本申请属于电力系统安全稳定评估领域，特别涉及一种对潮流转移引起的安全稳定问题的评估方法。
背景技术：
电网中发生短路等故障时，继电保护或局部的稳定控制装置通常通过开断故障线路，来保护局部设备或局部电网不受危害。然而，线路的开断，往往引起经由该线路传输的功率转移到相连通的其他线路上，如果接收转移潮流的线路的潮流超过其允许的安全稳定容量限值，则会引起进一步的线路开断，从而发生连锁故障，导致电网事故的扩大。近年来国内外发生的大范围电网事故几乎都涉及局部线路开断引起的潮流转移，致使事故范围扩大。因此，预评估线路开断引起的潮流转移对电网造成的危害程度对预防和控制事故的扩大具有重要意义。
根据现有文献，关于潮流转移对电网影响程度的评估方法主要是两类，一类是借助潮流方程，通过计算变量间的雅可比矩阵即灵敏度系数，来计算线路开断引起的其他线路的潮流变化量；另一类是利用仿真方法，通过人为开断某一线路，观察其在其他线路造成的影响。然而这两类方法均具有以下缺点：
(1)雅可比矩阵计算和仿真建模计算均需要依靠电网模型参数和网络实时拓扑，当这些数据难以得到，或者与实际值相差较大时，将不能进行相应的数学建模和计算，或者计算结果不准确。
(2)实际电网由于故障发生潮流转移时，可能涉及调控装置的连锁动作，以及机组设备的动态调节，例如稳控的联切操作，AGC和AVC的动态调节，电力电子装置的无功和有功的快速支撑等。对这些连锁动态行为全面知晓和建模都是存在困难的。
此外，自2010年以来广域相量测量系统已经在全国省级及以上电网得到广泛应用。各广域相量测量系统普遍以50帧/秒或25帧/秒的速率从各测量子站高速实时收集电压电流相量、频率、功率等量测数据，并且各数据都具有精度高达1微秒的测量时标，因此可以实现对全网动态过程的实时同步观测，这时以往几秒1个测量点，并且数据没有测量时标的SCADA所不可能具有观测优势。
还应指出的是潮流转移主要发生于环网运行的网络，而为了避免电磁环网，只有高压主网架在运行时具有环网，220kV即以下电网通常采用环网建设，开环运行的原则，因此可以说具有大规模环网运行的电网都是省级及以上电网，目前也都已具备了广域相量测量系统。
鉴于上述原因本发明提出一个在广域相量测量系统平台上，基于电网日常运行中线路功率波动信息，利用统计技术，计算出电网中各线路潮流转移情况以及其对电网的安全稳定的危害程度的方法，并可从中选择出发生线路开断对电网安全稳定运行有严重危害的线路进行重点监控。该方法仅依赖电网运行人员所能直接掌握的实测数据，可以综合考虑各种连锁调控装置以及动态过程的综合效果，因此本发明可以实现对潮流转移危害程度的客观、实时评价。
技术实现要素：
为解决现有技术中的上述问题，本发明公开了一种电网潮流转移危害度评估方法，利用广域相量测量系统平台所获得的高采样率广域同步的实时动态功率变化数据，基于电网日常运行中线路功率波动信息，利用统计技术，计算出电网中各线路间潮流转移关系以及其对电网的安全稳定的危害程度，并可从中选择出发生线路开断对电网安全稳定运行有严重危害的线路进行重点监控。
本发明具体采用以下技术方案：
一种电网潮流转移危害度评估方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：在实际电网中，识别全部具有潮流转移关系的线路；
步骤2：统计同时段潮流转出线路与潮流转入线路上有功功率升降次数，识别潮流转移关联因子；
步骤3：根据潮流转出线路与潮流转入线路功率变化量的统计，计算可信潮流转移因子；
步骤4：计算实际线路开断时引起的有功功率转移量；
步骤5：根据线路开断后对其他线路容量裕度的影响，计算线路开断引起的潮流转移直接危害度指标；
步骤6：根据是否发生连锁容量越限，计算线路开断的潮流转移连锁危害度指标；
步骤7：根据对电网中历史故障的统计，计算线路开断引起的潮流转移危害风险指标；
步骤8：对各线路分别按潮流转移连锁危害度指标和潮流转移危害风险指标进行排序，并根据排序结果对各线路给出不同的预防控制措施。
本发明进一步包括以下优选方案：
在步骤1中，识别全部具有潮流转移关系的线路，其内容包括：
(1.1)将电网中最高和次高电压等级的线路以及这两个电压等级间的变压器均转化为网络中的线段，形成被搜索网络；
(1.2)采用任一网孔搜索算法在被搜索网络中找出全部的网孔；
(1.3)将所有网孔上的线路作为潮流转移的统计监视线路，轮流计算每一条线路的潮流转移危害度，当选择其中1条线路作为被评估潮流转移危害度的线路时，称该线路为潮流转出线路，其他线路作为潮流转入线路。
在步骤2中，具体包括以下内容：
(2.1)监测电网中具有潮流转移关系的各线路的有功功率，在设定时间段Δt内线路有功功率下降变化超过阈值ΔPth时，判断该线路功率突降，为潮流转出线路；找出线路有功功率突降的线路i，即潮流转出线路i；
(2.2)在上述潮流转出线路i有功功率下降的设定时间段Δt内，对应地搜索在该时间段出现有功功率上升的线路j；
(2.3)计算与潮流转出线路i相关线路的潮流转移关联因子：在统计时段内，若潮流转出线路i的有功减少即潮流转出次数为NDi，对应检测到的线路j的有功功率上升次数为NRi_j，计算则潮流转出线路i向线路j的潮流转移关联因子Ri-j如下：
其中，所述设定时间段Δt为1秒；
所述统计时段为1天、1周或1月。
阈值ΔPth根据电压等级或电网负荷状况预先设定。对于220kV和500kV的电网，所述阈值ΔPth优选为50MW。
在步骤3中，计算可信潮流转移因子包括以下内容：
(3.1)根据潮流转出线路i第n次的有功功率下降值ΔPi_drop_n在线路j上引起的有功功率上升值ΔPj_rise_n(≠0)，计算第n次实测的潮流转出线路i向线路j的潮流转移系数即有功功率转移系数ki_j_n,其中，有功功率下降值ΔPi_drop_n大于阈值ΔPth，依此计算出每一次潮流转出线路i功率下降且线路j功率上升时的潮流转移系数ki_j_n：
(3.2)计算潮流转出线路i向线路j的平均潮流转移系数ki_j：
其中，NRi_j为在统计时段内，潮流转出线路i功率下降而引起的线路j的有功功率上升次数；
(3.3)按照下式计算潮流转出线路i向线路j的可信潮流转移因子Ki_j：
Ki_j＝Ri_j·ki_j
其中，Ri-j为潮流转出线路i向线路j的潮流转移关联因子。
在步骤4中，当潮流转出线路i发生线路开断时，根据可信潮流转移因子Ki_j计算线路j上引起的有功功率增加量即有功功率转移量为：
ΔPj_rise_F＝Ki_j·ΔPi_drop_C；
此时线路j的预测潮流为：
Pj_F＝ΔPj_rise_F+Pj_C；
其中，ΔPj_rise_F为线路j上引起的有功功率增加量，ΔPi_drop_C表示线路i发生线路开断时的有功功率下降值，Ki_j表示潮流转出线路i向线路j的可信潮流转移因子，Pj_C表示潮流转出线路i断路前线路j的潮流即有功功率值，Pj_F表示潮流转出线路i断路后线路j的预测潮流。
在步骤5中，潮流转移直接危害度指标按照以下方法计算：
(5.1)按下式计算在潮流转出线路i开断情况下功率上升的线路j的裕度系数Di_j，当Di_j越小于1，则该线路j的容量裕度越多；当Di_j≥1时，线路j有功潮流达到或超过容量限，认为线路j有功潮流越限；
其中，Pj_F表示线路i断路后线路j的预测潮流，Pj_Limit表示线路j的容量限；
(5.2)若潮流转出线路i开断引起m条线路有功潮流越限，即相应m条线路的Di_j≥1，则潮流转出线路i开断引起的潮流转移直接危害度指标Di_D为：
Di_D＝m
(5.3)对于开断不引起任何线路有功潮流越限的潮流转出线路i，其潮流转移直接危害度指标Di_D为：
Di_D＝max{Di_j}。
在步骤6中，潮流转移连锁危害度指标按照以下方法计算：
(6.1)若潮流转出线路i开断后，直接引起m条线路的有功潮流越限，这m条线路会因过载而进一步开断，并进一步引起潮流转移；若线路i引起的m条过载线路中，有M条进一步开断会引起其他线路有功潮流越限，则潮流转出线路i开断引起的潮流转移连锁危害度指标DT_i为：
DT_i＝m+10M；
(6.2)对于潮流转出线路i，若其开断只直接引起部分线路有功潮流越限，而这些有功潮流越限的线路即使开断也不再进一步造成其它线路有功潮流越限，则潮流转出线路i的潮流转移连锁危害度指标定为：
DT_i＝Di_D；
(6.3)对于不引起任何线路潮流越限的潮流转出线路i，其潮流转移连锁危害度指标定为：
DT_i＝Di_D＝max{Di_j}＜1。
在步骤7中，潮流转出线路引起的潮流转移危害风险指标按以下方法计算：
(7.1)根据历史统计，得到潮流转出线路的故障概率，对于潮流转出线路i的故障概率Gfault_i的定义如下：
(7.2)根据各潮流转出线路开断时的潮流转移连锁危害度指标和故障概率，得出各线路的潮流转移危害风险指标，线路i的潮流转移危害风险指标FT_i表示如下：
FT_i＝Gfault_i·DT_i
其中，DT_i为潮流转出线路i开断引起的潮流转移连锁危害度指标。
在步骤8中，对各线路分别按潮流转移连锁危害度指标和潮流转移危害风险指标进行排序：
对潮流转移连锁危害度指标大于等于4或排在前3名，并且其潮流转移危害风险指标排在前10名的线路，采取预防控制措施；
对潮流转移连锁危害度指标大于等于4，而潮流转移风险指标排在10名之后的线路，采取重点监视措施；
对于潮流转移连锁危害度指标大于1，但小于4的线路列为次重点监视线路；
对于潮流转移连锁危害度小于1的线路采用普通的监视措施即可。
本发明的实施将可以帮助电网运行人员在不依赖电网的具体模型、参数、拓扑以及保护控制装置动作特性的情况下，仅依赖广域相量测量系统在电网日常运行中的统计信息，便可以对电网中各线路开断后引起的潮流转移危害度和风险进行定量评价，并找出其中存在最严重危害或风险的线路做为关键线路进行重点的预防控制和监视。相对于传统的基于潮流计算的潮流转移计算方法，本发明中的基于统计的方法可以考虑各种连锁调控装置以及动态过程对潮流转移的综合效果，从而实现对潮流转移危害程度的动态综合评价。
附图说明
图1为本发明潮流转移危害度评估方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细介绍。
本发明利用广域相量测量系统平台所获得的高采样率广域同步的实时动态功率变化数据，基于电网日常运行中线路功率波动信息，利用统计技术，计算出电网中各线路潮流转移情况以及其对电网的安全稳定的危害程度，并可从中选择出发生线路开断对电网安全稳定运行有严重危害的线路进行重点监控。在实际电网中，基于本发明所提出的方法开发的潮流转移危害度评估程序将运行于省级、分中心级和国家级电网调度中心的广域测量系统WAMS的高级应用服务上。广域测量系统以50帧/秒或25帧/秒的速度获取调度中心所管辖主干电网上由PMU测得的各线路的电压相量、电流相量、功率、频率等同步量测数据，在调度中心的WAMS主站在收到这些信息后，根据数据拥有的高精度同步时标，对数据进行同步对齐，并存储于时间序列实时库和历史库。同时，广域测量系统主站存储有电网的实时网络拓扑模型，数据库中的量测数据被关联到各线路设备，从而使得各WAMS主站高级应用可以进行基于网络拓扑信息的电网分析。在此应用平台上，依据本发明开发的程序可以开始进行潮流转移危害度评估。由于需要基于一段时间的统计数据，才能得到较可靠的线路间潮流转移关系，因此通常至少要有1小时的历史数据，作为统计分析的基础。但是为了避免在统计周期内网络结构发生大的变化，从而对潮流转移关系影响过大，因此统计周期也不宜取得过长，以最长不超过1星期为宜。但是应指出的是对于线路等元件的故障概率统计的时长，可以不受此统计周期约束。
基于上述实际应用环境，运行于WAMS平台高级应用服务器上的潮流转移危害度评估程序可以循环执行以下步骤(流程图见附图1)，实现对所管辖电网各线路的潮流转移危害度进行评估，循环周期可以选为5分钟。
步骤1：利用网孔搜索法识别全部具有潮流转移关系的线路；
由于潮流转移仅发生在环网上，而且在实际电网中，环网主要存在于该电网最高或次高电压等级(当最高电压等级非常薄弱时，次高电压等级允许有环网)的主网上，因此需要找出电网最高两个电压等级电网上所有的环网路径，仅在环网线路上(通过统计的方法)识别潮流转移关系。非环网路径上的线路为负荷线路或等值发电机线路，在环网线路发生开断后，其潮流也可能发生变化，但这种变化是由于系统侧等值阻抗的变化造成的，不算作潮流转移，因此在搜寻潮流转移路径时不予考虑。寻找环网路径上的线路的算法如下：
(1.1)将电网中最高和次高电压等级的线路以及这两个电压等级间的变压器均转化为线段(例如：500kV线路、220kV线路、500/220变压器均转化为线段)，形成被搜索网络N。
(1.2)采用任一网孔搜索算法在被搜索网络N中找出全部的网孔。例如可采用论文《网孔自动搜索算法在水电仿真中的设计与实现》东北大学学报(自然科学版)2008年9月第29卷第9期，找出所有网孔。
(1.3)将所有网孔上的线路作为潮流转移的统计监视线路。可轮流计算每一条线路的潮流转移危害度。当选择其中1条线路作为被评估潮流转移危害度的线路时，称该线路为潮流转出线路，其他线路作为潮流转入线路。
步骤2：统计同时段潮流转出线路与潮流转入线路上有功功率升降次数，识别潮流转移关联因子；
(2.1)监测电网中具有潮流转移关系的各线路的有功功率，在设定小段时间Δt(通常取为1秒)内线路功率下降变化超过阈值ΔPth(可根据电压等级或电网负荷状况修改，在220kV和500kV的电网通常取为50MW)时，判断该线路功率突降，为潮流转出线路；找出线路有功功率突降的线路i，即潮流转出线路i；
(2.2)在上述潮流转出线路i有功功率下降的时间段Δt内，对应地搜索在该时段出现有功功率上升的线路j；
(2.3)计算与潮流转出线路i相关线路的潮流转移关联因子：在设定的统计时段内(例如1天、1周或1月，若线路i的有功减少次数为NDi，对应检测到的线路j的上升次数为NRi_j，计算若ri_j>0.8,表明线路i的潮流在受到阻碍后，几乎肯定会向线路j转移，因此从保守的角度考虑，取潮流转出线路i向线路j的潮流转移关联因子Ri_j为1；若ri_j<0.2,表明线路i与线路j之间几乎没有潮流转移关系，观测到的线路j功率的增加不是来自线路i，取潮流转出线路i向线路j的潮流转移关联因子Ri_j＝0；其他情况下取潮流转出线路i向线路j的潮流转移关联因子Ri_j＝ri_j，综上所述潮流转出线路i向线路j的潮流转移关联因子Ri-j如下：
步骤3：根据潮流转出线路与潮流转入线路功率变化量的统计，计算可信潮流转移因子；
(3.1)根据潮流转出线路i第n次的有功功率下降ΔPi_drop_n在线路j上引起的功率上升ΔPj_rise_n(≠0)，计算第n次实测的潮流转出线路i向线路j的潮流转移系数即有功功率转移系数ki_j_n,其中，有功功率下降值ΔPi_drop_n大于阈值ΔPth，依此计算出每一次线路i功率跃降且线路j功率跃升时的潮流转移系数ki_j_n：
(3.2)计算潮流转出线路i想线路j的平均潮流转移系数ki_j：
(3.3)按照下式计算潮流转出线路i向线路j的可信潮流转移因子Ki_j：
Ki_j＝Ri_j·ki_j
步骤4：计算实际线路开断时引起的有功功率转移量:
当潮流转出线路i发生线路开断时，根据可信潮流转移因子Ki_j计算线路j上引起的有功功率增加量为：
ΔPj_rise_F＝Ki_j·ΔPi_drop_C
在此时，线路j的预测潮流为：
Pj_F＝ΔPj_rise_F+Pj_C
其中，ΔPi_drop_C表示线路i发生线路开断时的有功功率下降值，Ki_j表示潮流转出线路i向线路j的可信潮流转移因子，Pj_C表示线路i断路前线路j的潮流即有功功率值，Pj_F表示潮流转出线路i断路后线路j的预测潮流。
步骤5：根据线路开断后对其他线路容量裕度的影响，计算线路开断引起的潮流转移直接危害度指标；
(5.1)按下式计算在潮流转出线路i开断情况下受影响的线路j的裕度系数Di_j，当Di_j越小于1，则线路的容量裕度越多；当Di_j≥1时，线路有功潮流达到或超过容量限，认为线路j有功潮流越限；
(5.2)若潮流转出线路线路开断引起m条线路有功潮流越限，即相应m条线路的Di_j≥1。则潮流转出线路i开断引起的潮流转移直接危害度指标为Di_D：
Di_D＝m
(5.3)对于开断不引起任何线路有功潮流越限的潮流转出线路i，其潮流转移直接危害度指标小于1，取为容量裕度最小的线路的容量裕度指标，即
Di_D＝max{Di_j}。
步骤6：根据是否发生连锁容量越限，计算线路开断的潮流转移连锁危害度指标；
(6.1)若潮流转出线路i开断后，直接引起m条线路的有功潮流越限，这m条线路中的某条线路j的潮流越限并开断会进一步引起其他线路的潮流跃变，根据线路j到线路l的潮流转移因子Kj_l，可得到j开断后引起的线路l跃变后的潮流为：
Pi_j_l_F＝Kj_l·Pj_F+Pl_C
即预测到的连续开断线路i和线路j后，线路l的潮流为Pi_j_l_F，若其超过线路l的容量限Pl_limit，则会进一步引起线路l的开断。根据上述预测线路连锁开断的方法，若i引起的m条过载线路中，有M条进一步开断会引起其他线路有功潮流越限，则潮流转出线路i开断引起的潮流转移连锁危害度指标线路为：
DT_i＝m+10M
(6.2)对于潮流转出线路i，若其开断只直接引起部分线路有功潮流越限，而这些有功潮流越限的线路即使开断也不再进一步造成其它线路有功潮流越限，则潮流转出线路i的潮流转移连锁危害度指标定为：：
DT_i＝Di_D；
(6.3)对于不引起任何线路潮流越限的潮流转出线路i，其潮流转移连锁危害度指标定为：
DT_i＝Di_D＝max{Di_j}＜1。
DT_i越大说明，该线路开断的危害越大。
步骤7：根据对电网中历史故障的统计，计算线路开断引起的潮流转移危害风险指标；
(7.1)根据历史统计，得到潮流转出线路的故障概率，对于线路i的故障概率Gfault_i的定义如下：
(7.2)根据各潮流转出线路开断时的潮流转移连锁危害度指标和故障概率，得出各线路的潮流转移危害风险指标，线路i的潮流转移危害风险指标FT_i表示如下：
FT_i＝Gfault_i·DT_i。
步骤8：对各线路按潮流转移连锁危害度指标和潮流转移危害风险指标进行排序，并根据排序结果对各线路给出不同的预防控制措施。
按照前述步骤，可以计算出当前运行电网中环网或网孔涉及的线路的潮流转移危害度指标和危害风险指标，然后进行以下排序：
(1)根据各线路的潮流转移连锁危害度指标对线路进行排序；
(2)根据各线路的潮流转移危害风险指标对线路进行排序。
对潮流转移连锁危害度指标大于等于4或排在前3名，并且其潮流转移危害风险指标排在前10名的线路，采取预防控制措施；对潮流转移连锁危害度指标大于等于4，而潮流转移风险指标排在10名之后的线路，采取重点监视措施；对于潮流转移连锁危害度指标大于1，但小于4的线路可列为次重点监视线路；对于潮流转移连锁危害度小于1的线路采用普通的监视措施即可。
相对于传统的基于潮流计算的潮流转移计算方法，本发明中的基于统计的方法可以考虑各种连锁调控装置以及动态过程对潮流转移的综合效果，从而实现对潮流转移危害程度的动态综合评价。
申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。