一种人工紧急减负荷在线优化决策方法、系统及存储介质与流程

本发明涉及一种人工紧急减负荷在线优化决策方法、系统及存储介质，属于电力系统技术领域。

背景技术：

随着特高压交直流混联电网跨区输电规模的持续增加，特高压大容量直流多馈入、高比例受端电网特征日益显著，受端电网的频率、电压支撑能力和重要输电断面的潮流输送能力成为影响电网安全运行的主要因素，为了解决交直流故障后受端电网的频率、电压和断面越限问题，紧急减负荷措施成为一种必要的、有效的控制资源。

通常由电网运行方式人员凭电网分析经验设定若干个典型的电网运行方式，通过离线对典型的电网运行方式进行安全稳定计算分析，基于保守原则总结提炼出满足典型方式安全稳定的第二、三道防线减负荷控制策略，但受限于电网运行方式的复杂多变、多种安全问题交织、离线计算参数与实际运行参数存在偏差等因素，离线配置的第二、三道防线减负荷策略失配和控制量不足的风险越来越大，仅依靠离线策略防御第二、三级安全稳定标准要求的故障仍然存在电网安全风险。实际运行中为了弥补第二、三防线减负荷策略失配和控制量不足问题，通常调控人员基于运行经验按照事故拉路序位表分批次顺序进行人工紧急减负荷，但人工紧急减负荷措施优化缺乏有效的技术支撑手段，难以有效兼顾多种安全约束的协调控制，也存在减负荷量事故风险代价较大的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种人工紧急减负荷在线优化决策方法、系统及存储介质，能够消除安自装置减负荷离线策略失配或控制量不足导致电网不满足安全稳定运行要求的风险，降低人工紧急减负荷事故风险代价。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种人工紧急减负荷在线优化决策方法，所述方法包括如下步骤：

对电网当前运行状态进行安全评估，获取安全裕度；

对于安全裕度不满足电网安全运行要求的情况，计算满足安全约束的实时人工紧急减负荷策略；

对于安全裕度满足电网安全运行要求的情况，对安自装置所防御的预想故障进行仿真并对预想故障后电网准稳态运行方式进行安全评估；

对于预想故障后不满足电网安全运行要求的情况，计算满足安全约束的预想故障人工紧急减负荷策略。

结合第一方面，进一步的，所述实时人工紧急减负荷策略和/或所述预想故障人工紧急减负荷策略的计算方法包括：

识别人工紧急减负荷事故拉路可控措施空间；

筛选出人工紧急减负荷事故拉路可控措施空间内事故拉路减负荷措施的控制性能代价指标大于设定门槛的有效可控措施；

对有效可控措施进行人工紧急减负荷方案的枚举组合，选取安全裕度大于安全稳定裕度门槛且目标函数最小的方案作为人工紧急减负荷策略。

结合第一方面，进一步的，所述目标函数的表达式如下式所示：

式中，f1为人工紧急减负荷控制代价；f2为人工紧急减负荷事故风险代价；prg为待求解的减负荷措施及其可控负荷量；prg.j为减负荷措施j的可控负荷量，crg.j为减负荷措施j的代价，ω为人工紧急减负荷事故拉路可控措施空间，zk为第k个电网分区减负荷措施集合，paz.j为安自装置减负荷措施j的负荷量，l1为优化决策中人工紧急减负荷措施总数，z为减负荷事故风险考察区域总数，为第k个电网分区的负荷总量，表示第k个电网分区的减负荷比例；λk为第k个电网分区的减负荷事故风险代价因子。

结合第一方面，进一步的，所述人工紧急减负荷事故拉路可控措施空间的识别方法包括：

根据设备名称建立人工紧急减负荷事故拉路序位表与电网能量管理系统的对照关系表；

剔除人工紧急减负荷事故拉路序位表中已停运设备，输出有效事故拉路可控设备；

将有效事故拉路可控设备的运行功率作为可控负荷量，生成包含可控措施和控制量信息的人工紧急减负荷事故拉路可控措施空间。

结合第一方面，进一步的，对所述预想故障进行仿真的方法包括：

根据当前时刻安自装置离线策略模型和参数、安自装置实时运行状态以及当前时刻设备投/停状态和潮流实时信息，获取电网当前运行状态下各预想故障的安自装置减负荷当值策略和控制参数；

根据电网当前运行状态下在线安全评估计算数据，对各预想故障进行计及安自装置减负荷当值策略和控制参数的时域仿真。

结合第一方面，进一步的，所述安全评估包括：电压安全评估、设备过载安全评估、断面越限安全评估和稳态频率安全评估。

结合第一方面，进一步的，所述实时人工紧急减负荷策略和/或所述预想故障人工紧急减负荷策略按照稳态频率安全、设备过载安全、断面越限安全及电压安全的优先次序进行优化计算。

结合第一方面，进一步的，所述安自装置包括：第二道防线安控装置、第三道防线低频低压减负荷装置。

第二方面，本发明实施例提供了一种人工紧急减负荷在线优化决策系统，所述系统包括：

安全评估模块：用于对电网当前运行状态进行安全评估，获取安全裕度；

计算模块：用于对于安全裕度不满足电网安全运行要求的情况，计算满足安全约束的实时人工紧急减负荷策略；

仿真模块：用于对于安全裕度满足电网安全运行要求的情况，对安自装置所防御的预想故障进行仿真；

所述安全评估模块还用于：对预想故障后电网准稳态运行方式进行安全评估；

所述计算模块还用于：对于不满足电网安全运行要求的预想故障，计算满足安全约束的预想故障人工紧急减负荷策略。

结合第二方面，进一步的，所述计算模块包括：

识别模块：用于识别人工紧急减负荷事故拉路可控措施空间；

建立模块：用于根据设备名称建立人工紧急减负荷事故拉路序位表与电网能量管理系统的对照关系表；

剔除模块：用于剔除人工紧急减负荷事故拉路序位表中已停运设备，输出有效事故拉路可控设备；

生成模块：用于将有效事故拉路可控设备的运行功率作为可控负荷量，生成包含可控措施和控制量信息的人工紧急减负荷事故拉路可控措施空间。

结合第二方面，进一步的，所述仿真模块包括：

获取模块：用于根据当前时刻安自装置离线策略模型和参数、安自装置实时运行状态以及当前时刻设备投/停状态和潮流实时信息，获取电网当前运行状态下各预想故障的安自装置减负荷当值策略和控制参数；

时域仿真模块：用于根据电网当前运行状态下在线安全评估计算数据，对各预想故障进行计及安自装置减负荷当值策略和控制参数的时域仿真。

第三方面，本发明实施例还提供了一种人工紧急减负荷在线优化决策系统，包括处理器及存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行前述方法的步骤。

第四方面，本发明实施例提供了一种机器可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述方法的步骤。

综上，本发明实施例提供的一种人工紧急减负荷在线优化决策方法、系统及存储介质，针对电网当前运行状态或预想故障后的运行状态评估安自装置离线策略的适应性，评估安自装置动作后的电网运行的安全性，当安自装置离线策略无法保障电网安全运行时，通过计及安自装置动作和事故风险代价的在线多类安全约束人工紧急减负荷优化措施，及时将电网优化调整到安全运行状态，确保电网当前运行状态和预想故障后运行状态的安全性；本发明实施例能够消除安自装置减负荷离线策略失配或控制量不足导致电网不满足安全稳定运行要求的风险，降低人工紧急减负荷事故风险代价，为综合应对安自装置离线策略失配或控制量不足时的人工紧急减负荷优化决策提供了技术支撑，在保障电网安全运行的同时，提升了电网运行的经济性。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的一种人工紧急减负荷在线优化决策方法的流程图。

具体实施方式

本发明实施例提供的人工紧急减负荷在线优化决策方法，首先基于安自装置实际动作信息统计距离当前运行状态较近一段时间内电网减负荷动作措施和动作量，基于电网实时运行信息评估电网当前运行状态的安全裕度并识别当前运行状态下人工紧急减负荷事故拉路可控措施空间；然后，针对当前运行状态安全裕度不满足电网安全运行要求的情况，计及安自装置实际减负荷动作措施和动作量，以人工紧急减负荷代价与事故风险代价之和最小为目标优化计算满足多种安全约束的实时紧急减负荷策略；针对当前运行状态安全裕度满足电网安全运行要求的情况，计及安自装置减负荷当值策略和控制参数，对安自装置所防御的各预想故障进行仿真校核，并对预想故障后的准稳态运行方式进行安全评估，筛选出安全裕度不满足电网安全运行要求的故障子集，针对故障子集中的每一故障，基于准稳态运行信息识别预想故障下人工紧急减负荷事故拉路可控措施空间，计及仿真过程中安自装置减负荷动作措施和动作量，以人工紧急减负荷代价与事故风险代价之和最小为目标优化计算满足多种安全约束的预想故障人工紧急减负荷策略；最后，给出满足电网当前运行状态安全裕度要求的实时人工紧急减负荷策略，或满足预想故障后运行状态安全裕度要求的人工紧急减负荷策略。

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

应当理解，本发明实施例所适用的电力系统的各级电网均配置有第二道防线安控装置和第三道防线低频低压减负荷装置。

如图1所示，本发明实施例所提供的人工紧急减负荷在线优化决策方法，包括如下步骤：

步骤一：设电网当前运行时刻为t0，将t0时刻的电网运行状态记为s0，基于ems提供的电网当前运行方式、设备模型参数生成在线安全稳定评估计算数据，识别电网运行状态s0减负荷事故风险考察各电网分区的负荷总量，将安自装置防御的故障集作为在线安全评估和优化决策的初始预想故障集f0。

安自装置包括第二道防线安控装置和第三道防线低频低压减负荷装置。

识别电网运行状态s0减负荷事故风险考察各电网分区的负荷总量是指基于ems提供电网当前负荷功率信息和负荷与电网分区的所属关联关系，采用公式(1)计算各电网分区的负荷总量。

式中，为当前运行状态第k个电网分区的负荷总量，pl.0为当前运行状态第l个负荷设备的负荷量。

步骤二：结合电网当前运行信息和人工紧急减负荷事故拉路序位表，识别运行状态s0下人工紧急减负荷事故拉路可控措施空间，记为ω0，基于(t0-δt)时段内安自装置实际动作信息统计减负荷动作措施xaz.j及动作量paz.j，将t0时刻人工紧急减负荷优化策略记为(fi，ai)，fi代表第i个故障，ai代表第i个故障下事故拉路减负荷优化决策措施及其控制量，i＝0代表当前运行状态，将所有故障的ai置为空集。对电网运行状态s0进行安全评估，若安全裕度不满足电网运行要求，则进入步骤三，否则进入步骤四。

识别电网运行状态s0下人工紧急减负荷事故拉路可控措施空间包括如下步骤：

1)基于人工紧急减负荷事故拉路序位表和电网ems运行信息，建立人工紧急减负荷事故拉路序位表中设备名称与ems中设备名称的对照关系表，并针对ems提供的电网当前运行拓扑信息，剔除人工紧急减负荷事故拉路序位表中已停运的设备，给出运行状态s0下有效的事故拉路可控设备xrg.j；

2)基于ems提供的电网运行状态s0下的运行功率信息，将设备xrg.j运行功率作为其可控负荷量prg.j，生成包含可控措施和控制量信息的人工紧急减负荷事故拉路可控措施空间ω0，即ω0＝{(xrg.1，prg.1)，…，(xrg.j，prg.j)，…，(xrg.n，prg.n)}，其中，n为电网运行状态s0下事故拉路可控措施最大数。

对电网运行状态s0进行安全评估，包括电压安全、设备过载、断面越限和稳态频率安全裕度评估。

安全裕度不满足电网运行要求是指电压安全裕度、设备过载安全裕度、断面越限安全裕度和稳态频率安全裕度中任一裕度小于相应的根据电网安全稳定运行规程设置的安全稳定裕度门槛，通常将安全稳定裕度门槛统一设置为5％。

步骤三：计及t0-δt时段内安自装置减负荷动作措施，以人工紧急减负荷代价与事故风险代价之和最小为目标函数，通过优化计算出ω0内满足电网当前运行状态下安全裕度要求的实时人工紧急减负荷优化策略a0，进入步骤七。

δt为安自装置动作距离当前运行状态的有效时间，取值为1h。

优化计算的目标函数具体表达如公式(2)所示。

式中，f1为电网运行状态s0下人工紧急减负荷控制代价，f2为电网运行状态s0下减负荷事故风险代价，crg.j为电网运行状态s0下减负荷措施j的代价，l1为电网运行状态s0下优化决策中人工紧急减负荷措施总数，zk为第k个电网分区减负荷措施集合，z为减负荷事故风险考察区域总数，λk为第k个电网分区的减负荷事故风险代价因子。

其中，表示电网运行状态s0第k个电网分区的减负荷比例，λk在决策中按《电力安全事故应急处置和调查处理条例》，随各电网分区减负荷比例达到的事故风险等级动态变化，按《电力安全事故应急处置和调查处理条例》电网分区减负荷事故风险等级为特别重大事故、重大事故、较大事故、一般事故和无事故考核五类中的一种，λk的取值如式(3)所示。

人工紧急减负荷优化决策方法中按照频率安全、设备过载、断面越限和电压安全问题的优先次序分类进行事故拉路减负荷策略的优化，针对后一安全问题的优化决策计及针对前一安全问题的决策结果，通过逐步迭代实现频率安全、设备过载、断面越限和电压安全问题紧急减负荷优化决策的协调。

在针对每一类安全问题的人工紧急减负荷优化决策中，基于可控措施空间ω0内事故拉路减负荷措施的控制性能代价指标，筛选出控制性能代价指标大于门槛值的有效可控措施，在此基础上，对有效可控措施进行紧急减负荷方案的枚举组合，利用集群计算平台对各方案并行校核，选取安全裕度大于门槛值且目标函数最小的方案作为人工紧急减负荷的优化策略。

步骤四，根据t0时刻安自装置离线策略的模型和参数、安自装置实时运行状态c0以及t0时刻设备投/停状态和潮流实时信息，识别电网运行状态s0下f0中各故障的安自装置减负荷当值策略和控制参数，进入步骤五。

安自装置离线策略的模型和参数是指安自装置中策略表及控制参数定值。

步骤五，基于电网运行状态s0下在线安全稳定评估计算数据，对预想故障集f0中各故障分别进行计及安自装置减负荷当值策略和控制参数的时域仿真，生成各故障后的电网准稳态运行方式s1，识别预想故障后减负荷事故风险考察各电网分区的负荷总量，并统计安自装置减负荷动作措施x′az.j及动作量p′az.j，对各预想故障的s1进行安全评估，筛选出安全裕度不满足电网安全运行要求的故障子集f1，若f1不为空集则进入步骤六，否则，进入步骤七。

识别预想故障后减负荷事故风险考察各电网分区的负荷总量是指基于故障后电网准稳态运行方式s1下负荷功率信息和负荷与电网分区的所属关联关系，采用公式(4)计算各电网分区的负荷总量。

式中，为电网准稳态运行方式s1下第k个电网分区的负荷总量，pl.1为电网准稳态运行方式s1下第l个负荷设备的负荷量。

对各预想故障的电网准稳态运行方式s1进行安全评估，包括电压安全评估、设备过载安全评估、断面越限安全评估和稳态频率安全评估。

安全裕度不满足电网运行要求是指电压安全、设备过载、断面越限和稳态频率安全任一裕度小于相应的根据电网安全稳定运行规程设置的安全稳定裕度门槛值，通常将安全裕度门槛统一设置为10％。

步骤六，针对f1中各预想故障后电网准稳态运行方式s1，基于时域仿真中安自装置减负荷动作措施及动作量，识别电网准稳态运行方式s1下人工紧急减负荷事故拉路可控措施空间ω1，以人工紧急减负荷代价与事故风险代价之和最小为目标函数，通过优化计算出ω1内满足电网准稳态运行方式s1状态下安全裕度要求的人工紧急减负荷优化策略ai，进入步骤七。

识别电网准稳态运行方式s1下人工紧急减负荷事故拉路可控措施空间ω1包括如下步骤：

1)在ω0的基础上，基于预想故障下电网准稳态运行方式s1电网运行拓扑信息，剔除人工紧急减负荷事故拉路序位表中在预想故障下已停运的设备，给出电网准稳态运行方式s1下有效的事故拉路可控设备x′rg.j；

2)基于电网准稳态运行方式s1下设备的运行功率信息，将设备x′rg.j运行功率作为其可控负荷量p′rg.j，生成包含可控措施和控制量信息的人工紧急减负荷事故拉路可控措施空间ω1，即ω1＝{(x′rg.1,p′rg.1),…，(x′rg.j,p′rg.j),…，(x′rg.m,p′rg.m)}，其中，m为运行状态s1下事故拉路可控措施最大数。

优化计算的目标函数具体表达如公式(5)所示。

式中，f1为电网准稳态运行方式s1下人工紧急减负荷控制代价，f2为电网准稳态运行方式s1下减负荷事故风险代价，c′rg.j为电网准稳态运行方式s1下减负荷措施j的代价，l2为电网准稳态运行方式s1下优化决策中人工紧急减负荷措施总数，zk为第k个电网分区减负荷措施集合，z为减负荷事故风险考察区域总数，λ′k为第k个电网分区的减负荷事故风险代价因子。

其中，表示电网准稳态运行方式s1第k个电网分区的减负荷比例，λk′在决策中按《电力安全事故应急处置和调查处理条例》，随各电网分区减负荷比例达到的事故风险等级动态变化，按《电力安全事故应急处置和调查处理条例》电网分区减负荷事故风险等级为特别重大事故、重大事故、较大事故、一般事故和无事故考核五类中的一种，λ′k的取值如式(6)所示。

人工紧急减负荷优化决策方法中各预想故障后的电网准稳态运行方式s1下按照频率安全、设备过载、断面越限和电压安全问题的优先次序分类进行事故拉路减负荷策略的优化，针对后一安全问题的优化决策计及针对前一安全问题的决策结果，通过逐步迭代实现频率安全、设备过载、断面越限和电压安全问题紧急减负荷优化决策的协调。

在针对各预想故障后的电网准稳态运行方式s1下每一类安全问题的人工紧急减负荷优化决策中，基于可控措施空间ω1内事故拉路减负荷措施的控制性能代价指标，筛选出控制性能代价指标大于门槛值的有效可控措施，在此基础上，对有效可控措施进行紧急减负荷方案的枚举组合，利用集群计算平台对各方案并行校核，选取安全裕度大于门槛值且目标函数最小的方案作为人工紧急减负荷的优化策略(fi，ai)。

步骤七，汇总当前运行状态人工紧急减负荷优化策略或各预想故障后运行状态的人工紧急减负荷优化决策结果，将(fi，ai)作为计及安自装置动作的人工紧急减负荷在线优化策略。

综上，本发明实施例提供的人工紧急减负荷在线优化决策方法能够消除安自装置离线策略失配或控制量不足导致电网不满足安全稳定运行要求的风险，降低紧急减负荷的事故风险代价，提升电网运行的经济性。

本发明实施例还提供了一种人工紧急减负荷在线优化决策系统，能够用于执行前述的人工紧急减负荷在线优化决策方法，所述系统包括：

安全评估模块：用于对电网当前运行状态进行安全评估，获取安全裕度；

计算模块：用于对于安全裕度不满足电网安全运行要求的情况，计算满足安全约束的实时人工紧急减负荷策略；

仿真模块：用于对于安全裕度满足电网安全运行要求的情况，对安自装置所防御的预想故障进行仿真；

所述安全评估模块还用于：对预想故障后电网准稳态运行方式进行安全评估；

所述计算模块还用于：对于不满足电网安全运行要求的预想故障，计算满足安全约束的预想故障人工紧急减负荷策略。

其中，所述计算模块包括：

识别模块：用于识别人工紧急减负荷事故拉路可控措施空间；

建立模块：用于根据设备名称建立人工紧急减负荷事故拉路序位表与电网能量管理系统的对照关系表；

剔除模块：用于剔除人工紧急减负荷事故拉路序位表中已停运设备，输出有效事故拉路可控设备；

生成模块：用于将有效事故拉路可控设备的运行功率作为可控负荷量，生成包含可控措施和控制量信息的人工紧急减负荷事故拉路可控措施空间。

所述仿真模块包括：

获取模块：用于根据当前时刻安自装置离线策略模型和参数、安自装置实时运行状态以及当前时刻设备投/停状态和潮流实时信息，获取电网当前运行状态下各预想故障的安自装置减负荷当值策略和控制参数；

时域仿真模块：用于根据电网当前运行状态下在线安全评估计算数据，对各预想故障进行计及安自装置减负荷当值策略和控制参数的时域仿真。

本发明实施例还提供了一种人工紧急减负荷在线优化决策系统，包括处理器及存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行前述人工紧急减负荷在线优化决策方法的步骤。

本发明实施例提供了一种机器可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述人工紧急减负荷在线优化决策方法的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。