专利名称：电力系统恢复中减小环网并列合闸角的最优控制方法
技术领域：
本发明涉及一种电力系统恢复中减小环网并列合闸角的最优控制方法。
背景技术：
大停电后的电力系统恢复是一个复杂的控制与决策问题，且存在一系列的相关问题[文献 1，ADIBI M M.Power system restoration :methodologies&implementationstrategies [Μ], New York : IEEE Press，2000.]。环网并列操作时，待并列线路两端过大的电压相角差(standing phase angle, SPA)，即合闸角，就是其中的一个重要问题[文献 2, ADIBI M M, KAFKAR J.Power system restoration issues [J]. IEEE ComputerApplications in Power, 1991,4 (2) : 19-24.]。如果在合闸角过大时进行并列操作，则会对附近的系统设备造成损坏，甚至再次发生停电事故。因此，在进行环网并列操作之前，需要将合闸角减小到允许的范围内。对于恢复期间的环网并列操作，通常由调度员根据预案和以往处理类似事故的经验进行处理。然而，大停电场景与正常运行工况存在很大的差别，已有的恢复预案也不能涵盖电网的所有停电场景。鉴于合闸角调整的复杂性[文献3，薛禹胜，王昊昊，DONGa^oyang，等.电力市场环境下互联电网恢复控制的评述[J].电力系统自动化，2007，31(21) :110-115.]，无论在恢复预案制定期间还是在恢复期间，都需要环网并列操作的辅助决策信息。目前，已有多种环网并列合闸角控制方法，用以指导调度和运行人员快速地实现环网并列操作。这些方法中，以发电机有功出力调整为主要的控制手段，辅以切除少量负荷；以系统运行安全性和合闸角限值为约束条件。其中，运行安全性约束包括发电机有功出力和无功出力上下限值、节点电压上下限值和线路最大传输功率，等。目标函数主要是发电机有功出力调整量平方和最小，有的还附加参与调整机组数量最少的要求。[文献4，WUNDERLI CHS, ADIBI M M, FISCHL R, et al. An approach to standing phase anglereduction [J], IEEE Trans on Power Systems, 1994,9(1) :470-478.]、[文献 5，MARTINSN,0LIVEIRA E J de,PEREIRA J L R,et al. Reducing standing phase angle via interiorpoint optimum power flow for improved system restoration[C]//Proceedings ofIEEE PES Power System Conference and Exposition,2004,New York，USA :404-408.]禾口[文献 6，YUAN R, LING J, ZHANG Z, et al. A genetic algorithm method for standingphase angle reduction in power system restoration[C]//Proceedings of 2010 IEEEPower and Energy Society General Meeting Minneapolis, 2010, USA :1_6.]分别米用数学规划和遗传算法，通过求解包含系统运行安全性和合间角约束的优化问题，得到减小合闸角控制策略。[文献 7，HAZARIKA D, SINHA A K. Standing phase angle reductionfor power system restoration[J]. IEEE Proceedings-Generation, Transmission andDistribution, 1998,145(1) :82-88.]、[文献 8，HAZARIKAD，SINHA A K. An algorithm forstanding phase angle reduction for power system restoration[J]. IEEE Trans onPower Systems, 1999，14(4) :1213-1218.]、[文献 9，KETABI A, RANJBAR A Μ, FEUILLETR.New approach to standing phase angle reduction for power system restoration[J].European Transactions on Electric Power, 2002,12(4) :301-307.]基于灵敏度分析，将待并列线路两端合闸角的变化近似表示为发电机有功出力调整量的线性组合，通过启发式搜索得到参加调整的最小数量发电机及其有功出力调整量。上述以发电机有功出力调整作为控制变量减小合闸角的方法，对于仅有停运线路而无负荷损失的常规环网并列操作中合闸角的控制是适宜的。在大停电后系统恢复过程中，由于负荷尚未完全恢复，如果在增加发电机出力的同时，选择性地投入对减小合闸角具有较大灵敏度、重要性高的负荷，实现合闸角调控与负荷恢复的协调，在较短时间内达到环网并列条件的同时，也实现了对部分重要负荷的恢复，这显然能够提高恢复效率，加快恢复进程，减小停电损失。众所周知，有功功率在线路上传输会产生电压降落，使得受端电压的相角大于送端。对于结构简单、潮流走向明确的系统，基于对电网结构的分析和潮流分布的把握，合闸角调控的思路为首先，根据节点电压的相角大小，在待并列线路两侧将电网分为受端和送端，受端电压相角小，送端电压相角大；然后，利用降低送端到受端有功功率的方法，即可减小待并列线路两端的合闸角。具体地，在送端可投入对减小合闸角有效的停电负荷，在受端选择对减小合闸角有效的机组并增加有功出力。由于系统在恢复期间不可能有充裕的功率备用，对于规模较大、结构复杂的电网，如何选择对减小合闸角最有效的机组、最有效且重要性高的负荷，并以最少的调控对象和调整量完成合闸角的调控，是上述调控思想的应用难点。此外，在大停电后的系统恢复过程中，自动发电控制系统往往不可用[文献4]，发电机有功调整需要调度和运行人员的多次交互并通过手动操作完成。因此，在减小合闸角的过程中，为减轻调度和运行人员的负担，应尽量使参与调整的发电机数量最少。文献[7-9]按照发电机有功调整量对减小合闸角的灵敏度大小逐一增加参与调整的发电机数量，直至合闸角减小到设定值。文献[4]首先假设全部发电机参与减小合闸角的调控过程，得到发电机调整量；然后按照调整量大的发电机优先参与调整的原则，逐一增加发电机数量，直至达到调控目标。以上确定参与调整最小数量发电机的方法存在一定的不足①在逐一增加发电机的过程中，需要重新计算发电机有功调整量；②在文献[4]方法中，可能会出现有功出力可调整范围较小但对减小合闸角具有较高灵敏度的发电机，不能优先参与调整的情况。
发明内容
本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种电力系统恢复中减小环网并列合闸角的最优控制方法，它以增加发电机有功出力和投入负荷作为控制变量，计及待恢复负荷的重要性，通过求解混合整数规划模型，得到减小环网并列线路两端过大电压相角差的最优控制量，利用二分法原理确定参与调整最小数量的发电机。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种电力系统恢复中减小环网并列合闸角的最优控制方法，步骤为步骤1，选择受端电网中的全部发电机增加有功出力和投入送端电网中待恢复的负荷作为控制变量，计及待恢复负荷的重要性，建立减小环网并列线路两端过大电压相角 差的混合整数规划模型；步骤2，由计算得到的发电机有功出力调整情況，判断參与调控的发电机数量是否 达到最小；如果达到，则转步骤7 ；否则，转下一歩；步骤3，对于增加有功出力且有功出力没有达到出力上限的发电机，计算增加有功 出力对减小合闸角的灵敏度，并由高到低排序；步骤4，利用二分原理，选择序列中的灵敏度较高的部分发电机參与合闸角调控， 转下一歩；步骤5，再次利用步骤1的优化模型，得到这部分发电机有功出力的调整情况和投 入负荷的情况；步骤6，由计算得到的发电机有功出力调整情況，判断发电机数量是否达到最小； 如果达到，则转步骤7 ；否则，转步骤4 ；步骤7，合闸角调控结束。所述步骤1中，混合整数规划模型如下
权利要求
1.一种电力系统恢复中减小环网并列合闸角的最优控制方法，其特征是，步骤为步骤1，选择受端电网中的全部发电机增加有功出力和投入送端电网中待恢复的负荷作为控制变量，计及待恢复负荷的重要性，建立减小环网并列线路两端过大电压相角差的混合整数规划模型；步骤2，由计算得到的发电机有功出力调整情况，判断参与调控的发电机数量是否达到最小；如果达到，则转步骤7 ；否则，转下一步；步骤3，对于增加有功出力且有功出力没有达到出力上限的发电机，计算增加有功出力对减小合闸角的灵敏度，并由高到低排序；步骤4，利用二分原理，选择序列中的灵敏度较高的部分发电机参与合闸角调控，转下一步；步骤5，再次利用步骤1的优化模型，得到这部分发电机有功出力的调整情况和投入负荷的情况；步骤6，由计算得到的发电机有功出力调整情况，判断发电机数量是否达到最小；如果达到，则转步骤7 ；否则，转步骤4 ；步骤7，合闸角调控结束。
2.如权利要求1所述的电力系统恢复中减小环网并列合闸角的最优控制方法，其特征是，所述步骤1中，混合整数规划模型如下
全文摘要
本发明公开了一种电力系统恢复中减小环网并列合闸角的最优控制方法1)以增加发电机有功出力和投入待恢复负荷为控制手段，建立减小环网并列合闸角的混合整数规划模型；2)判断参与调控的发电机数量是否达到最小；如是，转步骤7)；否则，转下一步；3)对于增加有功出力且有功出力未达到出力上限的发电机，计算增加有功出力对减小合闸角的灵敏度，由高到低排序；4)利用二分原理，选择序列中的灵敏度高的发电机参与合闸角调控；5)利用步骤1的模型，计算得到发电机有功出力增加量和被恢复的负荷量；6)根据发电机有功出力调整情况，判断发电机数量是否达到最小；如是，则转步骤7)；否则，转步骤4)；7)合闸角调控结束。
文档编号H02J3/18GK102570493SQ20111035039
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者刘玉田, 叶华, 牛新生, 王春义, 贾善杰 申请人:山东大学, 山东电力研究院