一种基于灵敏度分析的消除断面越限的电力系统调度方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于灵敏度分析的消除断面越限的电力系统调度方法，属于电力系统调度自动化【技术领域】。从数据库中读取关键断面集，针对第i个断面Si，计算各个发电机对其灵敏度，选择灵敏度大于一定阈值的发电机作为Si的控制发电机；依次扫描断面集所有断面，如果有断面有功功率到达实现指定的报警边界，则进行调度；与发生报警的监控断面对应的第l台发电机，计算满足其他断面不越限的出力范围的交集；对于断面，计算其对应控制发电机的紧急控制指标，紧急控制指标最大的机组作为优先调度的机组进行控制。本发明方法可以快速消除越限断面，同时保证电网的安全稳定运行。
【专利说明】一种基于灵敏度分析的消除断面越限的电力系统调度方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于灵敏度分析的消除断面越限的电力系统调度方法，属于电力系统调度自动化【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着特高压的快速发展，电网的架构日趋坚强和完善，网架结构也日趋复杂，给调度人员提出了更高的要求。中国的电网管理有一定的特殊性，主要表现在物理电网相连，管理上是分层分级进行，总调、网调、省调、地调是几个最为常见的调度级别，各个调度单位协调控制，从而保证电网的安全可靠运行。
[0003]电网的电压等级多种多样，较为常见的包括1000kV、500kV、220kV、110kV、35kV、20kV、10kV、6.3kV、380V、220V等，不同电压等级的电网连接在一起，完全的人工调度已经无法满足实时调度的需求。
[0004]电网是一个复杂庞大的网络，即使电网的管理按照分层分级进行，但是对于各级的调度人员而言，仍然面临着巨大的困难。一般而言，每个调度人员所辖的电网节点个数都在上千个，如果对所有的节点状态信息进行分析、判断再做出调度决策，不借助计算机几乎无法实现；即使有计算机的协助，仍然很难进行实时决策。为了解决这个问题，各级电网部门会根据运行经验，选择其管辖范围内的关键节点和主要断面，只要保证关键节点的电压、主要断面的有功潮流在合理的范围内，就可以保证整个系统的电压分布合理、断面潮流不越限。一个断面一般包含几条线路，断面的有功几条线路的有功代数和构成，比如断面A由L1 >L2>L3^L4四条线路构成，其断面有功可能是这样的形式!^+LjL3-L4,减号是由于线路的潮流与其他断面方面不一致。
[0005]国际上主流的观点`认为，电力系统的运行状态可以划分为三种情况，正常运行、不正常运行、故障状态。正常运行状态下，电力系统的所有状态量均在特定的范围内，这时候通常以降低网损(经济性)作为主要的控制目标，这种状态下由电力系统自动有功控制系统(简称AGC)调度所辖的发电机调整期出力，不需要过多的人工参与；当部分状态量出现越限时，系统进入不正常运行状态，此时不再以经济性作为主要的控制目标，而是采取措施快速消除越限(安全性)，在最短的时间内、用最有效的手段消除越限，这种情况处理失误往往容易引发越限的连锁反应，影响系统的安全运行，因此当系统进入不正常运行的状态时，需要给予采集的系统状态量进行决策，这时候其实是一种需要人工决策的半人工控制。
[0006]断面越限而导致电力系统进入不正常运行状态是最为常见的一种情况，当发生断面越限时，调度人员根据EMS系统计算的灵敏度，选择对越限断面灵敏度最为明显的几台机组作为控制对象，通过调度这些机组来消除越限；根据灵敏度的正负决定增加、减少机组出力，如果断面越上限，控制机组对于断面的灵敏度为正，则减少该机组的出力；反之，则增加机组的出力。虽然电力调度分层、分级，但电力系统是互联的系统，调整发电机的出力会对其他断面产生影响，究竟调多少会导致断面越限一直以来困扰着调度运行人员，传统的调度方式在电网结构日趋复杂、复杂断面大量涌现的情形下捉襟见肘。
【发明内容】
[0007]本发明的目的提出一种基于灵敏度分析的消除断面越限的电力系统调度方法，旨在解决现有技术的不足，解决中国电力调度定性难定量、仅仅根据灵敏度结合人工经验盲调的难题，同时考虑灵敏度和机组出力调节对其他断面的影响，保证在消除越限断面时不会导致其他断面越限。
[0008]本发明提出的基于灵敏度分析的消除断面越限的电力系统调度方法，包括以下步骤:
[0009](I)从电力系统的能量管理系统数据库中获取电力系统中的监控断面，得到一个监控断面集S，断面集S中有N个监控断面；
[0010](2)设定一个灵敏度阈值，分别计算电力系统中所有发电机对监控断面集S中的第i个监控断面Si的灵敏度，将计算得到的灵敏度分别与设定的灵敏度阈值进行比较，将与大于设定灵敏度阈值的灵敏度相对应的发电机，作为监控断面Si的控制发电机；
[0011](3)分别设定断面集S中的N个监控断面的最大输送有功功率和最小输送有功功率，并将该最大输送有功功率和最小输送有功功率作为报警阈值的上限和下限，遍历断面集S中的N个监控断面，若N个监控断面中任意一个监控断面的有功功率大于设定报警阈值的上限或小于报警阈值的下限，则发生报警，并进行步骤(4)，若N个监控断面中无监控断面的有功功率到达设定报警阈值，则返回步骤(2);
[0012](4)将与到达设定报警阈值的监控断面Sj相对应的kj台控制发电机分别记为G1,G2, G3……Gw，计算h台控制发电机中的第I台发电机G1输出有功功率的范围，具体计算过程包括以下步骤:
[0013](4-1)将监控断面`S1的有功功率最大值和有功功率最小值分别记为Pimax、Pimin，将监控断面Si的实时有功功率记为Pi,发电机G1对监控断面Si的灵敏度记为Sli ；
[0014](4-2)若SliX),则发动机G1的有功功率最大增加量Pi+为(Pimax-PiVS1PSaWG1的有功功率最大减少量P1-为(P1-PiminVSli ；
[0015]若SJ0，则发动机G1的有功功率的最大增加量Pi+为(Pimin，-Pi) /Sli，发动机G1的有功功率的最大减少量P1-为(P1-PimaxVSli ；
[0016](4-3)将发电机G1的当前有功功率记为Pel，额定最大有功功率和额定最小有功功率分别记为Pelmax, Pelmin，发电机G1的有功功率的最大增加量为P1-=Hiin Pi+(i=l~N)，发电机G1的有功功率的最大减少量Pk_=min Pi_(i=l~N)；
[0017](5)计算与监控断面S」相对应的控制发电机的紧急控制指标，并将紧急控制指标最大的发动机作为优先调度发电机进行控制，具体计算过程如下:
[0018]将监控断面S」对应的发电机G1的应急控制指标记为Ip若步骤(3)中发生的报警是由于监控断面的有功功率大于设定报警阈值的上限，则，当Su>0时，发电机G1的应急控制指标当Su〈0时，Ijl=Slj^Plr,;若步骤(3)中发生的报警是由于监控断面的有功功率小于报警阈值的下限，则当\>0时，发电机G1的应急控制指标当\〈0时，Ij1=SljAPlr-O
[0019]本发明中涉及到灵敏度的计算，可参见孙宏斌，张伯明，相年德在《准稳态的灵敏度分析方法》(中国电机工程学报，1999年4月V19N4，pp.9_13)。[0020]本发明提出的基于灵敏度分析的消除断面越限的电力系统调度方法，其优点是:本发明方法针对中国电力调度定性难定量、仅仅根据灵敏度结合人工经验盲调的现状，弓丨入了紧急控制指标，同时考虑灵敏度和机组出力调节对其他断面的影响，保证在消去告警断面时不会导致其他断面越限。该方法不仅给出定性的结果，选择候选调度机组，同时还可以给出机组的调节域度，从而保证电力系统的安全稳定运行。本发明方法不仅给出定性的结果，选择候选调度机组，同时还可以给出机组的调节域度，选择紧急控制指标最大的机组优先调度，可以快速消除越限断面，同时保证电网的安全稳定运行。
【具体实施方式】
[0021]本发明提出的基于灵敏度分析的消除断面越限的电力系统调度方法，包括以下步骤:
[0022](I)从电力系统的能量管理系统数据库中获取电力系统中的监控断面，得到一个监控断面集S，断面集S中有N个监控断面；一个监控断面中包含多条监控线路，定义监控断面的有功功率等于监控断面所包含监控线路的有功功率的代数和。
[0023](2)设定一个灵敏度阈值，分别计算电力系统中所有发电机对监控断面集S中的第i个监控断面Si的灵敏度，将计算得到的灵敏度分别与设定的灵敏度阈值进行比较，将与大于设定灵敏度阈值的灵敏度相对应的发电机，作为监控断面Si的控制发电机；
[0024](3)分别设定断面集S中的N个监控断面的最大输送有功功率和最小输送有功功率，并将该最大输送有功功率和最小输送有功功率作为报警阈值的上限和下限，遍历断面集S中的N个监控断面，若N个监控断面中任意一个监控断面的有功功率大于设定报警阈值的上限或小于报警阈值的下限，则发生报警，并进行步骤(4)，若N个监控断面中无监控断面的有功功率到 达设定报警阈值，则返回步骤(2);
[0025](4)将与到达设定报警阈值的监控断面S」相对应的h台控制发电机分别记为G1,G2, G3……Gw，计算h台控制发电机中的第I台发电机G1输出有功功率的范围，以保证所有监控断面的输出有功功率在设定的报警阈值范围，具体计算过程包括以下步骤:
[0026](4-1)将监控断面Si的有功功率最大值和有功功率最小值分别记为Pimax、Pimin，将监控断面Si的实时有功功率记为Pi,发电机G1对监控断面Si的灵敏度记为Sli ；
[0027](4-2)若SliX),则发动机G1的有功功率最大增加量Pi+为(Pimax-Pi) /Sli,发动机G1的有功功率最大减少量P1-为(P1-Pimin)/Sli，这满足了监控断面Si对发动机G1的安全约束；
[0028]若SJ0，则发动机G1的有功功率的最大增加量Pi+为(Pimin，-Pi) /Sli，发动机G1的有功功率的最大减少量P1-为(P1-PimaxVSli ；
[0029](4-3)将发电机G1的当前有功功率记为Pel，额定最大有功功率和额定最小有功功率分别记为Pelmax, Pelmin，发电机G1的有功功率的最大增加量为P1-=Hiin Pi+(i=l~N)，发电机G1的有功功率的最大减少量Pk_=min Pi_(i=l~N)；
[0030](5)计算与监控断面S」相对应的控制发电机的紧急控制指标，并将紧急控制指标最大的发动机作为优先调度发电机进行控制，具体计算过程如下:
[0031]将监控断面S」对应的发电机G1的应急控制指标记为Ip若步骤(3)中发生的报警是由于监控断面的有功功率大于设定报警阈值的上限，则，当Su>0时，发电机G1的应急控制指标当Su〈0时，Ijl=Slj^Plr,;若步骤(3)中发生的报警是由于监控断面的有功功率小于报警阈值的下限，则当SJO时，发电机G1的应急控制指标当\〈0
时，Ij1=SljAPlr-O
[0032]本发明中涉及到灵敏度的计算，可参见孙宏斌，张伯明，相年德在《准稳态的灵敏度分析方法》(中国电机工程学报，1999年4月V19N4，pp.9_13)。
[0033]以下结合具体实施例，详细介绍本发明的方法:
[0034]该实施例中共包含5台发电机#1~5和2个关键断面A、B,断面A由三条线路LI~L3构成，断面B由三条线路L4~L6构成。各台发电机的实时功率、最大出力、最小出力功率、对关键断面的灵敏度如表格I所示，关键断面A、B的相关数据如表格2所示，此时断面A的实时功率越过功率上限，整个电网的安全性受到威胁。
[0035]表格I发电机数据表
[0036]
【权利要求】
1.一种基于灵敏度分析的消除断面越限的电力系统调度方法，其特征在于该方法包括以下步骤: (1)从电力系统的能量管理系统数据库中获取电力系统中的监控断面，得到一个监控断面集S，断面集S中有N个监控断面； (2)设定一个灵敏度阈值，分别计算电力系统中所有发电机对监控断面集S中的第i个监控断面Si的灵敏度，将计算得到的灵敏度分别与设定的灵敏度阈值进行比较，将与大于设定灵敏度阈值的灵敏度相对应的发电机，作为监控断面Si的控制发电机； (3)分别设定断面集S中的N个监控断面的最大输送有功功率和最小输送有功功率，并将该最大输送有功功率和最小输送有功功率作为报警阈值的上限和下限，遍历断面集S中的N个监控断面，若N个监控断面中任意一个监控断面的有功功率大于设定报警阈值的上限或小于报警阈值的下限，则发生报警，并进行步骤(4)，若N个监控断面中无监控断面的有功功率到达设定报警阈值，则返回步骤(2)； (4)将与到达设定报警阈值的监控断面S」相对应的h台控制发电机分别记为G1,G2,G3……Gw，计算h台控制发电机中的第I台发电机G1输出有功功率的范围，具体计算过程包括以下步骤: (4-1)将监控断面Si的有功功率最大值和有功功率最小值分别记为Pimax、Pimin，将监控断面Si的实时有功功率记为Pi,发电机G1对监控断面Si的灵敏度记为Sli ； (4-2)若SliX),则发动机`G1的有功功率最大增加量Pi+为(Pimax-Pi) /Sli,发动机G1的有功功率最大减少量P1-为(P1-PiminVSli ； 若SJO，则发动机G1的有功功率的最大增加量Pi+为(Pimin，-Pi) /Sli，发动机G1的有功功率的最大减少量P1-为(P1-PimaxVSli; (4-3)将发电机G1的当前有功功率记为Ρα，额定最大有功功率和额定最小有功功率分别记为Pelmax, Pelmin，发电机G1的有功功率的最大增加量为P1-=Hiin Pi+(i=l~N)，发电机G1的有功功率的最大减少量Pk-=Hiin Pdi=I~N)； (5)计算与监控断面S」相对应的控制发电机的紧急控制指标，并将紧急控制指标最大的发动机作为优先调度发电机进行控制，具体计算过程如下: 将监控断面I对应的发电机G1的应急控制指标记为Ip若步骤(3)中发生的报警是由于监控断面的有功功率大于设定报警阈值的上限，则，当\>0时，发电机G1的应急控制指标当S^O时，Ijl=Slj^Plr,;若步骤(3)中发生的报警是由于监控断面的有功功率小于报警阈值的下限，则当Su>0时，发电机G1的应急控制指标L1=S1^Pk+,当\〈0时，Ij1-Slj^Plr-O
【文档编号】H02J3/48GK103779876SQ201410018264
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月15日 优先权日:2014年1月15日
【发明者】赵志刚, 汤磊, 王建滨, 初祥祥, 曹煜, 王鹏, 曹亚莉, 郭庆来, 郑江 申请人:国家电网公司, 国网山西省电力公司晋中供电公司, 北京清大高科系统控制有限公司