专利名称：一种电网快速自愈的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统中电网故障自愈技术领域，特别是涉及一种电网快速自愈的方法，以及一种电网快速自愈的系统。
背景技术：
现代互联电网规模不断扩大，大幅度地提高了电力系统的运行性能，满足了国民经济的飞速发展。同时，由于供电规模的扩大，电网故障造成的损失将更为巨大。电力系统是公认的最复杂的人造系统，作为一个网络结构，局部故障有可能诱发连锁反应，导致大面积停电，甚至导致整个电网的崩溃。如何防止大面积停电，实现系统潜在风险的预控，故障后的迅速恢复，是现代电力系统运行和规划面临的重大课题。
电网自愈策略的构建在很大程度上取决于各电网自身结构的差异。对一个实际电网，需要根据其具体特征来制定恢复策略。一般来说，在恢复过程中，不同的电网具有某些类似的恢复特征，通常可以将自愈过程划分为通用的三个阶段电源恢复阶段、网架恢复阶段和负荷恢复阶段。高效率的电网自愈策略能够减少系统恢复时间，提高电网运行的可靠性。研究经验表明，电力系统的安全运行能力和故障后恢复能力直接相关。统计数据显示故障损失的减小很大程度上依赖于快速的系统恢复，随着电网规模的快速发展以及控制手段的提高，这种趋势更加明显。启动电源的科学合理配置是实现电网快速自愈的基本保证。水电和小型燃油机组可以提供启动电源。此外，某些具备快速压出力功能(fast cut back,以下简称FCB)的机组也可以承担电网恢复启动电源的任务。布置一定数量的具备黑启动功能的机组作为启动电源能够显著提高电网故障下的快速自愈能力。但是目前不同类型机组的控制特性、机组容量、爬坡时间等参数在电网自愈过程中的建模、在网络中的位置对系统自愈方案生成的影响，均尚缺少定性及定量评估的模型与方法。现亟需从电网调度的角度研究多种类型机组在防止大面积停电中的电网自愈方案，和考虑多个具备黑启动功能机组在大面积停电后的电网快速自愈方法。
发明内容
基于此，本发明提供一种电网快速自愈的方法和系统，能考虑多个具备黑启动功能的机组实现电网的快速自愈，同时能够满足稳态潮流约束与机组运行约束。一种电网快速自愈的方法，包括如下步骤获取电网内所有机组的运行数据，建立所述机组的数学模型；根据所述数学模型，确定未启动机组的启动顺序序列以及搜寻已启动机组至所述未启动机组的供电路径；利用最优潮流算法计算已启动机组的出力和可调度负荷；根据所述启动顺序序列、所述供电路径、所述发电机组的出力和所述可调度负荷，依次启动所述未启动机组。对应地，本发明还提供一种电网快速自愈的系统，包括模型建立模块、序列及路径确定模块、出力及负荷计算模块和启动模块；所述模型建立模块用于获取电网内所有机组的运行数据，建立所述机组的数学模型；所述序列及路径确定模块用于根据所述数学模型，确定未启动机组的启动顺序序列以及搜寻已启动机组至所述未启动机组的供电路径；所述出力及负荷计算模块用于利用最优潮流算法计算已启动机组的出力和可调度负荷；所述启动模块用于根据所述启动顺序序列、所述供电路径、所述发电机组的出力和所述可调度负荷，依次启动所述未启动机组。
本发明电网快速自愈的方法和系统，首先确定机组的启动顺序序列和供电路径，再计算已启动机组的出力和可调度负荷，即可实现电网的快速自愈。通过这些步骤，发电机以及线路分别按照优化后的顺序启动和恢复，在确定发电机启动顺序以及线路恢复顺序的时候，采用了最优潮流算法。基于高效的最优潮流算法，可以较快的实现整个自愈策略构建的过程。最终得到的结果是一组启动发电机以及恢复关键性负荷时间最短的调度操作序列。由于电网系统中存在多个黑启动电源(包括水电机组，抽水蓄能机组，具备FCB功能的机组等)，利用本发明的方案，在邻域搜索，路径选择，最优潮流计算中都可支持多个彼此不相连的电气岛同时进行自愈，因此在电网自愈过程中可实现多个电气岛同时进行快速自愈，本发明快速自动，系统恢复时间非常快，电网自愈的可靠性非常高。
图I为本发明电网快速自愈的方法在一实施例中的流程示意图。图2是图I中数学模型的示意图。图3是图I中步骤S12中启动顺序的计算原理图。图4是图I中步骤S13中构建无向邻接矩阵的示意图。图5为本发明电网快速自愈的系统在一实施例中的结构示意图。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。如图I所示，是本发明电网快速自愈的方法在一实施例中的流程示意图，包括如下步骤S11、获取电网内所有机组的运行数据，建立所述机组的数学模型；在本步骤，由于电网内的连接的机组类型较多，包括水电机组、普通火电机组、抽水蓄能机组、具有FCB能力的机组、黑启动机组等，在本步骤中首先建立各种机组在电网自愈阶段的统一稳态的数学模型，如图2所示，是该数学模型的示意图，该数学模型的参数为C为机组容量，a%为最小技术出力百分比,R是非黑启动机组的启动所需容量(对于黑启动机组以及具备FCB功能的机组为OXtci是非黑启动接受外部电能、恢复厂用电的时间(该变量是电网自愈策略的输出变量)，机组是非黑启动机组恢复电力生产所需的时间(对于黑启动机组以及具备FCB功能的机组，h = t0), k为机组爬坡率。基于发电机的物理特性，除了要给出容量、爬坡率、最小输出等发电机常用参数夕卜，其它一些发电机特有参数也需要给出。比如，对于火力发电机组需要给出机组的启动容量以及最大临界时间；对于黑启动，比如水轮机，启动容量以及并网时间都为零。为了简化模型，将关键性负荷看成是具有负启动容量的发电机，其爬坡率为零。因此，对于一台发电机组，启动时间为h,需要满足下面条件 t0 < T2(I)t0 > T3(2)LItl = T1(3)上式中，T1为发电机并网所需时间，T2为发电机最晚必须恢复时间，T3为发电机最早允许恢复时间；当发电机处于充电恢复状态时，即h < t < h，其出力为-R。当t彡&，发电机开始增加出力，其出力增加量为kX (t-h)(当、<七<&时此项为0)，最大不超过C。图3所示发电机出力曲线是这两种情况的线性叠加，可表示为P (t) = min {k. max [t- (to+T^ , O], C} -R. U (t~t0)(4)其中Ua-O是机组的阶跃函数，定义为
(I Χ>0U(X) = I
1° x<0(S)0S12、根据所述数学模型，确定启动未启动机组的启动顺序序列以及搜寻已启动机组至所述未启动机组的供电路径；当电网发生故障，电网快速自愈的目的是尽快启动黑启动电源以及无黑启动能力的机组，计算黑启动机组到非黑启动机组的可行供电路径，对供电路径充电；这个阶段的优化目标是电源恢复时间最短。这是一个经典的多阶段动态优化问题。在这个过程中，每个机组的启动都看成是一个阶段。在最后一个阶段，应该恢复所有满足条件的机组。在这个过程中，利用动态规划问题形成所有可能的恢复序列树，其中主要包括两个关键问题寻找可恢复机组以及关键负荷的恢复顺序。这是一个组合性问题，因此必须解决组合爆炸的问题。为了使整个决策树在可接受的范围内，在恢复供电网络附近的发电机组才可以作为下一步启动时的发电机组。寻找发电机组以及关键性负荷的最短供电路径。在这一阶段，系统处于轻载状态。为了获得发电机供电路径，利用线路的充电电流来分析供电路径是否过电压。在满足条件的情况下，选择最小充电电流的线路，这样可以避免不满足过电压约束。在一较佳实施例中，本步骤S12具体可包括步骤Α、根据所述数学模型，利用启发式算法构建所述未启动机组的启动顺序序列；在本实施例中利用启发式算法确定发电机的启动顺序，比如含有两个非黑启动发电机X和y，如图3所示,是两者启动顺序的计算原理图,它们黑启动要求功率分别为Sx和Sy，两个发电机的爬坡率分别为Kx和Ky，并且它们之间满足Sx > Sy, Kx < Ky(6)所以发电机y应该比发电机X先启动。但是如果Sx > Sy, Kx > Ky(7)启动的顺序需进行分析后得到。为了尽快恢复无黑启动能力机组，当在如图3所示的条件下，并且当t; y < tx(8)此时，发电机X应该先启动。式3可以由如下推导得到，根据图3(a)可知
权利要求
1.一种电网快速自愈的方法，其特征在于，包括如下步骤 获取电网内所有机组的运行数据，建立所述机组的数学模型； 根据所述数学模型，确定未启动机组的启动顺序序列以及搜寻已启动机组至所述未启动机组的供电路径； 利用最优潮流算法计算已启动机组的出力和可调度负荷； 根据所述启动顺序序列、所述供电路径、所述发电机组的出力和所述可调度负荷，依次启动所述未启动机组。
2.根据权利要求I所述的电网快速自愈的方法，其特征在于，所述根据所述数学模型，确定未启动机组的启动顺序序列以及搜寻已启动机组至所述未启动机组的供电路径的步骤具体包括如下步骤 根据所述数学模型，利用启发式算法构建所述未启动机组的启动顺序序列； 利用连接矩阵变换算法搜索与已启动机组连接的未启动机组，确定已启动机组至未启动机组的连接路径； 根据所述启动顺序序列、所述连接路径和预设的所述连接路径的支路权重，利用迪杰斯特拉算法确定已启动机组至所述未启动机组母线充电电容最小的供电路径。
3.根据权利要求2所述的电网快速自愈的方法，其特征在于，所述利用连接矩阵变换算法搜索与已启动机组连接的未启动机组，确定已启动机组至未启动机组的连接路径的步骤具体包括如下步骤 将所有机组作为节点，建立所述电网的拓扑结构；其中，所述拓扑结构为无向邻接矩阵； 根据所述无向邻接矩阵，构建对应的变换矩阵； 将所述无向邻接矩阵与所述变换矩阵相乘，得到所述连接路径。
4.根据权利要求I所述的电网快速自愈的方法，其特征在于，所述利用最优潮流算法计算已启动机组的出力和可调度负荷的步骤具体包括如下步骤 将所有机组的调节量最小作为目标函数，利用最优潮流算法计算所述已启动机组的出力； 建立负荷模型，利用最优潮流算法计算所述已启动机组的可调度负荷；其中，所述负荷模型包括连续的有功和无功负荷模型，以及离散的有功和无功模型。
5.根据权利要求4所述的电网快速自愈的方法，其特征在于， 所述连续的有功模型和无功负荷模型为
6.一种电网快速自愈的系统，其特征在于，包括模型建立模块、序列及路径确定模块、出力及负荷计算模块和启动模块； 所述模型建立模块用于获取电网内所有机组的运行数据，建立所述机组的数学模型；所述序列及路径确定模块用于根据所述数学模型，确定未启动机组的启动顺序序列以及搜寻已启动机组至所述未启动机组的供电路径； 所述出力及负荷计算模块用于利用最优潮流算法计算已启动机组的出力和可调度负荷； 所述启动模块用于根据所述启动顺序序列、所述供电路径、所述发电机组的出力和所述可调度负荷，依次启动所述未启动机组。
7.根据权利要求6所述的电网快速自愈的方法，其特征在于，所述序列及路径确定模块具体包括构建序列1 块、路径确定|吴块和最小路径确定|吴块 所述构建序列模块用于根据所述数学模型，利用启发式算法构建所述未启动机组的启动顺序序列； 所述路径确定模块用于利用连接矩阵变换算法搜索与已启动机组连接的未启动机组，确定已启动机组至未启动机组的连接路径； 所述最小路径确定模块用于根据所述启动顺序序列、所述连接路径和预设的所述连接路径的支路权重，利用迪杰斯特拉算法确定已启动机组至所述未启动机组母线充电电容最小的供电路径。
8.根据权利要求7所述的电网快速自愈的方法，其特征在于，所述路径模块具体包括拓扑结构建立模块、矩阵构建模块和相乘模块 所述拓扑结构建立模块用于将所有机组作为节点，建立所述电网的拓扑结构；其中，所述拓扑结构为无向邻接矩阵； 所述矩阵构建模块用于根据所述无向邻接矩阵，构建对应的变换矩阵； 所述相乘模块用于将所述无向邻接矩阵与所述变换矩阵相乘，得到所述连接路径。
9.根据权利要求I所述的电网快速自愈的方法，其特征在于，所述出力及负荷计算模块具体包括出力计算模块和负荷计算模块 所述出力计算模块用于将所有机组的调节量最小作为目标函数，利用最优潮流算法计算所述已启动机组的出力； 所述负荷计算模块用于建立负荷模型，利用最优潮流算法计算所述已启动机组的可调度负荷；其中，所述负荷模型包括连续的有功和无功负荷模型，以及离散的有功和无功模型。
10.根据权利要求9所述的电网快速自愈的方法，其特征在于， 所述负荷计算模块中的所述连续的有功模型和无功负荷模型为
全文摘要
本发明公开一种电网快速自愈的方法，包括步骤获取电网内所有机组的运行数据，建立所述机组的数学模型；根据所述数学模型，确定未启动机组的启动顺序序列以及搜寻已启动机组至所述未启动机组的供电路径；利用最优潮流算法计算已启动机组的出力和可调度负荷；根据所述启动顺序序列、所述供电路径、所述发电机组的出力和所述可调度负荷，依次启动所述未启动机组。对应地，本发明还提供一种电网快速自愈的系统。本发明能考虑多个具备黑启动功能的机组实现电网的快速自愈，并且能够满足稳态潮流约束与机组运行约束。
文档编号H02J3/14GK102904256SQ20121040869
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月23日 优先权日2012年10月23日
发明者卢恩, 李剑辉, 侯云鹤, 张文峰, 马煜华, 覃智君, 李嘉龙, 王宁, 龙霏 申请人:广东电网公司电力调度控制中心, 华中科技大学