控制措施的集合，进入步骤2)；所述可控措施包括可控设备、控制方向和控制量；2)针对通过电网运行断面数据整合得到的最新的电网运行状态S₀，进行安控系统所防御的预想故障下的暂态安全稳定TSS量化评估和静态安全稳定SSS量化评估，将TSS和SSS量化评估结果记为TSR，若该预想故障的TSS和SSS都满足安全稳定要求，则将CB作为OC，结束本方法，否则，将相应的基于SSS量化评估得到的电网运行状态记为S₁，进入步骤3)；所述TSS包括暂态功角稳定TAS、暂态电压稳定TVS、暂态电压跌落安全TVDS、暂态频率跌落安全TFDS和暂态频率上升安全TFRS；所述TAS的量化评估是指通过计算得到TAS的主导模式W_tsa及其裕度η_a，对于由直流系统互联构成的异步电网，还包括各个同步电网的TAS的主导模式W_tsa.i及其裕度η_a.i，其中，i＝1,2,…,n，n为同步电网的数目，将n个同步电网中任一个TAS主导模式的裕度最小的同步电网确定为TAS关键电网，且W_tsa、η_a分别为TAS关键电网的TAS主导模式和裕度；所述主导模式包括振荡中心、发电机分群、负荷分群以及发电机的参与因子和负荷的参与因子，其中，领前群中发电机的参与因子以及滞后群中负荷的参与因子为正，滞后群中发电机的参与因子以及领前群中负荷的参与因子为负；所述TVS的量化评估是指通过计算得到TVS的关键负荷集W_tvs及关键负荷的裕度，所述TVS的关键负荷是指其TVS裕度与TVS主导关键负荷TVS裕度η_tvs之差小于设定值的负荷，所述TVS主导关键负荷是指在所有负荷中TVS裕度最小的负荷；所述TVDS的量化评估是指通过计算得到TVDS的关键节点集W_tvd及关键节点的裕度，所述TVDS的关键节点是指其TVDS裕度与TVDS主导关键节点TVDS裕度η_tvd之差小于设定值的节点，所述TVDS主导关键节点是指在所有节点中TVDS裕度最小的节点；所述TFDS的量化评估是指通过计算得到TFDS的关键节点及关键发电机集W_tfd及关键节点和关键发电机的裕度，所述TFDS的关键节点或关键发电机是指其TFDS裕度与TFDS主导关键点TFDS裕度η_tfd之差小于设定值的节点或发电机，所述TFDS主导关键点是指在所有节点和发电机中最小TFDS裕度的节点或发电机；所述TFRS的量化评估是指通过计算得到TFRS的关键节点及关键发电机集W_tfr及关键节点和关键发电机的裕度，所述TFRS的关键节点或关键发电机是指其TFRS裕度与TFRS主导关键点TFRS裕度η_tfr之差小于设定值的节点或发电机，所述TFRS主导关键点是指在所有节点和发电机中TFRS裕度最小节点或发电机；所述SSS包括设备过载安全OLS、电压偏移安全和频率偏移安全，其中电压偏移安全又分为电压越下限安全VLLS和电压越上限安全VULS，频率偏移安全也分为频率越下限安全FLLS和频率越上限安全FULS；所述OLS的量化评估是指通过计算得到OLS的关键设备集W_ol及关键设备的裕度，所述OLS的关键设备是指其OLS裕度与OLS主导关键设备OLS裕度η_ol之差小于设定值的设备，所述OLS主导关键设备是指在所有设备中OLS裕度最小的设备；所述VLLS的量化评估是指通过计算得到VLLS的关键节点集W_vl及关键节点的裕度，所述VLLS的关键节点是指其VLLS裕度与VLLS主导关键节点VLLS裕度η_vl之差小于设定值的节点，所述VLLS主导关键节点是指在所有节点中VLLS裕度最小的节点；所述VULS的量化评估是指通过计算得到VULS的关键节点集W_vu及关键节点的裕度，所述VULS的关键节点是指其VULS裕度与VULS主导关键节点VULS裕度η_vu之差小于设定值的节点，所述VULS主导关键节点是指在所有节点中VULS最小的节点；所述FLLS的量化评估是指通过计算得到FLLS的裕度η_fl，对于由直流系统互联构成的异步电网，还包括各个同步电网的FLLS裕度η_fl.i，其中，i＝1,2,…,n，η_fl为各个同步电网的FLLS裕度中的最小值；所述FULS的量化评估是指通过计算得到FULS的裕度η_fu，对于由直流系统互联构成的异步电网，还包括各个同步电网的FULS裕度η_fu.i，其中，i＝1,2,…,n，η_fu为各个同步电网的FULS裕度中的最小值；所述TSS和SSS都满足安全稳定要求是指TAS、TVS、TVDS、TFDS、TFRS、OLS、VLLS、VULS、FLLS和FULS共10类安全稳定的裕度都分别大于等于相应的满足安全稳定要求的裕度门槛值a_m，其中，m＝1,2,3,…,10，m等于1时，a₁代表TAS的裕度门槛值，m等于2时，a₂代表TVS的裕度门槛值，m等于3时，a₃代表TVDS的裕度门槛值，m等于4时，a₄代表TFDS的裕度门槛值，m等于5时，a₅代表TFRS的裕度门槛值，m等于6时，a₆代表OLS的裕度门槛值，m等于7时，a₇代表VLLS的裕度门槛值，m等于8时，a₈代表VULS的裕度门槛值，m等于9时，a₉代表FLLS的裕度门槛值，m等于10时，a₁₀代表FULS的裕度门槛值；3)将待组合的直流系统功率紧急调制措施集TD置为空集，将待组合的电容器/电抗器投退措施集TX置为空集，将待组合的发电机切除措施集TG置为空集，将待组合的负荷切除措施集TL置为空集，进入步骤4)；4)若CB中所有控制措施组合的η_a都小于a₁，则从中选取η_a最大的控制措施组合，作为OC，并根据OC更新TSR、S₁和CC，进入步骤5)；若CB中所有控制措施组合的η_a大于等于a₁的控制措施组合中有η_tvs小于a₂或η_tvd小于a₃的控制措施组合，则从这些控制措施组合中选取η_tvs与η_tvd之和最大的控制措施组合，作为OC，并根据OC更新TSR、S₁和CC，进入步骤6)；若CB中所有控制措施组合的η_a大于等于a₁且η_tvs大于等于a₂且η_tvd大于等于a₃的控制措施组合中有η_tfd小于a₄或η_tfr小于a₅的控制措施组合，则从这些控制措施组合中选取η_tfd与η_tfr之和最大的控制措施组合，作为OC，并根据OC更新TSR、S₁和CC，进入步骤6)；若CB中所有控制措施组合的η_a大于等于a₁且η_tvs大于等于a₂且η_tvd大于等于a₃且η_tfd大于等于a₄且η_tfr大于等于a₅的控制措施组合中有η_ols小于a₆的控制措施组合，则从这些控制措施组合中选取η_ols最大的控制措施组合，作为OC，并根据OC更新TSR、S₁和CC，进入步骤10)；若CB中所有控制措施组合的η_a大于等于a₁且η_tvs大于等于a₂且η_tvd大于等于a₃且η_tfd大于等于a₄且η_tfr大于等于a₅且η_ols大于等于a₆的控制措施组合中有η_vl小于a₇或η_vu小于a₈的控制措施组合，则从这些控制措施组合中选取η_vl与η_vu之和最大的控制措施组合，作为OC，并根据OC更新TSR、S₁和CC，进入步骤10)；否则，从CB中所有控制措施组合的η_a大于等于a₁且η_tvs大于等于a₂且η_tvd大于等于a₃且η_tfd大于等于a₄且η_tfr大于等于a₅且η_ols大于等于a₆且η_vl大于等于a₇且η_vu大于等于a₈的控制措施组合中选取η_fl与η_fu之和最大的控制措施组合，作为OC，并根据OC更新TSR、S₁和CC，进入步骤14)；5)针对CC中送、受端交流节点都在TAS关键电网内的各个直流系统，以W_tsa中领前群发电机参与因子为权值，分别计算出S₁下领前群中各个发电机节点与送端交流节点之间电气距离倒数的加权和Y₁，以及与受端交流节点之间电气距离倒数的加权和Y₂；若|Y₁|/|Y₂|大于设定的大于1的参数b₁，则将CC中与该直流系统相关的功率紧急提升措施加入到TD中，并将(|Y₁|‑|Y₂|)作为这些措施的TAS控制性能指标；若|Y₂|/|Y₁|大于b₁，则将CC中与该直流系统相关的功率紧急回降措施加入到TD中，并将(|Y₂|‑|Y₁|)作为这些措施的TAS控制性能指标；针对CC中送、受端交流节点不在同一个同步电网内且其中有一个同步电网是TAS关键电网的各个直流系统，以其送端同步电网的TAS主导模式振荡中心为界将送端同步电网的交流节点划分为两个集合，以其受端同步电网的TAS主导模式振荡中心为界将受端同步电网的交流节点也划分为两个集合，若直流系统的送端交流节点与送端同步电网的TAS主导模式中领前群发电机节点属于同一个集合，且直流系统的受端交流节点与受端同步电网的TAS主导模式中滞后群发电机节点属于同一个集合，则将CC中与该直流系统相关的功率紧急提升措施加入到TD中，并以W_tsa中领前群发电机参与因子为权值，计算出S₁下领前群中各个发电机节点与位于TAS关键电网的直流系统的送端交流节点或受端交流节点之间电气距离倒数的加权和Y₃，将|Y₃|作为这些措施的TAS控制性能指标；若直流系统的送端交流节点与送端同步电网的TAS主导模式中滞后群发电机节点属于同一个集合，且直流系统的受端交流节点与受端同步电网的TAS主导模式中领前群发电机节点属于同一个集合，则将CC中与该直流系统相关的功率紧急回降措施加入到TD中，并以W_tsa中领前群发电机参与因子为权值，计算出S₁下领前群中各个发电机节点与位于TAS关键电网的直流系统的送端交流节点或受端交流节点之间电气距离倒数的加权和Y₄，并将|Y₄|作为这些措施的TAS控制性能指标；将TD中控制性能指标与TD中所有措施控制性能指标中的最大值之比小于设定参数c₁的措施剔除；针对CC中属于W_tsa领前群发电机的各个发电机切除措施，将其在W_tsa中的参与因子与单位发电机有功出力控制代价的比值，作为各个发电机切除措施的TAS控制性能指标，并将相应的发电机加入TG中；将TG中控制性能指标与TG中所有措施控制性能指标中的最大值之比小于设定参数c₂的措施剔除；所述单位发电机有功控制代价是指发电机切除措施的控制代价与发电机有功出力的比值；针对CC中属于W_tsa滞后群负荷的各个负荷切除措施，将其在W_tsa中的参与因子与单位负荷有功控制代价的比值，作为各个负荷切除措施的TAS控制性能指标，并将相应的负荷切除措施加入TL中；将TL中控制性能指标与TL中所有措施控制性能指标中的最大值之比小于设定参数c₃的措施剔除；所述单位负荷有功控制代价是指负荷切除措施的控制代价与负荷有功的比值；进入步骤15)；6)将只考虑TVS和TVDS的待组合的负荷切除措施集TLV置为空集，将只考虑TFDS和TFRS的待组合的负荷切除措施集TLF置为空集，进入步骤7)；7)若OC的η_tvs小于a₂或η_tvd小于a₃，则进行以下处理后进入步骤8)，否则，进入步骤8)；针对CC中的各个电容器投入/电抗器退出措施，计及W_tvs中关键负荷的裕度，根据S₁下电容器投入/电抗器退出措施对W_tvs中关键负荷接入节点电压的灵敏度，分别计算出各个电容器投入/电抗器退出措施对TVS的控制性能指标X_tvs，计及W_tvd中关键节点的裕度，根据S₁下电容器投入/电抗器退出措施对W_tvd中关键节点电压的灵敏度，分别计算出各个电容器投入/电抗器退出措施对TVDS的控制性能指标X_tvd；针对CC中各个电容器投入/电抗器退出措施，分别将其X_tvs与X_tvd之和，作为其对TVS和TVDS的控制性能综合指标，若该控制性能综合指标大于0，则将该措施加入到TX中；将TX中控制性能综合指标与TX中所有措施控制性能综合指标中的最大值之比小于设定参数c₄的措施剔除；针对CC中各个负荷切除措施，计及W_tvs中关键负荷的裕度和负荷切除措施的单位负荷有功控制代价，根据S₁下负荷切除措施对W_tvs中关键负荷接入节点电压的灵敏度，分别计算出各个负荷切除措施对TVS的控制性能指标L_tvs；计及W_tvd中关键节点的裕度和负荷切除措施的单位负荷有功控制代价，根据S₁下负荷切除措施对W_tvd中关键节点电压的灵敏度，分别计算出各个负荷切除措施对TVDS的控制性能指标L_tvd；针对CC中各个负荷切除措施，分别将其L_tvs与L_tvd之和，作为其对TVS和TVDS的控制性能综合指标，若该控制性能综合指标大于0，则将该措施加入到TLV中；将TLV中控制性能综合指标与TLV中所有措施控制性能综合指标中的最大值之比小于设定参数c₅的措施剔除；8)若OC的η_tfd小于a₄或η_tfr小于a₅，则进行以下处理后进入步骤9)，否则，进入步骤9)；针对CC中的各个直流系统，计及W_tfd中关键节点/发电机的裕度，分别计算出S₁下W_tfd中关键节点/发电机节点与送端交流节点之间电气距离倒数的加权和Y_dfd1,以及W_tfd中关键节点/发电机节点与受端交流节点之间电气距离倒数的加权和Y_dfd2，计及W_tfr中关键节点/发电机的裕度，分别计算出S₁下W_tfr中关键节点/发电机节点与送端交流节点之间电气距离倒数的加权和Y_dfr1,以及W_tfr中关键节点/发电机节点与受端交流节点之间电气距离倒数的加权和Y_dfr2；当OC的η_tfd小于等于η_tfr时，若|Y_dfd1|大于b₁|Y_dfr1|、|Y_dfd1|大于b₁|Y_dfd2|和|Y_dfr2|大于b₁|Y_dfd2|，则将CC中与该直流系统相关的功率紧急回降措施加入到TD中，将(|Y_dfd1|‑|Y_dfd2|)作为该措施的控制性能指标；若|Y_dfd1|/|Y_dfr1|、|Y_dfd1|/|Y_dfd2|和|Y_dfr2|/|Y_dfd2|都小于1/b₁，则将CC中与该直流系统相关的功率紧急提升措施加入到TD中，并将(|Y_dfd2|‑|Y_dfd1|)作为该措施的控制性能指标；当OC的η_tfd大于η_tfr时，若|Y_dfr1|大于b₁|Y_dfd1|、|Y_dfr1|大于b₁|Y_dfr2|和|Y_dfd2|大于b₁|Y_dfr2|，则将CC中与该直流系统相关的功率紧急提升措施加入到TD中，将|Y_dfr1|‑|Y_dfr2|作为该措施的控制性能指标；若|Y_dfr1|/|Y_dfd1|、|Y_dfr1|/|Y_dfr2|和|Y_dfd2|/|Y_dfr2|都小于1/b₁，则将CC中与该直流系统相关的功率紧急回降措施加入到TD中，并将(|Y_dfr2|‑|Y_dfr1|)作为该措施的控制性能指标；将TD中控制性能指标与TD中所有措施控制性能指标中的最大值之比小于设定参数c₁的措施剔除；当OC的η_tfr小于a₅时，首先针对CC中的各个发电机切除措施，计及W_tfr中关键节点/发电机的裕度，分别计算出S₁下W_tfr中关键节点/发电机节点与发电机切除措施所连接的节点之间电气距离倒数的加权和Y_gfr，计及W_tfd中关键节点/发电机的裕度，分别计算出S₁下W_tfd中关键节点/发电机节点与发电机切除措施所连接的节点之间电气距离倒数的加权和Y_gfd；若|Y_gfr|大于b₁|Y_gfd|，则将该发电机切除措施加入到TG中，并将(|Y_gfr|‑|Y_gfd|)与该措施单位发电机有功出力控制代价的比值作为其控制性能指标；然后，将TG中控制性能指标与TG中所有措施控制性能指标中的最大值之比小于设定参数c₁的措施剔除；当OC的η_tfd小于a₄时，首先针对CC中的各个负荷切除措施，计及W_tfd中关键节点/发电机的裕度，分别计算出S₁下W_tfd中关键节点/发电机节点与负荷切除措施所连接的节点之间电气距离倒数的加权和Y_lfd，计及W_tfr中关键节点/发电机的裕度，分别计算出S₁下W_tfr中关键节点/发电机节点与负荷切除措施所连接的节点之间电气距离倒数的加权和Y_lfr；若|Y_lfd|大于b₁|Y_lfr|，则将该负荷切除措施加入到TLF中，并将(|Y_lfd|‑|Y_lfr|)与该措施单位负荷有功出力控制代价的比值作为其控制性能指标；然后，将TLF中控制性能指标与TLF中所有措施控制性能指标中的最大值之比小于设定参数c₁的措施剔除；9)将TLV与TLF的并集作为TL，进入步骤15)；10)将只考虑OLS的待组合的负荷切除措施集TLO置为空集，将只考虑VLLS和VULS的待组合的负荷切除措施集TLSV置为空集，进入步骤11)；11)若OC的η_ols小于a₆，则进行以下处理后进入步骤12)，否则，进入步骤12)；针对CC中各个直流系统功率紧急调制措施，基于S₁下直流系统功率紧急调制措施对W_ol中关键设备的有功功率灵敏度，计及W_ol中关键设备的裕度，分别计算出各个直流系统功率紧急调制措施对OLS的控制性能指标D_ols，将控制性能指标大于0的直流系统功率紧急调制措施加入到TD中；将TD中控制性能指标与TD中所有措施控制性能指标中的最大值之比小于设定参数c₆的措施剔除；针对CC中各个发电机切除措施，基于S₁下发电机切除措施对W_ol中关键设备的有功功率灵敏度，计及W_ol中关键设备的裕度和发电机切除措施的单位发电机有功出力控制代价，分别计算出各个发电机切除措施对OLS的控制性能指标G_ols，将控制性能指标大于0的发电机切除措施加入到TG中；针对CC中各个负荷切除措施，基于S₁下负荷切除措施对W_ol中关键设备的有功功率灵敏度，计及W_ol中关键设备的裕度和负荷切除措施的单位负荷有功控制代价，分别计算出各个负荷切除措施对OLS的控制性能指标L_ols，将控制性能指标大于0的负荷切除措施加入到TLO中；若TG非空或TLO非空，则将TG中控制性能指标与TG和TLO二者中所有措施控制性能指标中的最大值之比小于设定参数c₇的措施剔除，将TLO中控制性能指标与TG和TLO二者中所有措施控制性能指标中的最大值之比小于设定参数c₇的措施剔除；12)若OC的η_vl小于a₇或η_vu小于a₈，则进行以下处理后进入步骤13)，否则，进入步骤13)；针对CC中的各个电容器/电抗器投退措施，计及W_vl中关键节点的裕度，根据S₁下电容器/电抗器投退措施对W_vl中关键节点电压的灵敏度，分别计算出各个电容器/电抗器投退措施对VLLS的控制性能指标X_vl，计及W_vu中关键节点的裕度，根据S₁下电容器/电抗器投退措施对W_vu中关键节点电压的灵敏度，分别计算出各个电容器/电抗器投退措施对VULS的控制性能指标X_vu；当OC的η_vl小于等于η_vu时，若X_vl大于b₂|X_vu|，则将该措施加入到TX中，并将(X_vl‑|X_vu|)作为该措施的控制性能指标，其中b₂为设定的大于1参数；当OC的η_vl大于η_vu时，若X_vu大于b₂|X_vl|，则将该措施加入到TX中，并将(X_vu‑|X_vl|)作为该措施的控制性能指标；将TX中控制性能指标与TX中所有措施控制性能指标中的最大值之比小于设定参数c₈的措施剔除；当OC的η_vl小于a₇时，首先针对CC中各个负荷切除措施，计及W_vl中关键节点的裕度和负荷切除措施的单位负荷有功控制代价，根据S₁下负荷切除措施对W_vl中关键节点电压的灵敏度，计算出各个负荷切除措施对VLLS的控制性能指标L_vl，计及W_vu中关键节点的裕度和负荷切除措施的单位负荷有功控制代价，根据S₁下负荷切除措施对W_vu中关键节点电压的灵敏度，计算出各个负荷切除措施对VULS的控制性能指标L_vu；若L_vl大于b₂|L_vu|，则将该措施加入到TLSV中，并将(L_vl‑|L_vu|)作为该措施的控制性能指标；然后，将TLSV中控制性能指标与TLSV中所有措施控制性能指标中的最大值之比小于设定参数c₉的措施剔除；13)将TLO与TLSV的并集作为TL，进入步骤15)；14)将CC中送、受端交流节点不在同一个同步电网的各个直流系统相关功率紧急调制措施加入到TD中，将CC中所有发电机切除措施加入到TG中，将CC中所有负荷切除措施加入到TL中，进入步骤15)；15)若TD非空或TX非空或TG非空或TL非空，则首先针对TD、TX、TG和TL中紧急控制措施进行枚举组合，得到CA，并剔除其中有两个及以上紧急控制措施所对应的可控设备相同的组合措施；然后，通过设备过载安全校核和稳态频率安全校核，对CA中组合措施进行筛选，进入步骤16)，否则，认为搜索不到OC，结束本方法；16)若CA非空，则按控制代价由小到大的顺序对CA中组合措施进行排序，其中，对于控制代价相同的组合措施，优先按组合措施中各个措施相对于OC的有功控制量的增量之和由小到大排序，再对其中有功控制量之和相等的组合措施按其各个措施相对于OC的无功控制量的增量之和由小到大排序，进入步骤17)，否则，认为搜索不到OC，结束本方法；其中，直流系统功率紧急调制措施和电容器/电抗器投退措施的控制代价置为0；17)分别将CA中各个控制措施组合与OC的并集作为一个待校核的控制措施组合，生成CB，并将其中控制措施组合在CA中的排序号作为相应的待校核的控制措施组合的排序号，针对S₀，将安控系统所防御的预想故障下分别考虑CB中各个待校核的控制措施组合实施后的TSS量化评估和SSS量化评估作为一个计算任务，并按待校核的控制措施组合的排序对相应的计算任务进行排序，形成调度队列，提交给集群系统进行并行计算；在并行计算过程中，若控制代价小的待校核的控制措施组合能够确保该预想故障的TSS和SSS都满足安全稳定要求，则终止所有控制代价大于该控制代价的待校核的控制措施组合的计算任务；待所有计算任务完成，进入步骤18)；18)若CB中有待校核的控制措施组合能够确保该预想故障的TSS和SSS都满足安全稳定要求，则将其中控制代价最小的待校核的控制措施组合作为最终的OC，结束本方法，否则，进入步骤3)。