考虑电网调度员实际操作特性的连锁故障模型的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种考虑电网调度员实际操作特性的连锁故障模型，包括以下步骤：（1）设定连锁故障模拟天数上限，支路重载负载率阈值；设系统各个节点的交流潮流基准状态为：PQ、PV节点的有功注入、无功注入，和电压，其中为节点编号；（2）初始化连锁故障天数；（3）模拟第天连锁故障过程；（4）；（5）若，则转到步骤（3），否则结束。本发明通过在连锁故障模型中引入考虑实际电网调度员调整模拟，使连锁故障模拟体现了电网连锁故障过程与调度员的交互特征，更准确地反映连锁故障的发展特征，提高了连锁故障模型的实用性。
【专利说明】考虑电网调度员实际操作特性的连锁故障模型
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统连锁故障模拟与风险评估领域，具体涉及一种考虑电网调度 员实际操作特性的连锁故障模型。
【背景技术】
[0002] 电力系统是一个动态复杂的大规模非线性系统，随着电力系统规模日趋庞大，负 荷需求不断增加，保障电网安全稳定运行的难度日趋增加。近年来，世界范围内发生多起由 于自身事故、外部因素扰动等原因引发的电力系统连锁性故障，并导致大规模停电，造成了 严重的社会经济损失。
[0003] 为了对电力系统连锁故障风险进行评估，并研究连锁故障的发展机理，进行合理、 高效的电力系统连锁故障模拟必不可少。目前，基于准稳态潮流的电力系统连锁故障模拟 模型广泛应用于连锁故障研究与评估工作中。
[0004] 连锁故障模型应包括连锁故障过程中的关键参与因素，并反映连锁故障发展的基 本特征。电力系统作为在人和控制器操纵下的大型复杂系统，其调度操作是连锁故障发展 的重要影响因素。由于连锁故障过程中，调度员会对故障状态下的系统进行控制操作，以降 低系统的风险并保障最大程度的供电。传统的连锁故障模型往往将其建立为一个最优潮流 模型，但在实际系统中，调度员很难按照最优潮流模型的方式消除所有过载，往往是通过经 验或者通过局部逐渐调整的方式完成对系统状态的修正。实际调度员操作会在调整速度和 精度方面存在局限性，从而可能使连锁故障持续发展，而采用最优潮流模型来模拟调度员 操作可能会高估调度员的调整能力，从而使连锁故障风险评估结果出现偏差。另外在交流 潮流模型下的最优潮流可能会因收敛性、非线性、非凸性等问题出现计算不收敛或者陷入 局部最优解等情况造成由于计算原因而出现偏差，影响连锁故障模拟的合理性。同时调度 员调整可能因为各种原因而未成功，在实际调度操作中还会有备用调度控制方案，通过紧 急切负荷等操作缓解风险。
[0005] 因此，传统连锁故障模型中基于最优潮流的调度员模拟在表征实际系统中调度员 操作的特性方面存在明显欠缺，需要在连锁故障模型中改进调度员操作模拟，以更好地模 拟实际系统连锁故障中调度员的行为，从而更为合理地模拟连锁故障的发展特征，更加准 确地评估连锁故障风险。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种考虑电网调度员实际操作特性的连锁故障模型，实现 了对调度员在系统故障状况下操作特征的合理模拟，提高连锁故障模型的合理性，从而实 现更为准确的连锁故障模拟。
[0007] 本发明采用的技术方案是：
[0008] -种考虑电网调度员实际操作特性的连锁故障模型，包括以下步骤：
[0009] (1)、设定连锁故障模拟天数上限kmax，支路重载负载率阈值λheavy ;设系统各个节 点的交流潮流基准状态为：PQ、PV节点的有功注入/ffe)、无功注入，和电压if(y， 其中j为节点编号；
[0010] (2)、初始化连锁故障天数k= 1 ;
[0011](3)、模拟第k天连锁故障过程；
[0012] 步骤（3)具体包括：
[0013](3. 1)、随机选定第k天连锁故障模拟初始时负荷水平，将系统基准运行方式下PQ 节点的有功、无功注入，以及PV节点的有功注入乘以一个[0. 7, 1. 4]区间内平均分布的随 机数，作为第k天连锁故障模拟开始时的系统状态；
[0014](3. 2)、随机模拟初始故障，随机选1条线路开断；
[0015] (3. 3)、检查交流潮流是否收敛，若不收敛，表明系统发生了电压崩溃，转到步骤 (3.8);若收敛，继续步骤（3.4);
[0016] (3.4)、计算所有支路的负载率Xi，若存在支路负载率Ai彡Xheavy，则进入步骤 (3. 5)，否则转到步骤（3.8);
[0017](3. 5)、模拟调度员操作的启发式模型；
[0018] (3. 6)、模拟线路跳闸随机事件，计算线路负载率，并按照跳闸概率与负载率的关 系计算各线路的跳闸概率，并通过随机采样模拟线路跳闸；
[0019] (3. 7)、若有线路跳闸，则搜索总负荷量最大的电气岛继续进行连锁故障模拟，转 到步骤（3.3);若没有线路跳闸，则转到步骤（3.8);
[0020](3. 8)、统计当天负荷损失、跳闸记录数据；进入步骤（4);
[0021] (4)、k=k+l;
[0022] (5)、若k彡kmax，则转到步骤（3)，否则结束。
[0023] 所述的步骤（3. 5)具体包括以下步骤：
[0024] (3. 5. 1)、设调度员调整节点切有功负荷量为ΛPw，切无功负荷量为ΛQw，发电机 有功出力调整量为APllj，求解（3-1)所示的优化模型：
【权利要求】
1. 一种考虑电网调度员实际操作特性的连锁故障模型，其特征在于：包括以下步骤： (1) 、设定连锁故障模拟天数上限k_，支路重载负载率阈值Ahravy;设系统各个节点的 交流潮流基准状态为：PQ、PV节点的有功注入(?)、无功注入0?)，和电压，其中j 为节点编号； (2) 、初始化连锁故障天数k = 1 ; (3) 、模拟第k天连锁故障过程； 步骤（3)具体包括： (3. 1)、随机选定第k天连锁故障模拟初始时负荷水平，将系统基准运行方式下PQ节点 的有功、无功注入，以及PV节点的有功注入乘以一个[0. 7, 1. 4]区间内平均分布的随机数， 作为第k天连锁故障模拟开始时的系统状态； (3. 2)、随机模拟初始故障，随机选1条线路开断； (3. 3)、检查交流潮流是否收敛，若不收敛，表明系统发生了电压崩溃，转到步骤（3.8); 若收敛，继续步骤（3.4); (3. 4)、计算所有支路的负载率X ,，若存在支路负载率A ,彡X heavy，则进入步骤（3. 5)， 否则转到步骤（3. 8); (3. 5)、模拟调度员操作的启发式模型； (3. 6)、模拟线路跳闸随机事件，计算线路负载率，并按照跳闸概率与负载率的关系计 算各线路的跳闸概率,并通过随机采样模拟线路跳闸； (3. 7)、若有线路跳闸，则搜索总负荷量最大的电气岛继续进行连锁故障模拟，转到步 骤（3.3);若没有线路跳闸，则转到步骤（3.8); (3. 8)、统计当天负荷损失、跳闸记录数据；进入步骤（4); (4) 、k = k+1 ; (5) 、若k < k_，则转到步骤（3)，否则结束。
2. 根据权利要求1所述的考虑电网调度员实际操作特性的连锁故障模型，其特征在 于：所述的步骤（3. 5)具体包括以下步骤： (3. 5.1)、设调度员调整节点切有功负荷量为APw，切无功负荷量为AQw，发电机有功 出力调整量为APllj，求解（3-1)所示的优化模型： min Cd E A PDJ+CG E I A Pgjs. t.
(3-1)中，别为目标函数中切负荷和调整发电机的权重因子，可取Cd= 100， Ce = I ;/T_\为线路i最大潮流，Pli为线路当前潮流，X U为调度员线路潮流风险偏好因 子，一般为小于1的正值，A Pli (APy APd)、A Qli (APy APd)为线路潮流增量，分别由后 面（3-9)、（3-10)定义，APy APd分别为节点负荷发电调整量APDj、APw的向量形式； 分别为节点j发电机的出力上下限，Pw为当前负荷； (3-1)假设切负荷时负荷节点的功率因数不变，即A Qdj = Qdj/Pdj ? A Pdj (3-2) 设式（3-1)中支路i的潮流视在功率限值为乂，支路当前有功、无功潮流为Pli和 Qli，将支路视在功率限值*srx转换为有功、无功限值Gmax和0广：
其中Sli为线路视在功率潮流，A Pli ( A Pu A Pd)和A Qli ( A Pp A Pd)分别是用节点注入 变化量表示的线路有功、无功潮流变化量，由潮流方程线性化后推导而来，推导过程如下： 根据求导的链式法则，有：
其中P1, Q1表示支路潮流，Ps，Qs表示节点注入，V，0分别表示节点电压幅值和相角； 由（3-5)得到灵敏度矩阵S的计算式：
若不计线路并联支路，线路潮流有功Pm无功％用状态变量表示为 Pij = -GijVi^GijViVjCOS 0 ^.+BijViVjSin 0 (3-8) Qij = BijVi2-BijViVjCos 0 ^.+GijViVjSin 0 (3-9) 其中分别为支路的电导和电纳，Vi, '分别为节点i，j的电压幅值，0 u为节点 i，j的相角差； 从而容易得到支路潮流对状态变量的偏导数，即（3-7)第一项的矩阵；而第二个矩阵 实际上就是潮流方程Jacobian矩阵；这样即可求得给定支路潮流--节点注入灵敏度矩 阵S ; 将灵敏度矩阵S按照节点类型和变量类型进行分类，得到矩阵分别对应发电调整、负 荷调整的子块： 表1灵敏度矩阵子块
这样，在调整了发电APe和负荷APd之后，线路潮流的近似增量可表示为 AP1 = (Sppd+SpqdR) APD+SppgAPG (3-10) AQ1 = (Sqp^SqqdR) AVSqpgAPc (3-11) 艮P AP^APg，APd)和 AQ1JAPg, APd); (3. 5. 2)、若求解优化模型（3-1)不收敛，则认为调度员调整失败，转至步骤（3.5.3); 若求解优化模型（3-1)收敛，则用求得的A Pw、AQw和A Pw修正当前系统状态量，并转到 步骤（3. 5. 4); (3. 5. 3)、调度员应当采用次优的紧急切负荷措施，具体模拟方法为：每个负荷节点切 除比例为a D的负荷，同时各个发电节点降低出力以保证功率平衡，以此达到缓解过载的目 的； (3. 5. 4)、若调度员连续调整次数m达到预设上限，则模拟调度员未在一定时间内 完成完全消除过载的目的，跳闸有可能发生，转到步骤（3.6);若m未达到预设上限，则 转到步骤（3. 4)。
【文档编号】H02H7/26GK104332974SQ201410654244
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】余晓鹏, 黄少伟, 赵阳, 姚锐, 高昆, 梅生伟, 李晓萌, 刘锋, 张雪敏 申请人:国家电网公司, 国网河南省电力公司电力科学研究院, 清华大学