基于eeac和轨迹灵敏度的暂态稳定约束最优潮流计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开了基于EEAC(Extended Equal Area Criterion，扩展等面积准则）和 轨迹灵敏度的暂态稳定约束最优潮流计算方法，属于电力系统暂态分析的技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，电力工业迅猛发展，电力 新技术、新措施逐步投入应用，给社会各方面带来了显著的效益。但是，由于电力体制改革 的不断深入，电网运营商为了追求更高的经济效益，使电力系统的运行点不断逼近安全稳 定边界。各区域电网间互联加强以及新技术的应用，导致电网规模和复杂性日益增大，使电 力系统的安全稳定问题越来越突出。电力系统中任任意元件发生故障，都有可能引起事故 扩大。如果电网结构不合理，或者安全自动装置不够健全，都有可能使系统陷入稳定危机， 造成稳定破坏或大面积停电，给国民经济带来重大损失。现代社会一旦发生大停电，其经济 损失可能远远超过市场竞争可能带来的经济收益甚至危及国家和社会安全。
[0003] 含暂态稳定约束的最优潮流（Transient Stability Constrained Optimal power Flow，TSCOPF)可以兼顾系统的暂态稳定性和经济性，实现了电力系统暂态稳定离线预防控 制，成为解决这一问题的有效手段。
[0004] TSCOPF抽象为数学模型后，是一个复杂的大规模非线性微分代数混合约束优化问 题。目前计算的基本解法分为两类。
[0005] 第一类方法为联立求解法，一般是将暂态微分方程差分化变为代数方程后加入最 优潮流中联立求解。如文献一《暂态稳定约束下的最优潮流》（中国电机工程学报，2005年 第25卷第12期第12页）所述。这类方法原理清晰，但是问题规模随着故障数目和系统 规模的增大，呈几何级数增长，易出现维数灾的问题。由于差分化加入最优潮流中后，最优 化问题庞大，容易出现收敛困难的问题。另外，这类方法的暂态稳定判据一般为功角阈值， 文献二《暂态稳定预防控制和优化新进展》（电力系统自动化，2004年第28卷第10期）所 述，该判据存在两个理论上的问题，一是角度稳定是否就意味着系统稳定，二是如何选取最 大相对摇摆角。
[0006] 第二类方法是分解迭代求解法，通常将TSCOPF问题分解为暂态稳定评估和最优 潮流两个子问题，将暂态稳定分析得到的约束式嵌入最优潮流问题中迭代求解。这类方法 可有效处理多故障问题、减少计算维数。如文献三《基于单机无穷大母线等值和轨迹灵敏度 的暂态稳定约束最优潮流》（中国电机工程学报，2011年第31卷第13期）所述，这类解法 可以定义系统暂态稳定裕度，可得到系统暂态稳定量化信息，便于优化。这类方法通常采用 功角门槛值作为暂态稳定约束，没有量化稳定裕度。文献三定义了一般不稳定和稳定情况 下的暂态稳定裕度，构造稳定性约束，极度失稳情况下仍采用功角门槛值构造暂态稳定性 约束，采用二次规划算法进行迭代计算。最后的算例结果仅使多个故障达到稳定，并未满足 一定的稳定性要求。由于各种随机因素的存在，必须留有一定的暂态稳定裕度。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是针对上述【背景技术】的不足，提供了基于EEAC和轨 迹灵敏度的暂态稳定约束最优潮流计算方法，将暂态稳定约束最优潮流分解为暂态稳定评 估、灵敏地分析、最有潮流三个子问题进行迭代求解，解决了现有暂态稳定约束最优潮流计 算复杂、难以收敛，以功角阈值作为稳定判据不准确以及选取最大相对摇摆角难的技术问 题。
[0008] 本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
[0009] 基于EEAC和轨迹灵敏度的暂态稳定约束最优潮流计算方法，包括如下步骤：
[0010] A.以常规最优潮流解为初始运行点计算暂态初值并设置预想故障集；
[0011] B.对预想故障集中的各故障进行暂态时域仿真、EEAC等值操作，对故障进行分 类，将满足故障稳定裕度要求的故障从预想故障集中剔除，仅当预想故障集中所有故障都 被剔除时直接输出最优解；
[0012] C.对于步骤B中不满足稳定裕度要求的故障：计算各故障的轨迹灵敏度，给出不 同类型下各故障的裕度灵敏度，并根据各故障的裕度灵敏度构建暂态稳定性约束；
[0013] D.将所述暂态稳定性约束嵌入常规最优潮流模型后得到含有简单暂态稳定约束 的最优潮流模型，重新计算常规潮流解，返回步骤A。
[0014] 进一步的，作为所述暂态稳定约束最优潮流计算方法的优化方案，步骤C中所述 暂态稳定性约束为
【主权项】
1. 基于EEAC和轨迹灵敏度的暂态稳定约束最优潮流计算方法，其特征在于，包括如下 步骤： A. 以常规最优潮流解为初始运行点计算暂态初值并设置预想故障集； B. 对预想故障集中的各故障进行暂态时域仿真、EEAC等值操作，对故障进行分类，将 满足故障稳定裕度要求的故障从预想故障集中剔除，仅当预想故障集中所有故障都被剔除 时直接输出最优解； C. 对于步骤B中不满足稳定裕度要求的故障：计算各故障的轨迹灵敏度，给出不同类 型下各故障的裕度灵敏度，并根据各故障的裕度灵敏度构建暂态稳定性约束； D. 将所述暂态稳定性约束嵌入常规最优潮流模型后得到含有简单暂态稳定约束的最 优潮流模型，重新计算常规潮流解，返回步骤A。
2. 根据权利要求1所述的基于EEAC和轨迹灵敏度的暂态稳定约束最优潮流计算方法， 其特征在于，步骤C中所述暂态稳定性约束为
，η为各故障稳定裕度构 成的向量，#为各故障裕度灵敏度构成的向量，u为系统控制变量构成的向量，Aut为系统 CU 控制变量在各故障下的变化量构成的向量，nmin为各故障稳定裕度最小值构成的向量， 各故障稳定裕度构成的向量η包括：一般失稳故障的稳定裕度nu、稳定故障的稳定 裕度n s、极度失稳故障的稳定裕度n eu:
n eu= -P a (tmin) = -min {PmE (t) -PeE (t), t>tcl}, 其中：tu为等值后系统达到DSP点的时刻，Me为发电机的等值惯性时间常数，ω E(tu)、 S E(tu)分别为tu时刻发电机的转速、功角，'为等值后系统首次达到FEP点的时刻，P a (tJ、 S E(tJ为分别为&时刻的不平衡功率、发电机功角，t min为不平衡功率达到最小值的时刻， Pa(tmin)为t min时刻的不平衡功率值，PmE(t)、PeE(t)分别为等值后发电机在t时刻的机械功 率、电磁功率，为故障清除时刻。
3. 根据权利要求2所述的基于EEAC和轨迹灵敏度的暂态稳定约束最优潮流计算方法， 其特征在于，步骤B中所述一般失稳故障的稳定裕度n u，在其暂态稳定性约束中增加校正 因子λ
其中：λ = 〇. 8~0. 9, Δ%/为系统控制变量在一般失稳故障下变化量构成的向量， η _"为一般失稳故障的稳定裕度最小值。
4. 根据权利要求2所述的基于EEAC和轨迹灵敏度的暂态稳定约束最优潮流计算方法， 其特征在于，步骤B中所述EEAC等值操作具体为：将对各故障进行暂态时域仿真得到的功 角曲线进行EEAC等值，发电机等值后的模型为：
其中：δΕ、ωΕ、ΡπΕ、ΡεΕ分别为发电机的等值功角、等值转速、等值机械功率、等值电磁功 率，Pa为等值后的不平衡功率。
5. 根据权利要求4所述的基于EEAC和轨迹灵敏度的暂态稳定约束最优潮流计算方法， 其特征在于，步骤B中所述对故障进行分类，采用如下判据： 一般失稳故障的判据
稳定故障的判据
极度失稳故障的判据：忍> ()，Vt < ? < L,/， 其中：Pa(tu)、PmE(tu)、P eE(tu)分别为tu时刻的不平衡功率、发电机机械功率、发电机 电磁功率，Pa(t)、《E(t)分别为t时刻的不平衡功率、发电机转速，h为故障开始时刻， P mE(tr)、PeE(tr)、〇E(t r)分别为tr时亥Ij发电机的机械功率、电磁功率、转速，t end为暂态时域 仿真结束时刻。
6. 根据权利要求1至5中任意一项所述的基于EEAC和轨迹灵敏度的暂态稳定约束最 优潮流计算方法，其特征在于，步骤D中采用非线性原对偶内点法求解含有简单暂态稳定 约束的最优潮流模型。
【专利摘要】本发明公开了基于EEAC和轨迹灵敏度的暂态稳定约束最优潮流计算方法，属于电力系统暂态分析的技术领域。所述方法：以常规最优潮流解为初始运行点计算暂态初值并设置预想故障集；对预想故障集中的各故障进行暂态时域仿真、EEAC等值操作，对故障进行分类，将满足故障稳定裕度要求的故障从预想故障集中剔除；计算不满足稳定裕度要求的故障的轨迹灵敏度，给出不同类型下各故障的裕度灵敏度，并根据各故障的裕度灵敏度构建暂态稳定性约束；将所述暂态稳定性约束嵌入常规最优潮流模型后得到含有简单暂态稳定约束的最优潮流模型，避免了只采用功角作为暂态稳定判据时无法量化暂态稳定性，减少了计算复杂性并解决了收敛困难的问题。
【IPC分类】G06Q50-06, G06Q10-04
【公开号】CN104766142
【申请号】CN201510190459
【发明人】赵晋泉, 钱莉
【申请人】河海大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月21日