專利名稱：一種用于電力系統(tǒng)在線靜態(tài)安全分析的故障排序方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用于電力系統(tǒng)在線靜態(tài)安全分析的故障排序方法，屬于電力系統(tǒng) 分析與調(diào)度技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
自上世紀60年代以來，電網(wǎng)大面積停電事故時有發(fā)生，造成了巨大的經(jīng)濟損失， 世界各國開始對電力系統(tǒng)的安全性給予了足夠的重視，電力系統(tǒng)安全性分析成為了非?；?躍的研究領域。對系統(tǒng)安全性的分析涉及到系統(tǒng)故障后的穩(wěn)態(tài)行為和暫態(tài)行為，相應的安 全分析也分為靜態(tài)安全分析和動態(tài)安全分析。電力系統(tǒng)的靜態(tài)安全分析僅考慮事故后穩(wěn)態(tài) 運行狀況的安全性，即研究系統(tǒng)中的元件開斷是否引起支路過載及母線電壓越限，并且對 應一定的過載和越限給出可供選擇的電網(wǎng)調(diào)整策略。電力系統(tǒng)處于正常安全狀態(tài)下，對給定預想事故進行篩選和嚴重度排序是靜態(tài)安 全分析的基礎內(nèi)容，故障排序已成為系統(tǒng)預警、制定預防、校正等安全控制措施的依據(jù)。目 前比較常見的網(wǎng)絡安全運行要求是N-I檢驗，但嚴格的N-I檢驗需要對全部線路進行N次 斷線分析，計算工作量很大。隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴大，運行狀況越來越復雜，因此進行在線安 全分析也變得日益重要。在線安全分析中，預想事故分析對計算速度和分析精度要求較高， 然而，在大型電力系統(tǒng)中，信息量巨大，計算復雜使得要對所有的預想事故進行計算是不實 際的。對于一個確定的電力網(wǎng)絡，事先分析潛在的事故對系統(tǒng)可能造成的破壞是預想事 故分析的主要內(nèi)容。預想事故分析的一般思路是根據(jù)系統(tǒng)的實際運行情況確定相應的預想 事故集，然后逐一進行安全性的評定。由于現(xiàn)代電網(wǎng)不斷增大的規(guī)模，再考慮到所有單一及 復合事故的發(fā)生使得預想事故的數(shù)量非常龐大，且其中多數(shù)的預想事故不會對系統(tǒng)的安全 運行造成嚴重的危害。因此預想事故的自動選擇成為預想事故分析的首要任務。預想事故 自動選擇就是在系統(tǒng)的某種運行方式下自動選出那些會引起支路潮流過載、電壓違限等危 及系統(tǒng)安全運行的預想事故，并用行為指標PI (Performance Index)表示它們對系統(tǒng)造成 危害的嚴重程度，按其由重至輕的順序排隊，給出一覽表，以便對排在前面的預想事故進行 詳盡的完全潮流分析。目前，國內(nèi)外學者已定義了多種行為指標進行故障排序，引入這些指標都是用以 表征預想事故對系統(tǒng)所致后果的嚴重程度，不同的預想事故自動選擇算法評判事故的標準 各不相同，其行為指標有不同的表達形式。以往的基于常規(guī)潮流模型的靈敏度法不需要進 行反復迭代，計算速度快，但該方法常常存在較大的誤差，難以滿足在線靜態(tài)安全分析的精 度要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對利用基于常規(guī)潮流模型的靈敏度法進行故障排序時計算精 度低的缺點，采用二次潮流模型的系統(tǒng)潮流方程，通過求取狀態(tài)變量對開斷控制變量的靈敏度進而得到行為指標的變化量，將行為指標的變化量作為評價標準進行故障排序，適用 于電力系統(tǒng)在線靜態(tài)安全分析。本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種用于電力系統(tǒng)在線靜態(tài)安全分析的故障排序方法，其特征在于包括如下步 驟 (1)選取一種故障行為指標，該指標為線路電流指標Λ. =YjwJ
L
、2>1
Vj
或為電壓
指標人=1;
W1
V1-V1
V
V J
Q1-Q1
、2
ν Qijot j
，其中W1為權(quán)重因子，I1為流
或為無功指標./0=Σ巧
7 = 1
過線路j電流模值，Ijfflax為線路j的電流極限，L為網(wǎng)絡線路總數(shù)，η為指數(shù)參數(shù)，Vj為節(jié)點 j電壓幅值，f為額定電壓，常取巧=，V_X、V_分別為節(jié)點電壓的最大值和
最小值，V1^為電壓偏差容許值，取^UN為PQ節(jié)點數(shù),Q1為節(jié)點j的無
功注入，β, =-(Qtmi,,+QimJ，Qj _、Qj min為無功注入的最大值和最小值，Q1jt0I為無功偏差
2
j，tol
容許值，=-(0/max -QnmJ ；(2)由電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到全網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)，進行狀態(tài)估計得到電網(wǎng)當前 運行點X0 ；(3)定義預想事故集，讀取一預想事故；(4)設定一開斷控制變量C，將其引入發(fā)生故障的支路參數(shù)，并對系統(tǒng)節(jié)點導納陣 進行相應修改； (5)計算對應于當前運行點X0的雅克比矩陣:
Sg(x,c)
dx
及矩陣
dc
，進而得到
系統(tǒng)狀態(tài)變量對開斷控制變量c的靈敏度
dx dc
3g(x，c)-I制Χ, C)dxΛ'ο _dcJ0 _
，其中g(shù)(x，c)為
引入開斷控制參數(shù)后基于二次潮流模型的系統(tǒng)潮流方程式；
dx(6)計算該故障下行為指標的變化量AJ = J(Xq+了(c-l),c)-J(x。,c = l);
dc(7)重復進行上述步驟(3)至(6)，根據(jù)預想事故集中的各個故障情況下行為指標 變化量AJ的數(shù)值，由大到小對各個故障進行排序。所述步驟(3)中的預想事故集包括單一支路斷線故障及多個支路斷線故障； 所述步驟(4)中的開斷控制變量c定義為c =
'1，支路正常運行時
，若線路i_j發(fā) 所述步驟(5)中的基于二次潮流模型的系統(tǒng)潮流方程是指根據(jù)基爾霍夫電流定
5律KCL，對網(wǎng)絡中各節(jié)點列寫直角坐標下的電流型潮流方程，選定待求解的變量，用向量χ 表示，χ = [Re (Vi),…，Im(Vi),…，Qa]τ，ViSfAi電壓相量，Qa為PV節(jié)點k的發(fā)電 機無功輸出量；當節(jié)點j接有負荷或發(fā)電機時，將相量Λ」=Κθ(Λρ+] πι(Λρ = Ι/ν」的實 部Re(Aj)和虛部Im(Aj)作為待求解的變量加入χ中，用公式表示為χ= [Re(Vi),…， Re(Aj),…，Im(Vi),…，Im(Aj),…，Qa]τ，將直角坐標下的電流型潮流方程寫成如下形 式g(x, c) = A[x, c]T+[x, c]B[x, c]T+b = 0其中，g(x, c)即為基于二次潮流模型的系統(tǒng)潮流方程式，A、B為常數(shù)矩陣，b為常向量。本發(fā)明的一種用于電力系統(tǒng)在線靜態(tài)安全分析的故障排序方法，先選定一種故障 行為指標，該指標為線路電流指標或為電壓指標或為無功指標，采用二次潮流模型的系統(tǒng) 潮流方程，通過求取狀態(tài)變量對開斷控制變量的靈敏度進而得到行為指標的變化量，并以 此變化量作為排序標準對預想事故進行排序。該方法能夠克服基于常規(guī)潮流模型的靈敏度 法進行故障排序時計算精度低的缺點，計算速度快，能夠滿足在線靜態(tài)安全分析的需要。


圖1是本發(fā)明的流程圖。圖2是引入開斷控制參數(shù)后的支路。圖3是實施例1的電力系統(tǒng)示意圖。圖4是實施例2的電力IEEE-24RTS系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式
參見圖1，一種用于電力系統(tǒng)在線靜態(tài)安全分析的故障排序方法，包括如下步驟
, , (1)選定一種故障行為指標J，該指標為線路電流指標J(. =^w7
V ^Zinax
或為
電壓指標
W1
V.-V, j J
ν Km j
\2n
或為無功指標Jy =W.
r一\2
rQrQj
ν Qj 擬1 J
，其中W1為權(quán)重因子，ο
< W1 < 1，I1為流過線路j電流模值，I1 _為線路j的電流極限，L為網(wǎng)絡線路總數(shù)，η為
Lj max
指數(shù)參數(shù)，Vj為節(jié)點j電壓幅值，巧為額定電壓，常取巧=+ (7,·,Vj max、Vj min分別
為節(jié)點電壓的最大值和最小值…，t()1為電壓偏差容許值，可以取=^iVjmm -Fymm)，Ν為
1
PQ節(jié)點數(shù)，Qj為節(jié)點j的無功注入，Qj --(Qjmm +QjmJ，Qj _、Qj mi 為無功注入的最大值 和最小值，Qj,tol為無功偏差容許值，-QjmJ ； (2)由電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)SCADA，英文全稱Supervisory Control And Data Acquisition得到全網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)，如網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、節(jié)點電壓、注入功率等，并由狀態(tài)估計進行數(shù) 據(jù)處理得到電網(wǎng)當前運行狀態(tài)Xtl ；
6
(3)定義預想事故集，讀取一預想事故；(4)設定一開斷控制變量C，定義為c = <
，支路正常運行時
,將其引入發(fā)生故障 (5)根據(jù)基爾霍夫電流定律KCL，對網(wǎng)絡中各節(jié)點列寫直角坐標下的電流型潮流 方程，具體形式如下 其中《，+ 乂(7 =Λ,(巧，為與節(jié)點i相連的發(fā)電機注入電流相量Iei的實 部和虛部，PGi> Qei分別為與節(jié)點i相連的發(fā)電機輸出的有功功率和無功功率，Ai = IfNi, Vi為節(jié)點i的電壓相量，C=仏與節(jié)點i的負荷電流相量IDi的實部和 虛部，PDi、Qm分別為節(jié)點i的負荷吸收的有功功率和無功功率，ej, fj分別為節(jié)點j電壓相 量、的實部和虛部，Gi/ +JBij'為引入開斷控制變量c后系統(tǒng)節(jié)點導納陣中的元素，η為 節(jié)點總數(shù)，上角標*為共軛標志。當節(jié)點i為PV節(jié)點時，需在潮流方程中引入等式2 +.力2 = V;., Vspec為PV節(jié)點電 壓設定值。選定待求解的變量，用向量χ表示，χ = [Re(Vi),…，Im(Vi),…，Qa]T，Vi為節(jié)點 i電壓相量，Qa為PV節(jié)點k的發(fā)電機無功輸出量。當節(jié)點j接有負荷或發(fā)電機時，將相量 A. = Re(A.)+j Im(Aj) = 1/V」的實部Re (Λ」)和虛部Im(Aj)也作為待求解的變量加入 χ 中，用公式表示為 χ = [Re(Vi), -,Re(Aj), -,Im(Vi), -,Im(Aj), ...，QGk]T，將直角 坐標下的電流型潮流方程寫成如下形式g(x, c) = A[x, c]T+[x, c]B[x, c]T+b = 0 向量。
其中，g(x, C)即為基于二次潮流模型的系統(tǒng)潮流方程式，A、B為常數(shù)矩陣，b為常 計算對應于當前運行點Xtl的雅克比矩陣_
Ax
狀態(tài)變量對開斷控制變量C的靈敏度f =-
dc
dx
及矩陣_
dc
，進而得到系統(tǒng)
-ι制Χ, C)dxdc、_
dx(6)計算該故障下行為指標的變化量Δ，Δ/ = ·/(χ +了(C-l),c·)-J(xQ，C = l)，其
為正常運行時對應當前運行點的行為指標值，+了發(fā)生預想故
障后對應新的運行點下的行為指標值；(7)重復進行上述步驟(3)至(6)，根據(jù)預想事故集中的各個故障情況下行為指標 變化量AJ的數(shù)值，由大到小對各個故障進行排序。實施例1 參見圖3，為4節(jié)點電力系統(tǒng)，母線1為松弛節(jié)點，每條線路的熱極限為
1. 2pu,母線3和4的電壓幅值上下限值分別為1. 05pu和0. 95pu,母線1和2所聯(lián)發(fā)電機的 無功輸出上下限分別為0. 65pu和-0. 55pu。 考慮三種行為指標，預想事故僅考慮單一支路斷線故障，采用三種方法進行故障 排序，基于線路電流指標的故障排序結(jié)果見表1-3，其中方法1為基于常規(guī)潮流模型的靈 敏度法，方法2為本發(fā)明的方法，方法3為完全交流潮流計算法。
表1基于線路電流指標的故障排序結(jié)果 表2基于電壓指標的故障排序結(jié)果
故障線路方法1方法2方法3
““Izz^5"55
1—3111
1—4333
2—4222
3—4444 表3基于無功指標的故障排序結(jié)果 \_
故障線路方法1方法2方法3
~IzjI 555““
1—3 122
1—4233
2—4311
3—4444
見表2，當選取電壓指標作為故障排序標準時，三種方法的排序結(jié)果完全相同，說 明傳統(tǒng)靈敏度法和本發(fā)明方法的排序結(jié)果都是準確的。見表1和表3，而當選取線路電流指 標或無功指標作為故障排序標準時，傳統(tǒng)靈敏度法的排序結(jié)果存在一定的誤差，而本發(fā)明 的排序結(jié)果仍然準確無誤。實施例2 參見圖4的IEEE-24RTS系統(tǒng)，選取電壓指標作為故障排序標準，預想事 故僅考慮單一支路斷線故障，應用三種方法進行故障排序，方法1為基于常規(guī)潮流模型的 靈敏度法，方法2為本發(fā)明的方法，方法3為完全交流潮流計算法，選取應用方法3排序得 到的前10個故障用于比較，見表4。表4基于電壓指標的故障排序結(jié)果 如表4所示，傳統(tǒng)的靈敏度法排序出現(xiàn)了很多錯誤，其中有三處嚴重的錯誤將三 種斷線故障6-10、15-24、3-24進行了樂觀的估計，將它們排在了前十種最嚴重故障之外。 而本發(fā)明的方法僅有一處較嚴重的錯誤，對3-24的斷線故障估計較為樂觀。除此之外，本 方法捕獲了前十種最嚴重故障的九種故障，顯示出了良好的計算精度。
權(quán)利要求
一種用于電力系統(tǒng)在線靜態(tài)安全分析的故障排序方法，其特征在于包括如下步驟(1)選取一種故障行為指標，該指標為線路電流指標或為電壓指標或為無功指標其中wj為權(quán)重因子，Ij為流過線路j電流模值，Ij max為線路j的電流極限，L為網(wǎng)絡線路總數(shù)，n為指數(shù)參數(shù)，Vj為節(jié)點j電壓幅值，為額定電壓，常取Vj max、Vj min分別為節(jié)點電壓的最大值和最小值，Vj，rol為電壓偏差容許值，取N為PQ節(jié)點數(shù)，Qj為節(jié)點j的無功注入，Qj max、Qj min為無功注入的最大值和最小值，Qj，tol為無功偏差容許值，(2)由電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到全網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)，進行狀態(tài)估計得到電網(wǎng)當前運行點x0；(3)定義預想事故集，讀取一預想事故；(4)設定一開斷控制變量c，將其引入發(fā)生故障的支路參數(shù)，并對系統(tǒng)節(jié)點導納陣進行相應修改；(5)計算對應于當前運行點x0的雅克比矩陣及矩陣進而得到系統(tǒng)狀態(tài)變量對開斷控制變量c的靈敏度其中g(shù)(x，c)為引入開斷控制參數(shù)后基于二次潮流模型的系統(tǒng)潮流方程式；(6)計算該故障下行為指標的變化量(7)重復進行上述步驟(3)至(6)，根據(jù)預想事故集中的各個故障情況下行為指標變化量ΔJ的數(shù)值，由大到小對各個故障進行排序。FSA00000194290300011.tif,FSA00000194290300012.tif,FSA00000194290300013.tif,FSA00000194290300014.tif,FSA00000194290300015.tif,FSA00000194290300016.tif,FSA00000194290300017.tif,FSA00000194290300018.tif,FSA00000194290300019.tif,FSA000001942903000110.tif,FSA000001942903000111.tif,FSA000001942903000112.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電力系統(tǒng)在線靜態(tài)安全分析的故障排序方法，其特 征在于所述步驟(3)中的預想事故集包括單一支路斷線故障及多個支路斷線故障；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電力系統(tǒng)在線靜態(tài)安全分析的故障排序方法，其特征在于所述步驟(4)中的開斷控制變量c定義為c =`1 ,支路正常運行時ι若線路i_j發(fā)
τ，將直角坐標下的電流型潮流方程寫成如下形 式g(x, c) = A[x, c]T+[x, c]B[x, c]T+b = 0其中，g(x，c)即為基于二次潮流模型的系統(tǒng)潮流方程式，A、B為常數(shù)矩陣，b為常向量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于電力系統(tǒng)在線靜態(tài)安全分析的故障排序方法，選定一種故障行為指標，該指標為線路電流指標或為電壓指標或為無功指標，采用二次潮流模型的系統(tǒng)潮流方程，通過求取狀態(tài)變量對開斷控制變量的靈敏度進而得到行為指標的變化量，并以此變化量作為排序標準對預想事故進行排序。該方法能夠克服單純依靠傳統(tǒng)的行為指標進行故障排序時計算精度低的缺點，計算準確度高、速度快，能夠滿足在線靜態(tài)安全分析的需要。
文檔編號H02H7/26GK101917001SQ20101022928
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者張健, 李國慶, 李江, 王利猛, 王振浩, 王鶴, 辛業(yè)春, 陳厚合 申請人:東北電力大學