电力系统暂态安全稳定紧急控制在线策略优化计算方法

摘要

本发明公开了一种电力系统暂态安全稳定紧急控制在线策略优化计算方法，属电力系统紧急控制技术领域。本发明基于暂态安全稳定量化分析理论，考虑控制措施代价及控制效果，提出直流系统功率紧急调制、发电机切除、负荷切除和局部电网解列的控制性能指标计算方法，根据暂态功角、电压和频率安全稳定问题的不同特点，按照控制性能指标从大到小在候选控制措施空间中选择控制措施，并根据控制后的稳态频率估算值，匹配相应的有功功率控制措施，再进行计及控制措施的暂态安全稳定量化评估，通过迭代，不断增加控制措施。本发明克服了已有的暂态安全稳定紧急控制在线策略优化算法中的不足，满足了大电网暂态安全稳定紧急控制在线策略优化计算的实际需求。

主权项

1.电力系统暂态安全稳定紧急控制在线策略优化计算方法，其特征在于，包括如下步骤:1）基于电网实时断面数据，针对安全稳定紧急控制系统所覆盖的故障，进行不考虑控制措施的暂态安全稳定量化评估，获得此时电网的暂态安全稳定参数，所述暂态安全稳定参数包括暂态功角稳定裕度η_a、暂态电压安全稳定裕度η_v、暂态频率偏移安全裕度η_f、暂态频率跌落安全裕度以及暂态频率上升安全裕度，所述暂态频率偏移安全裕度η_f等于暂态频率跌落安全裕度和暂态频率上升安全裕度两者之中的最小值；若此时的暂态功角稳定裕度η_a、暂态电压安全稳定裕度η_v以及暂态频率偏移安全裕度η_f均大于0，则认为该故障发生后不需要施加控制措施，刷新该故障的在线控制策略，结束本方法，否则进入步骤2），进行该故障的暂态安全稳定紧急控制在线控制策略优化计算，计算分为两个阶段，第一阶段是搜索到能够确保电网暂态安全稳定的控制措施，第二阶段是针对所有搜索到的控制措施进行进一步优化，从中剔除多余的控制措施；以下步骤2）至步骤16）属于第一阶段，步骤17）至步骤20）属于第二阶段；2）根据安控系统采集的电网实时数据，确定该故障的备选的控制措施，所述备选的控制措施的类型包括直流系统功率紧急调制措施、切除发电机措施、解列小电源送出电网措施、切负荷措施和解列小受端电网措施；若该故障的备选的控制措施中存在直流系统功率紧急调制措施，则根据设定的直流功率调整收敛精度ΔP_DC，将各直流系统功率紧急调制措施的直流系统输送功率紧急提升空间ΔP_up和紧急回降空间ΔP_down平均分为M和N档，使得各直流系统功率紧急调制措施的调制档位转变为由（-N，…，-1，0，1，…，M）共M+N+1个档位构成，其中若ΔP_up能被ΔP_DC整除，则M取为，否则M取为，若ΔP_down能被ΔP_DC整除，则N取为，否则N取为int$(\frac{\Delta P_{\mathrm{down}}}{\Delta P_{\mathrm{DC}}}+0.5);$进入步骤3）；3）当此时的暂态功角稳定裕度η_a小于等于0时：若该故障的备选的控制措施中存在直流系统功率紧急调制措施且至少有一个直流系统功率紧急调制措施的调制档位M或调制档位N大于0，则进入步骤4）；若该故障的备选的控制措施中没有直流系统功率紧急调制措施、或者该故障的备选的控制措施中存在直流系统功率紧急调制措施但所有直流系统功率紧急调制措施的功率紧急调制档位M和调制档位N均为0，则进入步骤6）；当此时的暂态功角稳定裕度η_a大于0时：若此时的暂态电压安全稳定裕度η_v或者暂态频率偏移安全裕度η_f小于等于0，则进入步骤11）；若此时的暂态电压安全稳定裕度η_v和暂态频率偏移安全裕度η_f均大于0，则进入步骤17）；4）首先，针对该故障的备选的控制措施中所有的调制档位M或调制档位N大于0的直流系统功率紧急调制措施，获得与每个直流系统功率紧急调制措施相对应的各个直流系统，再分别计算出主导群中所有发电机母线与每个直流系统的送端交流侧母线之间的综合电气距离以及主导群中所有发电机母线与每个直流系统的受端交流侧母线之间的综合电气距离，并按由小到大的顺序对计算出的综合电气距离进行排序，得到综合电气距离排序表；然后，根据计算出的综合电气距离分别设定每个直流系统功率紧急调制措施的功率调制方向：若主导群中所有发电机母线与某个直流系统的送端交流侧母线之间的综合电气距离小于主导群中所有发电机母线与该直流系统的受端交流侧母线之间的综合电气距离，则将与该直流系统相对应的直流系统功率紧急调制措施的功率调制方向设定为提升，否则设定为回降；最后，根据综合电气距离排序表，先选择排在最前位的综合电气距离，然后考虑能否将某个直流系统功率紧急调制措施的调制档位提升或回降一个档位，包括以下过程：4-A）当所选择的综合电气距离是主导群中所有发电机母线与某个直流系统的送端交流侧母线之间的综合电气距离且与该直流系统相对应的直流系统功率紧急调制措施的功率调制方向为提升时：若该直流系统功率紧急调制措施的当前调制档位T仍可以提升，则考虑将该直流系统功率紧急调制措施的当前调制档位提升一个档位至T+1档但是当该直流系统功率紧急调制措施的功率调制方向与该直流系统功率紧急调制措施首次设定的功率调制方向相反时除外；若该直流系统功率紧急调制措施的当前调制档位已达到最高档位M，则将该直流系统功率紧急调制措施的调制档位M设为0；当所选择的综合电气距离是主导群中所有发电机母线与某个直流系统功率的受端交流侧母线之间的综合电气距离且与该直流系统相对应的直流系统功率紧急调制措施的功率调制方向为回降时：若该直流系统功率紧急调制措施的当前调制档位T仍可以回降，则考虑将该直流系统功率紧急调制措施的当前调制档位回降一个档位至T-1档但是当该直流系统功率紧急调制措施的功率调制方向与该直流系统功率紧急调制措施首次设定的功率调制方向相反时除外；若该直流系统功率紧急调制措施的当前调制档位已达到最低档位N，则将该直流系统功率紧急调制措施的调制档位N设为0；进入过程4-B）；4-B）如果已经考虑了将某个直流系统功率紧急调制措施的调制档位提升或回降一个档位，则进入步骤5），否则：如所选择的综合电气距离不是排在最后位的综合电气距离则选择下一个紧随其后的综合电气距离并返回过程4-A），如所选择的综合电气距离是排在最后位的综合电气距离则进入步骤6）；5）进行考虑将步骤4）中所考虑的那个直流系统功率紧急调制措施的当前调制档位提升或回降一个档位以及所有已经搜索到的控制措施的暂态安全稳定量化评估，获得此时电网的暂态安全稳定参数；当此时的暂态功角稳定裕度η_a大于0时：先确认调制档位变动，若此时的暂态电压安全稳定裕度η_v和暂态频率偏移安全裕度η_f均大于0，则进入步骤17）；若此时的暂态电压安全稳定裕度η_v或者暂态频率偏移安全裕度η_f小于等于0，则进入步骤11）；当此时的暂态功角稳定裕度η_a小于等于0时：若此时的暂态功角稳定裕度η_a小于上一次确认控制措施的暂态安全稳定量化评估所获得的暂态功角稳定裕度η_a且主导群中发电机的组成又相同，则确认调制档位不变动且将此时电网的暂态安全稳定参数重置为上一次确认控制措施的暂态安全稳定量化评估所获得的暂态安全稳定参数的值并进入步骤6），否则确认调制档位变动并返回步骤4）；所述确认调制档位变动，是指将步骤4）中考虑将其当前调制档位提升的那个直流系统功率紧急调制措施的当前调制档位确认为T+1档位或者将步骤4）中考虑将其当前调制档位回降的那个直流系统功率紧急调制措施的当前调制档位确认为T-1档位；所述确认调制档位不变动，是指将步骤4）中考虑将其当前调制档位提升或回降的那个直流系统功率紧急调制措施的当前调制档位仍确认为T档位、不做变动；6）若该故障余下的备选的控制措施中存在含有主导群中发电机的切除发电机措施或者该故障余下的备选的控制措施中存在含有主导群中发电机的解列小电源送出电网措施，则进入步骤7），否则进入步骤10）；7）首先，计算出该故障余下的备选的控制措施中所有含有主导群中发电机的切除发电机措施或者含有主导群中发电机的解列小电源送出电网措施的控制性能指标；然后，按照由大到小的顺序对计算出的控制性能指标进行排序，得到控制性能指标排序表，并根据控制性能指标排序表确定切除哪台发电机或解列哪个小电源送出电网，包括以下过程：7-A）先在控制性能指标排序表中选择控制性能指标排在最前位的切除发电机措施或解列小电源送出电网措施作为待确认的控制措施；7-B）考虑待确认的控制措施以及所有已经搜索到的控制措施，计算出需要匹配的切负荷量ΔP_L.m，然后采用失步振荡中心识别方法，以振荡中心为割集将电网划分为两部分，将与余下群中发电机连接在一起的余下的备选的控制措施中的切负荷措施、解列小受端电网措施作为用于匹配的切负荷措施、解列小受端电网措施；7-C）若ΔP_L.m小于等于用于匹配的切负荷措施、解列小受端电网措施的切负荷量之和，则将待确认的控制措施作为选出的切除发电机措施或解列小电源送出电网措施，进入步骤8）；若ΔP_L.m大于用于匹配的切负荷措施、解列小受端电网措施的切负荷量之和并且待确认的控制措施不是控制性能指标排在最后位的切除发电机措施或解列小电源送出电网措施，则在控制性能指标排序表中选择控制性能指标紧随待确认的控制措施之后的下一个切除发电机措施或解列小电源送出电网措施作为新的待确认的控制措施，返回7-B）；若ΔP_L.m大于用于匹配的切负荷措施、解列小受端电网措施的切负荷量之和并且待确认的控制措施是控制性能指标排在最后位的切除发电机措施或解列小电源送出电网措施，则认为搜索不到该故障的暂态安全稳定在线控制策略，结束本方法；8）先将步骤7）中选出的切除发电机措施或解列小电源送出电网措施确认为搜索到的控制措施；接着，考虑步骤7）中过程7-B）里确定的用于匹配的切负荷措施、解列小受端电网措施对暂态电压安全稳定薄弱节点的综合影响因子及其控制代价，分别计算用于匹配的切负荷措施、解列小受端电网措施的控制性能指标，再基于负荷欠切原则，根据用于匹配的切负荷措施、解列小受端电网措施的控制性能指标按由大到小的顺序选择需要匹配的切负荷措施、解列小受端电网措施，直至若再增加1个切负荷措施或解列小受端电网措施后用于该次匹配的切负荷总量将大于ΔP_L.m时方停止选择；最后将需要匹配的切负荷措施、解列小受端电网措施也确认为搜索到的控制措施，进入步骤9）；9）进行考虑所有已经搜索到的控制措施的暂态安全稳定量化评估；当此时的暂态功角稳定裕度η_a大于0时：若此时的暂态电压安全稳定裕度η_v和暂态频率偏移安全裕度η_f均大于0，则进入步骤17）；若此时的暂态电压安全稳定裕度η_v和暂态频率偏移安全稳定裕度η_f中有一个小于等于0，则进入步骤11）；当此时的暂态功角稳定裕度η_a小于等于0时：若该故障余下的备选的控制措施中存在含有主导群中发电机的切除发电机措施或者该故障余下的备选的控制措施中存在含有主导群中发电机的解列小电源送出电网措施，则返回步骤7）；否则返回步骤3）；10）首先，以振荡中心为割集将电网划分为两部分，其中若此时的暂态功角稳定裕度η_a小于0，则划分的方法采用失步振荡中心识别方法，若此时的暂态功角稳定裕度η_a等于0，则划分的方法采用同步振荡中心识别方法；接着，若此时与余下群中发电机连接在一起的余下的备选的控制措施中没有切负荷措施和解列小受端电网措施，则认为搜索不到该故障的暂态安全稳定在线控制策略，结束本方法；否则，考虑与余下群中发电机连接在一起的余下的备选的控制措施中的切负荷措施、解列小受端电网措施对暂态电压安全稳定薄弱节点的综合影响因子及其控制代价，分别计算与余下群中发电机连接在一起的余下的备选的控制措施中的切负荷措施、解列小受端电网措施的控制性能指标，将其中控制性能指标最大的切负荷措施或解列小受端电网措施确认为搜索到的控制措施，再进行考虑所有已经搜索到的控制措施的暂态安全稳定量化评估，若此时的暂态功角稳定裕度η_a小于等于0，则返回步骤3），若此时的暂态功角稳定裕度η_a大于0，则进入步骤11）；11）若此时的暂态电压安全稳定裕度η_v大于0，则进入步骤13），否则进入步骤12）；12）考虑余下的备选的控制措施中的切负荷措施、解列小受端电网措施对暂态电压安全稳定薄弱节点的综合影响因子及其控制代价，分别计算余下的备选的控制措施中的切负荷措施、解列小受端电网措施的控制性能指标，将其中控制性能指标最大的切负荷措施或者解列小受端电网措施确认为搜索到的控制措施，再进行考虑所有已经搜索到的控制措施的暂态安全稳定量化评估，若此时的暂态功角稳定裕度η_a小于等于0，则返回步骤3），若此时的暂态功角稳定裕度η_a大于0，则返回步骤11）；13）若此时的暂态频率偏移安全裕度η_f大于0，则进入步骤17），否则进入步骤14）；14）若此时的暂态频率跌落安全裕度小于等于0，则考虑余下的备选的控制措施中的切负荷措施、解列小受端电网措施对暂态频率跌落安全薄弱节点的综合影响因子及其控制代价，分别计算余下的备选的控制措施中的切负荷措施、解列小受端电网措施的控制性能指标，将其中控制性能指标最大的切负荷措施或者解列小受端电网措施确认为搜索到的控制措施，进入步骤15）；若此时的暂态频率跌落安全裕度大于0，直接进入步骤15）；15）若此时的暂态频率上升安全裕度小于等于0，则考虑余下的备选的控制措施中的切除发电机措施、解列小电源送出电网措施对暂态频率上升安全薄弱节点的综合影响因子及其控制代价，分别计算余下的备选的控制措施中的切除发电机措施、解列小电源送出电网措施的控制性能指标，将其中控制性能指标最大的切除发电机措施或解列小电源送出电网措施确认为搜索到的控制措施，进入步骤16）；若此时的暂态频率上升安全裕度大于0，直接进入步骤16）；16）进行考虑所有已经搜索到的控制措施的暂态安全稳定量化评估；若此时的暂态功角稳定裕度η_a小于等于0，则返回步骤3），若此时的暂态功角稳定裕度η_a大于0，则返回步骤11）；17）按照控制代价由大到小的顺序对第一阶段中所有已经搜索到的控制措施进行排序，并用所有已经搜索到的控制措施建立控制措施集，进入步骤18）；18）将控制措施集作为该故障的暂态安全稳定紧急控制在线控制策略，刷新该故障的在线控制策略，进入步骤19）；19）若该故障的暂态安全稳定紧急控制在线控制策略优化计算的时间已大于设定值或者已经对所有已经搜索到的控制措施进行了剔除后的暂态安全稳定校核，则结束本方法，否则进入步骤20）；20）按照控制措施的排序逐个剔除控制措施，并进行减少控制措施后的暂态安全稳定校核；若电网仍能保持暂态安全稳定，则从控制措施集中剔除相应的控制措施，并更新控制措施集，返回步骤18）；若电网失去暂态安全稳定，则确认该控制措施不能剔除，返回步骤19）。