本发明涉及电力系统安全稳定计算分析领域，具体涉及一种特高压直流线路预想故障有功备用容量评估方法和装置。
背景技术：
随着电网大规模互联的快速发展，我国电网将形成以特高压电网为骨干网架，世界上电压等级最高、输送容量最大、技术水平最先进、运行特性最复杂的交直流混联大电网。随着特高压电网建设的推进，以及直流输电、facts等大量电力电子元件应用、风电和光伏新能源电源大规模接入带来的运行压力不断增大，全网电气联系日趋紧密，断面间耦合关系更加复杂，安全稳定水平相互制约，安全问题日益受到人们的关注。
由于特高压直流输送功率较大，一旦发生闭锁故障，将对特高压直流送端电网和受端电网产生较大影响，送端电网一般有配套的安控策略通过切机使得送端电网功率平衡，受端电网则需要有功备用机组增加发电有功功率，以弥补特高压直流故障的功率缺额。
目前实际运行的电力系统，备用了必要的有功功率备用容量，以保持系统经常在额定频率下运行，备用容量包括：
1)负荷备用容量，为最大发电负荷的2％-5％，低值适用于大系统，高值适用于小系统；
2)事故备用容量，为最大发电负荷的10％左右，但不小于系统一台最大机组的容量；
3)检修备用容量，一般应结合系统负荷特点，水火电比重，设备质量，检修水平等情况确定，以满足可以周期性地检修所有运行机组的要求，一般宜为最大发电负荷的8％-15％。
针对特高压直流故障的有功备用容量属于事故备用容量，目前各区域电网都保留了较大的事故备用容量，但是这些有功备用容量未考虑电网中的安全约束，在实际特高压直流故障后，可能存在机组有功功率有备用容量，但受电网安全约束限制而无法增加有功功率即无法提供备用的情况。为了准确掌握针对特高压直流故障的实际可提供的有功备用容量，需要提供一种考虑电网的安全约束，分析特高压直流故障后不违反电网安全约束的前提下电网能够提供的有功备用容量的技术方案。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种特高压直流线路预想故障有功备用容量评估方法和装置，考虑了特高压直流受端电网的安全约束，通过分析特高压直流线路预想故障后不违反安全约束的前提下电网能够提供的有功备用容量，准确的掌握了针对特高压直流线路预想故障的实际可提供的有功备用容量。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种特高压直流线路预想故障有功备用容量评估方法，所述方法包括：
搜索特高压直流受端电网中的备用机组，得到备用机组列表，并确定备用机组可提供的最大有功备用容量；
搜索特高压直流受端电网中的危险设备，得到危险设备列表，并根据备用机组可提供的最大有功备用容量计算危险设备的灵敏度；
根据危险设备列表和危险设备的灵敏度形成安全约束，并确定安全约束下特高压直流受端电网的最大有功备用容量。
所述搜索特高压直流受端电网中的备用机组，得到备用机组列表包括：
针对特高压直流线路预想故障，搜索特高压直流受端电网中可提供有功备用容量的备用机组，进而得到备用机组列表。
所述备用机组包括运行中的发电机组和热备用的发电机组。
所述确定备用机组可提供的最大有功备用容量包括：
运行中的发电机组可提供的最大有功备用容量为其额定容量与当前有功功率之差；
热备用的发电机组可提供的最大有功备用容量为其额定容量。
所述搜索特高压直流受端电网中的危险设备，得到危险设备列表包括：
计算特高压直流线路预想故障引起潮流转移后的特高压直流线路损失功率，其等于特高压直流线路预想故障前特高压直流线路的运行功率；
根据特高压直流受端电网中备用机组的一次调频特性和负荷功频特性，确定特高压直流线路预想故障后特高压直流受端电网中备用机组和负荷功率的变化情况，并计算特高压直流受端电网的频率和潮流分布；
判断特高压直流受端电网中设备的有功功率是否超过限额门槛值，若超过则表明该设备的有功功率越限，将该设备即为危险设备，得到特高压直流线路预想故障后的危险设备列表。
所述根据备用机组可提供的最大有功备用容量计算危险设备的灵敏度包括：
针对危险设备列表中的危险设备，根据备用机组列表和备用机组可提供的最大有功备用容量，将特高压直流线路和备用机组有功功率增加对危险设备有功功率的灵敏度表示为：
gin-j＝gn-j-gn-i
其中，gin-j表示特高压直流线路i和备用机组j有功功率增加对危险设备n有功功率的灵敏度，gn-i表示特高压直流线路i有功功率增加对危险设备n有功功率的灵敏度，gn-j表示备用机组j有功功率增加对危险设备n有功功率的灵敏度，gn-i和gn-j分别表示为：
其中，mn表示危险设备n与直流潮流方程中的节点的关联矢量，t表示转置，xi表示直流潮流方程节点导纳矩阵的逆矩阵的第i列矢量，xj表示直流潮流方程节点导纳矩阵的逆矩阵的第j列矢量，xn表示危险设备n的电抗。
所述根据危险设备列表和危险设备的灵敏度形成安全约束包括：
将备用机组列表作为控制变量，根据危险设备列表和危险设备的灵敏度形成如下安全约束：
其中，
所述确定安全约束下特高压直流受端电网的最大有功备用容量包括：
以备用机组有功功率增量总价最大为优化目标，建立如下目标函数：
f＝max[∑jpjadj]
其中，f表示目标函数值；
对目标函数进行最优化求解，得到满足安全约束条件下的特高压直流线路预想故障受端电网有功最大备用容量。
本发明还提供一种特高压直流线路预想故障有功备用容量评估装置，所述装置包括：
第一确定模块，用于搜索特高压直流受端电网中的备用机组，得到备用机组列表，并确定备用机组可提供的最大有功备用容量；
计算模块，用于搜索特高压直流受端电网中的危险设备，得到危险设备列表，并根据备用机组可提供的最大有功备用容量计算危险设备的灵敏度；
第二确定模块，根据危险设备列表和危险设备的灵敏度形成安全约束，并确定安全约束下特高压直流受端电网的最大有功备用容量。
所述第一确定模块具体用于：
针对特高压直流线路预想故障，搜索特高压直流受端电网中可提供有功备用容量的备用机组，进而得到备用机组列表。
所述备用机组包括运行中的发电机组和热备用的发电机组。
所述第一确定模块具体用于：
针对运行中的发电机组，其可提供的最大有功备用容量为其额定容量减去当前有功功率；
针对热备用的发电机组，其可提供的最大有功备用容量为其额定容量。
所述计算模块具体用于：
计算特高压直流线路预想故障引起潮流转移后的特高压直流线路损失功率，其等于特高压直流线路预想故障前特高压直流线路的运行功率；
根据特高压直流受端电网中备用机组的一次调频特性和负荷功频特性，确定特高压直流线路预想故障后特高压直流受端电网中备用机组和负荷功率的变化情况，并计算特高压直流受端电网的频率和潮流分布；
判断特高压直流受端电网中设备的有功功率是否超过限额门槛值，若超过则表明该设备的有功功率越限，将该设备即为危险设备，得到特高压直流线路预想故障后的危险设备列表。
所述计算模块具体用于：
针对危险设备列表中的危险设备，根据备用机组列表和备用机组可提供的最大有功备用容量，将特高压直流线路和备用机组有功功率增加对危险设备有功功率的灵敏度表示为：
gin-j＝gn-j-gn-i
其中，gin-j表示特高压直流线路i和备用机组j有功功率增加对危险设备n有功功率的灵敏度，gn-i表示特高压直流线路i有功功率增加对危险设备n有功功率的灵敏度，gn-j表示备用机组j有功功率增加对危险设备n有功功率的灵敏度，gn-i和gn-j分别表示为：
其中，mn表示危险设备n与直流潮流方程中的节点的关联矢量，t表示转置，xi表示直流潮流方程节点导纳矩阵的逆矩阵的第i列矢量，xj表示直流潮流方程节点导纳矩阵的逆矩阵的第j列矢量，xn表示危险设备n的电抗。
所述第二确定模块具体用于：
将备用机组列表作为控制变量，根据危险设备列表和危险设备的灵敏度形成如下安全约束：
其中，
所述第二确定模块具体用于：
以备用机组有功功率增量总价最大为优化目标，建立如下目标函数：
f＝max[∑jpjadj]
其中，f表示目标函数值；
对目标函数进行最优化求解，得到满足安全约束条件下的特高压直流线路预想故障受端电网有功最大备用容量。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的特高压直流线路预想故障有功备用容量评估方法，首先通过搜索特高压直流受端电网中的备用机组，得到备用机组列表，并确定备用机组列表中备用机组可提供的最大有功备用容量；然后通过搜索特高压直流受端电网中的危险设备，得到危险设备列表，并根据备用机组可提供的最大有功备用容量计算危险设备列表中危险设备的灵敏度；最后根据危险设备列表和危险设备的灵敏度形成安全约束，并确定安全约束下特高压直流受端电网的最大有功备用容量，实现特高压直流受端电网的有功备用容量评估；
本发明针对特高压直流线路预想故障，分析特高压直流受端电网中可提供有功备用容量的机组，考虑特高压直流线路预想故障后有功功率的损失及特高压直流受端电网中机组一次调频特性和负荷功频特性，能够准确的判断特高压直流线路预想故障后特高压直流受端电网中接近越限或重载的危险设备列表；
本发明还对危险设备进行灵敏度分析，同时考虑直流损失功率与机组增加相同功率对设备的影响，成对计算危险设备的灵敏度，灵敏度结果不受平衡机选择的影响；
本发明考虑了安全约束，解决了现有的有功备用容量计算未考虑电网安全约束的问题，基于最优化计算的有功最大备用容量求解，在保障危险设备的有功潮流在安全范围内的前提下，得到了特高压直流受端电网可提供的最大有功备用容量；
本发明可计算5分钟、15分钟、30分钟等不同时间尺度范围内的满足安全约束的有功最大备用容量，灵活方便。
附图说明
图1是本发明实施例中特高压直流线路预想故障有功备用容量评估方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例提供一种特高压直流线路预想故障有功备用容量评估方法，如图1，该方法具体过程如下：
s101：搜索特高压直流受端电网中的备用机组，得到备用机组列表，并确定备用机组可提供的最大有功备用容量；
s102：搜索特高压直流受端电网中的危险设备，得到危险设备列表，并根据s101中得到的备用机组可提供的最大有功备用容量计算危险设备的灵敏度；
s103：根据s102中得到的危险设备列表和危险设备的灵敏度形成安全约束，并确定安全约束下特高压直流受端电网的最大有功备用容量。
上述s101中，搜索特高压直流受端电网中的备用机组，得到备用机组列表具体过程如下：
针对特高压直流线路预想故障，搜索特高压直流受端电网中可提供有功备用容量的备用机组，进而得到备用机组列表。其中的备用机组包括运行中的发电机组和热备用的发电机组。
上述s101中确定备用机组可提供的最大有功备用容量具体分为以下两种情况：
1)针对运行中的发电机组，其可提供的最大有功备用容量为其额定容量减去当前有功功率；
2)针对热备用的发电机组，其可提供的最大有功备用容量为其额定容量。
上述s102中，搜索特高压直流受端电网中的危险设备，得到危险设备列表具体过程如下：
首先，计算特高压直流线路预想故障引起潮流转移后的特高压直流线路损失功率，其等于特高压直流线路预想故障前特高压直流线路的运行功率；
然后，根据特高压直流受端电网中备用机组的一次调频特性和负荷功频特性，确定特高压直流线路预想故障后特高压直流受端电网中备用机组和负荷功率的变化情况，并计算特高压直流受端电网的频率和潮流分布；
最后，判断特高压直流受端电网中设备的有功功率是否超过限额门槛值，若超过则表明该设备的有功功率越限，将该设备即为危险设备，得到特高压直流线路预想故障后的危险设备列表。
同时，上述s102中根据备用机组可提供的最大有功备用容量计算危险设备的灵敏度具体过程为：
针对危险设备列表中的危险设备，根据备用机组列表和备用机组可提供的最大有功备用容量，将特高压直流线路和备用机组有功功率增加对危险设备有功功率的灵敏度表示为：
gin-j＝gn-j-gn-i
上式中，gin-j表示特高压直流线路i和备用机组j有功功率增加对危险设备n有功功率的灵敏度，gn-i表示特高压直流线路i有功功率增加对危险设备n有功功率的灵敏度，gn-j表示备用机组j有功功率增加对危险设备n有功功率的灵敏度，且有
上述s103中，根据危险设备列表和危险设备的灵敏度形成安全约束过程如下：
将备用机组列表作为控制变量，根据危险设备列表和危险设备的灵敏度形成如下安全约束：
其中，
上述s103中确定安全约束下特高压直流受端电网的最大有功备用容量具体过程如下：
首先，以备用机组有功功率增量总价最大为优化目标，建立如下目标函数：
f＝max[∑jpjadj]
其中，f表示目标函数值；
然后对目标函数进行最优化求解，得到满足安全约束条件下的特高压直流线路预想故障受端电网有功最大备用容量。
在本发明实施例提供的特高压直流线路预想故障有功备用容量评估方法中，可根据机组的不同类型，并根据设定的时间范围，如5分钟、15分钟、30分钟，计算不同时间尺度内满足安全约束的有功备用容量。在步骤s101中计算备用机组的可增有功功率时考虑机组有功功率调节速率。针对运行中的机组和处于热备用及冷备用状态的机组，其可增有功功率为其调节速率(mw/分钟)乘以指定时间(分钟)。然后s102和s103不变，即可求解不同时间尺度的满足电网安全约束的有功备用容量，如5分钟内满足电网安全约束的有功备用容量，15分钟内满足电网安全约束的有功备用容量，30分钟内满足电网安全约束的有功备用容量。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种特高压直流线路预想故障有功备用容量评估装置，由于这些设备解决问题的原理与特高压直流线路预想故障有功备用容量评估方法相似，因此这些设备的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。
本实施例提供的特高压直流线路预想故障有功备用容量评估装置包括第一确定模块、计算模块和第二确定模块，三个模块的具体功能如下：
第一确定模块，用于搜索特高压直流受端电网中的备用机组，得到备用机组列表，并确定备用机组可提供的最大有功备用容量；
计算模块，用于搜索特高压直流受端电网中的危险设备，得到危险设备列表，并根据备用机组可提供的最大有功备用容量计算危险设备的灵敏度；
第二确定模块，根据危险设备列表和危险设备的灵敏度形成安全约束，并确定安全约束下特高压直流受端电网的最大有功备用容量。
以上的第一确定模块搜索特高压直流受端电网中的备用机组，得到备用机组列表具体过程如下：
针对特高压直流线路预想故障，搜索特高压直流受端电网中可提供有功备用容量的备用机组，进而得到备用机组列表。其中的备用机组包括运行中的发电机组和热备用的发电机组。
以上的第一确定模块确定备用机组可提供的最大有功备用容量具体过程分为以下两种情况：
1)针对运行中的发电机组，其可提供的最大有功备用容量为其额定容量减去当前有功功率；
2)针对热备用的发电机组，其可提供的最大有功备用容量为其额定容量。
上述的计算模块搜索特高压直流受端电网中的危险设备，得到危险设备列表具体过程如下：
计算特高压直流线路预想故障引起潮流转移后的特高压直流线路损失功率，其等于特高压直流线路预想故障前特高压直流线路的运行功率；
根据特高压直流受端电网中备用机组的一次调频特性和负荷功频特性，确定特高压直流线路预想故障后特高压直流受端电网中备用机组和负荷功率的变化情况，并计算特高压直流受端电网的频率和潮流分布；
判断特高压直流受端电网中设备的有功功率是否超过限额门槛值，若超过则表明该设备的有功功率越限，将该设备即为危险设备，得到特高压直流线路预想故障后的危险设备列表。
上述的计算模块根据备用机组可提供的最大有功备用容量计算危险设备的灵敏度具体过程如下：
针对危险设备列表中的危险设备，根据备用机组列表和备用机组可提供的最大有功备用容量，将特高压直流线路和备用机组有功功率增加对危险设备有功功率的灵敏度表示为：
gin-j＝gn-j-gn-i
其中，gin-j表示特高压直流线路i和备用机组j有功功率增加对危险设备n有功功率的灵敏度，gn-i表示特高压直流线路i有功功率增加对危险设备n有功功率的灵敏度，gn-j表示备用机组j有功功率增加对危险设备n有功功率的灵敏度，且
上述的第二确定模块根据危险设备列表和危险设备的灵敏度形成安全约束具体过程如下：
将备用机组列表作为控制变量，根据危险设备列表和危险设备的灵敏度形成如下安全约束：
其中，
上述的第二确定模块确定安全约束下特高压直流受端电网的最大有功备用容量具体过程如下：
先以备用机组有功功率增量总价最大为优化目标，建立如下目标函数：
f＝max[∑jpjadj]
其中，f表示目标函数值；
然后对目标函数进行最优化求解，得到满足安全约束条件下的特高压直流线路预想故障受端电网有功最大备用容量。
本发明实施例提供的特高压直流线路预想故障有功备用容量评估装置可根据机组的不同类型，并根据设定的时间范围，如5分钟、15分钟、30分钟，计算不同时间尺度内满足安全约束的有功备用容量。在步骤s101中计算备用机组的可增有功功率时考虑机组有功功率调节速率。针对运行中的机组和处于热备用及冷备用状态的机组，其可增有功功率为其调节速率(mw/分钟)乘以指定时间(分钟)。然后s102和s103不变，即可求解不同时间尺度的满足电网安全约束的有功备用容量，如5分钟内满足电网安全约束的有功备用容量，15分钟内满足电网安全约束的有功备用容量，30分钟内满足电网安全约束的有功备用容量。
为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。
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。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。