一种基于弱稳定模式记忆的系统暂态稳定紧急控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于弱稳定模式记忆的系统暂态稳定紧急控制方法，属于电力系统及其自动化技术领域。本发明采用大规模并行集群计算技术解决弱稳定模式暂态安全稳定的系统在线紧急控制，计算多模式交互影响下的暂态功角稳定紧急控制策略，若主导失稳模式控制措施调度序列安全校核过程中激发了其他潜在失稳模式，则终止主导失稳模式控制措施调度序列暂态安全稳定量化评估，并将潜在失稳模式的控制措施调度序列与回退后的主导失稳模式控制措施调度序列进行枚举组合形成新的调度序列，重新提交并行集群系统进行暂态安全稳定量化评估，实现多失稳模式间控制措施的协调。
【专利说明】
一种基于弱稳定模式记忆的系统暂态稳定紧急控制方法
技术领域
[0001]本发明属于电力系统及其自动化技术领域，更准确地说本发明涉及一种基于弱稳定模式记忆的系统暂态稳定紧急控制方法。
【背景技术】
[0002]紧急控制是电力系统由于大扰动进入紧急状态或极端紧急状态，为防止系统稳定破坏、运行参数严重超出规定范围、以及事故进一步扩大引起大范围停电而进行的控制。近年来，基于“在线预决策，实时匹配”的暂态安全稳定紧急控制框架研发的在线紧急控制系统已在国内外多个网省级区域电网得到应用，在暂态稳定控制方面，均针对预想故障后的单一主导失稳模式，对跨区互联电网中潜在的由于多模式交互而导致主导失稳模式恶性演化的问题尚缺乏有效的应对策略，且大电网失稳模式的复杂变化可能导致稳定控制的负效应。
[0003]暂态稳定多模式交互影响情况下，针对某一暂态稳定模式的控制措施对其它稳定模式可能失效甚至带来危险的控制负效应问题，极端状况甚至会激发其它模式的相继失稳。因此，需要研究应对动态过程中稳定形态的转换、恶性演化的有效应对策略，制定紧急控制手段寻优路径，避免随机试凑，通过对策略搜索过程和已执行的弱稳定模式紧急控制的记忆，掌握系统失稳模式演化规律，提高紧急控制可靠性，策略搜索效率并减少控制代价。
[0004]当电力系统由于较严重故进入紧急状态，为防止系统暂态稳定破坏，运行参数严重超出规定范围及事故进一步扩大，需要采取相应的紧急控制，必要时，允许损失少量负荷。这些紧急控制措施的搜索算法，除了多次试凑方法以外，大多集中于各种稳定量化指标对控制变量的灵敏度技术。但该算法目前尚存在局限性，一方面，稳定量化指标与控制变量间并非线性关系，使用一阶灵敏度无法确保准确性，而高阶灵敏度又很难解析表达;另一方面，切机、切负荷本身是离散控制，不符合灵敏度计算中假定的稳定量化指标对控制变量连续可微，当失稳形态转变，原有切机、切负荷控制策略将不再适应新的失稳模式。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是:为了提高对互联电网内失稳模式演化现象识别能力，掌握弱稳定模式下系统暂态稳定紧急控制策略，为暂态稳定紧急控制提供技术基础，给出一种基于弱稳定模式记忆的系统暂态稳定紧急控制方法。该方法通过典型扰动下的时域仿真结果，进行弱稳定模式的系统映像下的暂态稳定裕度计算，掌握安控切机措施下各弱稳定模式对应的稳定裕度变化规律，制定系统主导失稳模式变化后紧急控制措施搜索路径，减少试探搜索次数，提高紧急控制可靠性。
[0006]具体地说，本发明采用以下的技术方案来实现的，包括下列步骤:
I)从在线决策系统平台实时测量当地电网电气量，获取电网典型方式数据，针对预想故障集，基于EEAC理论对故障后临界群中存在的非同调模式的识别，获得以交流断面f={l，2，….，m}为割集的系统弱稳定模式SjS1，S2，…，Sm}，采用EEAC计算各弱稳定模式下临界群中所有配备有切机执行子站的发电机的暂态功角稳定参与因子，并按由大到小依次排序形成相应的切机控制顺序，将各弱稳定模式对应的切机控制顺序表示为[f iI1 G\,...,G1^,其中，?为存在的弱稳定模式总数，i=l~?，*表示针对第i种系统弱稳定模式临界群中配备有切机执行子站的发电机总台数；
2)针对预想故障集中的某一故障进行系统暂态稳定时域仿真，得到以各弱稳定模式为分群映像的系统功角稳定裕度，按照从大到小顺序依次排列为n--{ m, n>,-, ，假设其中第I个弱稳定模式的系统功角稳定裕度最小，则记系统功角稳定裕度最小值Hain= qk.若％_大于等于O，则该故障下系统功角稳定/临界稳定，不执行紧急控制策略，否则，按照该故障相应失稳模式对应的切机控制顺序试探，试探过程中保持对弱稳定模式的记忆，直到办^大于等于O，结束紧急控制策略搜索；
3)对预想故障集中所有故障都根据步骤2)处理，得到典型方式下适应弱稳定模式演化的暂态稳定紧急控制策略。
[0007]上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤2)包括以下步骤:
2-1)针对预想故障集中的某一故障进行系统暂态稳定时域仿真，得到以各弱稳定模式为分群映像的系统功角稳定裕度，按照从大到小顺序依次排列为士{ Πι,取’...’ ，假设其中第I个弱稳定模式的系统功角稳定裕度最小，则记系统功角稳定裕度最小值IJmin= TJk-若办^大于等于O，则该故障下系统功角稳定/临界稳定，不执行紧急控制策略；
2-2)若小于0，则按照系统主导的第I个弱稳定模式对应的切机控制顺序每次叠加一台试探，形成试探序列、G ki+Gk2 ,Gki+G k2+Gk2、……，每步试探时记录切机台数、切机位置、切除发电机总功率以及采取切机安控措施后系统各弱稳定模式的功角稳定裕度￥={ nJi, nJ2,…,Λ}，其中V代表第j.次试探的系统稳定裕度；
2-3)若每次试探切机后第I个弱稳定模式的系统功角稳定裕度仍为最小，则切机控制策略未引发系统主导失稳模式变换，继续按步骤2-2)试探，直到Λ大于等于0，结束紧急控制策略搜索，此时系统记忆的切机台数、切机位置及切除发电机总功率即为该故障下暂态稳定紧急控制策略，将此时试探次数J次下切机总量提交紧急预决策控制系统；
2-4)若第J次试探切机后系统功角稳定裕度最小的弱稳定模式由第I个变为第?个，表明切机控制策略激发了系统其他弱稳定模式，导致系统主导失稳模式发生变化，此时如J大于I则以第I个弱稳定模式第J -1次切机策略记忆结果为基准更改切机控制搜索方向否则直接更改切机控制搜索方向，沿第t个弱稳定模式的方向增加切机控制量，形成新的试探序列G tI^G \+G \+G \+G S、......，并记忆相应的切机台数、切机位置、切除发电机总功率以及采取切机安控措施后系统各弱稳定模式的功角稳定裕度，若第?个弱稳定模式切机控制方向中某一发电机同时位于第I个弱稳定模式的切机序列，并且控制策略记忆显示重合发电机已切除，则跳过该发电机；
2-5)如系统主导失稳模式发生变化后又经历J次试探后系统主导失稳模式没有再发生变化且士/^大于等于0，结束紧急控制策略搜索，如J大于I则将该故障下切机总量、+…\+G V…M V提交紧急预决策控制系统，如j.等于I则将该故障下切机总量G\+G ^+-+G V提交紧急预决策控制系统；如系统主导失稳模式发生变化后再进行试探时系统主导失稳模式又继续发生变换，则重复步骤2-4)，直到士^大于等于O，结束紧急控制策略搜索。
[0008]上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤2-1)中，根据典型故障下系统时域仿真结果，将所有发电机划分为以断面f为割集的互补两群S群和A群，断面f送端所有发电机组成S群，断面f受端所有发电机组成A群，基于EEAC方法计算以f为割集断面的该分群模式下系统映像的系统功角稳定裕度。
[0009]上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3)中，针对预想故障集中所有故障的紧急控制策略搜索由多台机并行实现。
[0010]本发明的有益效果如下:本发明通过典型扰动下的时域仿真结果，进行弱稳定模式的系统映像下的暂态稳定裕度计算，掌握安控切机措施下各弱稳定模式对应的稳定裕度变化规律，制定系统主导失稳模式变化后紧急控制措施搜索路径，能够减少试探搜索次数，提高紧急控制可靠性。本发明有利于电力系统调度运行人员把握复杂系统内在运行规律，为协调制定暂态稳定紧急控制策略提出基础，从而提升系统安全稳定控制的有效性和在线自动化计算水平。
【具体实施方式】
[0011]下面结合实例对本发明作进一步详细描述。
[0012]本发明的一个实施例，其原理是采用大规模并行集群计算技术解决弱稳定模式暂态安全稳定的系统在线紧急控制，计算多模式交互影响下的暂态功角稳定紧急控制策略，若主导失稳模式控制措施调度序列安全校核过程中激发了其他潜在失稳模式，则终止主导失稳模式控制措施调度序列暂态安全稳定量化评估，并将潜在失稳模式的控制措施调度序列与回退后的主导失稳模式控制措施调度序列进行枚举组合形成新的调度序列，重新提交并行集群系统进行暂态安全稳定量化评估，从而实现多失稳模式间控制措施的协调。具体步骤如下:
步骤1:从在线决策系统平台实时测量当地电网电气量，获取电网典型方式数据，针对预想故障集，基于EEAC理论对故障后临界群中存在的非同调模式的识别，获得以交流断面f={1，2，为割集的系统弱稳定模式S=(S1JvsSm)，采用EEAC计算各弱稳定模式下临界群中所有配备有切机执行子站的发电机的暂态功角稳定参与因子，并按由大到小依次排序形成相应的切机控制顺序，将各弱稳定模式对应的切机控制顺序表示为G、]，其中，《为存在的弱稳定模式总数，i=l~?，*表示针对第i种系统弱稳定模式临界群中配备有切机执行子站的发电机总台数。
[0013]步骤2:针对预想故障集中的某一故障进行系统暂态稳定时域仿真，得到以各弱稳定模式为分群映像的系统功角稳定裕度，按照从大到小顺序依次排列为ri, T1,-,W，假设其中第I个弱稳定模式的系统功角稳定裕度最小，则记系统功角稳定裕度最小值η.η= ^若《Μ大于等于0，则该故障下系统功角稳定/临界稳定，不执行紧急控制策略，否贝1J，按照该故障相应失稳模式对应的切机控制顺序试探，试探过程中保持对弱稳定模式的记忆，直到仏“大于等于0，结束紧急控制策略搜索。具体而言，包括以下处理过程:
步骤2-1:针对预想故障集中的某一故障进行系统暂态稳定时域仿真，得到以各弱稳定模式为分群映像的系统功角稳定裕度，按照从大到小顺序依次排列为年{ Π1, Π2,…,T]m}，假设其中第I个弱稳定模式的系统功角稳定裕度最小，则记系统功角稳定裕度最小值Hmin=取.’若H, μ大于等于O，则该故障下系统功角稳定/临界稳定，不执行紧急控制策略。
[0014]系统功角稳定裕度的计算方法为:根据典型故障下系统时域仿真结果，将所有发电机划分为以断面f为割集的互补两群S群和A群，断面f送端所有发电机组成S群，断面f受端所有发电机组成A群，基于EEAC方法计算以f为割集断面的该分群模式下系统映像的系统功角稳定裕度。
[0015]步骤2-2:若Cmi3小于0，则按照系统主导的第I个弱稳定模式对应的切机控制顺序每次叠加一台试探，形成试探序列Gk1、G ki+G k2 ,Gki+G k2+G、、……，每步试探时记录切机台数、切机位置、切除发电机总功率以及采取切机安控措施后系统各弱稳定模式的功角稳定裕度nJl, nJ2,…,fm}，其中f代表第J次试探的系统稳定裕度。
[0016]步骤2-3:若每次试探切机后第I个弱稳定模式的系统功角稳定裕度仍为最小，则切机控制策略未引发系统主导失稳模式变换，继续按步骤2-2试探，直到大于等于0，结束紧急控制策略搜索，此时系统记忆的切机台数、切机位置及切除发电机总功率即为该故障下暂态稳定紧急控制策略，将此时试探次数次下切机总量6\+?^2+...+ ?； ~提交紧急预决策控制系统。
[0017]步骤2-4:若第J次试探切机后系统功角稳定裕度最小的弱稳定模式由第I个变为第t个，表明切机控制策略激发了系统其他弱稳定模式，导致系统主导失稳模式发生变化，此时如J大于I则以第I个弱稳定模式第J -1次切机策略记忆结果为基准更改切机控制搜索方向(如J等于I则直接更改切机控制搜索方向)，沿第t个弱稳定模式的方向增加切机控制量，形成新的试探序列G tI^G \+G \+G \+G S、……，并记忆相应的切机台数、切机位置、切除发电机总功率以及采取切机安控措施后系统各弱稳定模式的功角稳定裕度，若第?个弱稳定模式切机控制方向中某一发电机同时位于第I个弱稳定模式的切机序列，并且控制策略记忆显示重合发电机已切除，则跳过该发电机。
[0018]步骤2-5:如系统主导失稳模式发生变化后又经历J次试探后系统主导失稳模式没有再发生变化(系统功角稳定裕度最小的弱稳定模式仍为第?个)且％^大于等于0，结束紧急控制策略搜索，将系统主导失稳模式发生变化前记忆的该故障下切机总量以及变化后记忆的该故障下切机总量一并提交紧急预决策控制系统，即如J大于I则将该故障下切机总量?Λ+#2+...+?； \+G \+...+6 V提交紧急预决策控制系统，如J.等于I则将该故障下切机总量Gi1+^ ^+-+G V提交紧急预决策控制系统。
[0019]如系统主导失稳模式发生变化后再进行试探时系统功角稳定裕度最小的弱稳定模式不再是第?个，则意味着系统主导失稳模式又继续发生变换，则重复以步骤2-4的方式进行处理，直到％^大于等于O，结束紧急控制策略搜索。
[0020]步骤3:对预想故障集中所有故障都根据步骤2处理，得到典型方式下适应弱稳定模式演化的暂态稳定紧急控制策略。弱稳定模式演化的暂态稳定紧急控制策略搜索效率取决于电网分区复杂及区域间紧密程度、运行方式、故障集中易引发弱稳定模式变化的故障个数、区域内不同负荷模型、直流控制方式等，这些都会影响在线预决策紧急控制策略表刷新时间。为保证在线分析预决策的计算速度，紧急控制策略搜索可由多台机并行实现。
[0021]虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。
【主权项】
1.一种基于弱稳定模式记忆的系统暂态稳定紧急控制方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)从在线决策系统平台实时测量当地电网电气量，获取电网典型方式数据，针对预想故障集，基于EEAC理论对故障后临界群中存在的非同调模式的识别，获得以交流断面f={l，2，….，m}为割集的系统弱稳定模式SjS1，S2，…，Sm}，采用EEAC计算各弱稳定模式下临界群中所有配备有切机执行子站的发电机的暂态功角稳定参与因子，并按由大到小依次排序形成相应的切机控制顺序，将各弱稳定模式对应的切机控制顺序表示为[fS，...，其中，?为存在的弱稳定模式总数，i=l~?，*表示针对第i种系统弱稳定模式临界群中配备有切机执行子站的发电机总台数； 2)针对预想故障集中的某一故障进行系统暂态稳定时域仿真，得到以各弱稳定模式为分群映像的系统功角稳定裕度，按照从大到小顺序依次排列为η--{ Πι, m’...’ ，假设其中第I个弱稳定模式的系统功角稳定裕度最小，则记系统功角稳定裕度最小值Ilmin=Uk-, 若％^大于等于O，则该故障下系统功角稳定/临界稳定，不执行紧急控制策略，否则，按照该故障相应失稳模式对应的切机控制顺序试探，试探过程中保持对弱稳定模式的记忆，直到^⑶大于等于O，结束紧急控制策略搜索； 3)对预想故障集中所有故障都根据步骤2)处理，得到典型方式下适应弱稳定模式演化的暂态稳定紧急控制策略。2.根据权利要求1所述的基于弱稳定模式记忆的系统暂态稳定紧急控制方法，其特征在于，所述步骤2)包括以下步骤: 2-1)针对预想故障集中的某一故障进行系统暂态稳定时域仿真，得到以各弱稳定模式为分群映像的系统功角稳定裕度，按照从大到小顺序依次排列为士{ η2,.._, ，假设其中第I个弱稳定模式的系统功角稳定裕度最小，则记系统功角稳定裕度最小值Ihin= Hk' 若％^大于等于O，则该故障下系统功角稳定/临界稳定，不执行紧急控制策略； 2-2)若小于O，则按照系统主导的第I个弱稳定模式对应的切机控制顺序每次叠加一台试探，形成试探序列G\、G ki+Gk2 ,Gki+Gk2+Gk3,……，每步试探时记录切机台数、切机位置、切除发电机总功率以及采取切机安控措施后系统各弱稳定模式的功角稳定裕度V={ nJi’ n'，…，的》}，其中f代表第J次试探的系统稳定裕度； 2-3)若每次试探切机后第I个弱稳定模式的系统功角稳定裕度的t仍为最小，则切机控制策略未引发系统主导失稳模式变换，继续按步骤2-2)试探，直到也^大于等于O，结束紧急控制策略搜索，此时系统记忆的切机台数、切机位置及切除发电机总功率即为该故障下暂态稳定紧急控制策略，将此时试探次数J次下切机总量提交紧急预决策控制系统； 2-4)若第J次试探切机后系统功角稳定裕度最小的弱稳定模式由第I个变为第?个，表明切机控制策略激发了系统其他弱稳定模式，导致系统主导失稳模式发生变化，此时如J大于I则以第I个弱稳定模式第J -1次切机策略记忆结果为基准更改切机控制搜索方向否则直接更改切机控制搜索方向，沿第t个弱稳定模式的方向增加切机控制量，形成新的试探序列G tI^G \+G ^,Gh+G \+G S、......，并记忆相应的切机台数、切机位置、切除发电机总功率以及采取切机安控措施后系统各弱稳定模式的功角稳定裕度，若第?个弱稳定模式切机控制方向中某一发电机同时位于第I个弱稳定模式的切机序列，并且控制策略记忆显示重合发电机已切除，则跳过该发电机； 2-5)如系统主导失稳模式发生变化后又经历J次试探后系统主导失稳模式没有再发生变化且^^^大于等于O，结束紧急控制策略搜索，如J大于I则将该故障下切机总量+…M kj-1+G \+G ^+-+G V提交紧急预决策控制系统，如j.等于I则将该故障下切机总量G \+G ^+-+G V提交紧急预决策控制系统； 如系统主导失稳模式发生变化后再进行试探时系统主导失稳模式又继续发生变换，则重复步骤2-4)，直到大于等于O，结束紧急控制策略搜索。3.根据权利要求2所述的基于弱稳定模式记忆的系统暂态稳定紧急控制方法，其特征在于，所述步骤2-1)中，根据典型故障下系统时域仿真结果，将所有发电机划分为以断面f为割集的互补两群S群和A群，断面f送端所有发电机组成S群，断面f受端所有发电机组成A群，基于EEAC方法计算以f为割集断面的该分群模式下系统映像的系统功角稳定裕度。4.根据权利要求1?3任一所述的基于弱稳定模式记忆的系统暂态稳定紧急控制方法，其特征在于，所述步骤3)中，针对预想故障集中所有故障的紧急控制策略搜索由多台机并行实现。
【文档编号】H02J3/00GK106099905SQ201610315291
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月14日
【发明人】崔晓丹, 张红丽, 刘福锁, 李威
【申请人】国家电网公司, 国电南瑞科技股份有限公司, 国网上海市电力公司