一种考虑元件潜在损坏概率的电力网架时序恢复优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统安全防御与恢复控制领域，尤其涉及考虑元件潜在损坏概率 的电力网架时序恢复优化方法。
【背景技术】
[0002] 当前电力系统的恢复方案主要应对短路故障带来的系统崩溃问题，此时电力元件 虽然从系统中切除，但元件本身是完好的，可以伴随调度指令很快重新投入到运行中。近年 来，受台风、冰灾、海啸、地震自然灾害的影响，世界范围内大停电事故时有发生，带来了严 重的经济损失并造成了恶劣的社会影响。自然灾害引起的大停电事故，往往伴随着电力系 统中大量的线路、变压器等输电元件不同程度的潜在损坏，此时元件需要经过一段时间的 修复或者更换，才能投入到运行中。因此，有必要研究输电元件存在潜在损坏场景下的电力 网架恢复策略。
[0003] 根据所需恢复时间的不同，整个电力系统恢复过程可划分为黑启动阶段(约30~ 60分钟）、网架恢复阶段(约3~4小时）、负荷恢复阶段(约8~12小时）。网架恢复阶段包含机 组启动顺序优化和路径恢复顺序优化两个核心任务。机组能否按照预先优化的顺序在预计 时间内顺利启动，受机组启动路径操作时间和启动路径可靠性的影响。这两个核心环节通 常相互影响，应统一进行考虑。当前大多数电力网架恢复方案仅给出了恢复的路径，而为提 高方案的可操作性，同时应该给出各元件的恢复时序时刻。
[0004] 综上所述，当前研究大多未能够很好的考虑线路、变压器等输电元件存在不同程 度的潜在损坏情况，同时具体网架恢复策略最好能有时序的安排以指导实践。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述现有技术不足，本发明提出了一种考虑元件潜在损坏概率的电力网 架时序恢复优化方法，根据线路、变压器等输电元件存在不同程度的潜在损坏情况，通过路 径操作时间将机组启动顺序优化和路径恢复顺序优化关联，以得到更为合理的网架恢复策 略。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] 1)通过引入隶属度函数，对不同概率的潜在损坏元件进行处理；
[0008] 2)以整个电力网架恢复时间内机组发电能力最大为目标函数，通过求解目标函 数，获得机组启动时间，按照机组启动时间由小到大的顺序，逐个启动机组；
[0009] 3)根据步骤2)所得的机组启动顺序，调用Dijkstra算法，求得当前阶段已带电区 域到待恢复机组的恢复路径；
[0010] 4)计算通过步骤3)所得的恢复路径，计算恢复路径操作时间，若求得的恢复路径 操作时间大于通过步骤2)求得的机组启动时刻，则更新机组启动时刻，使其启动时刻大于 恢复路径操作时间，返回步骤2)重新优化机组启动顺序，直至系统所有机组启动时刻大于 路径恢复操作时间；
[0011] 5)进行潮流校验，如果节点电压幅值在0.9~1.1倍额定值范围内，线路输电功率 小于1.1倍额定值，则恢复方案可行；
[0012] 6)若全部机组启动完毕，调用Prim算法，进行电力主网架的恢复，输出最终恢复结 果;若仍有未启动机组，则进入步骤3)。
[0013] 隶属度函数V(P)的表达式为，当输电元件损坏概率P大于a时，V(P)取值为V(P) = 否则V(P)取值为1，其中a，b为大于零的常数。
[0014] 以整个电力网架恢复时间内机组发电能力最大为目标函数，即使函数
取值最小，其中M为系统中非黑启动机 组数，tstart为机组启动时刻，PmaxS机组最大有功出力，Pstart为机组启动功率，t为整数，单 位为每10分钟，Ujt为二元变量，代表非黑启动机组在每一个时间间隔内的状态，Ujt= 1表示 第j台发电机在时间t并网，Ujt = O表示发电机未并网，T为根据经验设定的恢复时间，可取8 ~12小时，通过目标函数的求解，获得Ujt的求解结果即为机组的启动时间，将U jt按照从小 到大顺序排列，叫小的机组优先启动，逐个启动机组。
[0015]调用Di jkstra算法和Prim算法时，将输电元件（e、f)视为边，边的权值为Wef的倒 数，Wrf表达式为:Wef = V(P) (WlBef+W2Cef)，其中Crf为输电元件电容，变压器元件赋予很小的 数值如0.0001; V(p)为隶属度函数值;wl、w2为权重系数且wl+w2 = I;Bef大小代表着支路的 重要度，计算方法为
为在假设元件无故障情况下，任 意发电-负荷节点对(g，1)间加上单位注入电流元后，支路(e，f)上流过的电流，Wg为发电节 点g的权重，取发电机额定出力，Wi为节点负荷1的权重，取实际负荷大小，G和L为所有发电 和负荷节点的集合，通过调用D i j ks tra算法，求得当前阶段已带电区域到待恢复机组的恢 复路径；
[0016] 路径操作时间tpath计算为
> 其中tpath为从已带电区域 到待恢复机组路径操作时间，Uune3为路径中第m条线路的操作时间，tntrans为路径中第η个变 压器支路的操作时间，tllciad为第1个可调度负荷的操作时间，x、y、z分别为从已带电区域到 待恢复机组路径中线路总数、变压器总数和可调度负荷总数。
[0017] 本发明的有益效果在于:形成了电力网架时序恢复方案，通过路径操作时间将机 组启动顺序优化和路径恢复顺序优化关联起来，有效的实现了两个目标的一致性优化。以 整个恢复时间内机组发电能力最大为目标，考虑了机组启动功率约束、热启动时间限制、冷 启动时间限制，求得机组启动优化顺序，能够优先恢复热启动时限小且爬坡速率快的机组。 在路径恢复顺序优化模型中，考虑输电元件发生不同程度的潜在损坏概率场景，建立输电 元件损坏概率模型和恢复时间模型，能够优先恢复损坏概率小、重要度高且过电压风险低 的输电元件。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明所述的考虑元件潜在损坏概率的电力网架时序恢复优化方法求解流 程不意图；
[0019]图2为本发明IEEE 39节点系统图，图中数字为母线节点编号；
[0020] 图3为电力网架最终恢复结果图。
[0021] 其中方框中的数据为变压器、线路、发电机恢复后，此时系统所需的操作时间，非 方框中的数字为母线节点编号。
[0022]下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
【具体实施方式】
[0023]下面将结合附
[0024]图1对本发明作进一步说明。
[0025] 步骤1:针对输电元件发生不同程度的潜在损坏概率情况，按照式（1)所示的隶属 度函数对其进行模糊化处理；
[0026]
(1)
[0027] 式中：a表示影响选择的阈值，b表示影响选择的权重值，均为大于0的常数。p为元 件潜在损坏概率，V(p)为隶属度函数值，隶属度函数值体现了不同概率的潜在损坏元件对 恢复人员在选择恢复该元件时的影响程度。
[0028] 元件(线路、变压器、负荷等)通过操作恢复供电的时间认为服从β分布，其期望值 如式(2)所示：
[0029] (2)
[0030] 式中：tk为元件k通过操作而恢复供电的时间，Ak、Mk、Bk分别为根据恢复操作人员 经验而设置的元件k的乐观操作时间、最可能操作时间和悲观操作时间。
[0031] 对于不是发生确定性损坏的元件，其恢复时间即为操作时间，按照式(2)求取。若 系统中某些处于关键位置的元件发生确定性损坏（即元件发生损坏的概率视为1)，在恢复 过程中将其剔除后，将有可能导致局部区域的发电机无法启动，该区域负荷也无法恢复，显 然在制定电力网架恢复策略时，有必要考虑发生确定性损坏元件的修复时间。通常，元件的 损坏修复时间由多种因素决定，考虑到元件的修复时间限制，式(2)可进一步表示为：
[0032] 4 =Ii+邊 (：3)
[0033] 式中：△ t为元件损坏修复时间，可由恢复操作人员根据经验设定，C为元件计及 损坏修复时间和操作时间后的恢复供电时间。那么对于确定性损坏元件其恢复时间按照式 (3)求解。
[0034]步骤2:以电力网架恢复时间内发电能力最大求解机组启动顺序及启动时刻，计及 机组启动功率约率、临界时间约束，目标函数如式(4)所示； (:4)
[0035]
式中I 为系
[0036] 统中发电机总数，M为系统中非黑启动机组数，PmaxS机组最大有功出力，Rr为机组 爬坡速率，T ctp为机组并网时间、Pstart为机组启动功率，T为根据经验设定的恢复时间，在该 时间内系统机组全部恢复供电，t start为机组启动时亥Ij。可知，N、M、Pmax、Rr、Tctp、P start、T全部 为常数，认为黑启动机组的启动时刻为〇,只有非黑启动机组tjstart为决策变量，那么目标函 数可变形为：
[0037]
.⑷
[0038] 式中：C为常数。目标函数进一步可等效为：
[0039]
:(6).
[0040] 式中：Ujt代表非黑启动机组在每一个时间间隔内的状态，Ujt=I表示第j台发电机 在时间t并网，Uj t = O表示发电机未并网。
[0041 ]机组启动顺序优化约束条件包括：
[0042] 1)机组启动功率约束：
[0043]
(7).
[0044]式中:Pgen(t)为发电机在t时刻有功出力。
[0045] 2)最大、最小临界时间约束为：
[0046]
C8)
[0047]式中：Tou为机组j的热启动临界时间;Tcc, j为机组j的冷启动临