专利名称：用于电力系统安全稳定在线分析的断面数据整合方法
技术领域：
本发明属于电力系统及自动化技术领域。
背景技术：
电网运行断面数据是电力系统安全稳定在线分析的数据基础，其精确性直接影响 到电力系统安全稳定在线分析结果的实用性。对于互联电网中一个调度中心调管的子网 (简称为内网)进行安全稳定在线分析，对于内网的断面数据通常直接采用该调度中心能 量管理系统(EMS)的状态估计结果，对于该调度中心调管范围外的电网(简称为外网)的 断面数据通常也是采用状态估计结果。用于电网状态估计的数据采集时间不一致，状态估 计的计算结果与残差方程中量测量的权值相关度比较大，不同的权值，状态估计的结果不 同，量测量的权值越大，状态估计结果就越接近相应的量测值。电网的安全稳定性与电网中 各个发电机和母线的运行状态的相关度是不同的，若对电网安全稳定影响大的发电机和母 线的运行状态的估计精度高，则电网安全稳定的分析结果将更为精确。为此，需要对常规的 状态估计算法进行改进，以提高电网安全稳定分析的精度。同样对于外网断面数据也需要 按照发电机和母线对安全稳定的影响程度进行优化调整。因此，本发明提出了用于电力系统安全稳定在线分析的断面数据整合方法，在常 规的状态估计算法和外网断面数据优化调整算法中引入发电机和母线对安全稳定的影响 因子，实现面向电网安全稳定在线分析的断面数据整合，可以提高电网安全稳定在线分析 的精度。
发明内容
本发明目的是实现面向电网安全稳定在线分析的断面数据整合，提高电网安全 稳定在线分析的精度。本发明采用以下的技术方案来实现，包括下述步骤1)发电机、母线对电网安全稳定的影响因子计算对于小扰动稳定，依据前一个电网运行状态的小扰动稳定模式分析结果，采用公 式(1)计算发电机对电网小扰动稳定的影响因子。gV" = 1 + 丄-
-1 σO)其中，σ为用于从所有低频振荡模式中过滤出相对严重模式的阻尼比门槛值，m 为阻尼比小于σ的模式数，σ j为第j个模式的阻尼比，pa.u为第j个模式中发电机i的参 与因子。对于静态电压稳定，依据前一个电网运行状态的静态电压稳定模式分析结果，采 用公式(2)计算母线对静态电压稳定的影响因子。 Bsi =1 + 2^ —^一(2)
；=1 Λ
其中，λ为用于从所有电压稳定模式中过滤出相对严重模式的特征值门槛值，η 为特征值小于λ的模式数，λ j为第j个模式的特征值，pv. u为第j个模式中母线i的参与 因子。 对于暂态功角稳定和暂态电压安全稳定，依据前一个电网运行状态的各个预想故 障的暂态功角稳定裕度、模式和暂态电压安全稳定裕度、模式，分别采用公式(3)和(4)计 算发电机和母线对电网暂态安全稳定的影响因子。<formula>formula see original document page 5</formula><formula>formula see original document page 5</formula>
其中，na为用于从所有预想故障中过滤出暂态功角稳定相对严重故障的稳定裕 度门槛值，k为暂态功角稳定裕度小于1的预想故障数，η。为故障j发生后的暂态功角 稳定裕度(-1彡1,表示功角失稳，na」=ο表示功角临界稳定，J^j > ο表示功角稳定)，qa.u为故障j的暂态功角稳定模式中发电机i的参与因子(临界群发电 机的参与因子为正，余下群发电机的参与因子为负)；nv为用于从所有预想故障中过滤出 暂态电压安全稳定相对严重故障的安全稳定裕度门槛值，1为暂态电压安全稳定裕度小于 nv的预想故障数，nv.j为故障j发生后母线i的暂态电压安全稳定裕度(-1彡nv.j彡1， nv.j < ο表示电压不安全或失稳，ην.」=ο表示电压临界安全稳定，ην.」> ο表示电压安 全稳定)，qv.u为故障j的暂态电压安全稳定模式中母线i的参与因子。2)面向内网安全稳定在线分析的内网断面状态估计对内网的状态估计算法进行修改，采用发电机和母线对电网安全稳定的影响因 子来修正量测量的权值，即在状态估计的残差方程中，对于发电机量测量权值，采用(ksGs. JktGtJ与反映量测误差的权值的乘积来代替，对于母线量测量权值，采用(IsBsJltBtJ与 反映量测误差的权值的乘积来代替，其中ks、kt、ls* It是设定值。再对内网进行状态估计 计算，即可得到用于安全稳定在线分析的内网断面数据；3)面向内网安全稳定在线分析的外网断面数据优化调整在对外网的断面数据进行优化调整的目标函数中计及发电机、母线对电网安全稳 定的影响因子，式(5)为外网断面数据的有功优化调整模型，无功优化调整模型与之类似。
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中，M为外网的可调发电机数，APi是发电机的有功调整量，N为外网的可调负 荷母线数，ΔΡ」是负荷的有功调整量，Cki是第i台发电机对第k条联络线的有功灵敏度， Ckj是第j个负荷对第k条联络线的有功灵敏度，Δ Pl k是第k条内网联络线有功与外网断 面数据调整前的相应联络线有功之差，L为内、外网联络线的数目。采用二次规划算法计算出发电机和负荷的有功和无功功率调整量，并对外网断面初始数据进行修改，即得到面向内网安全稳定在线分析的外网断面数据。4)面向内网安全稳定在线分析的内、外网断面数据合并把步骤2)和步骤3)获得的面向内网安全稳定在线分析的内、外网断面数据合在 一起，并将用于全网潮流计算的平衡机设置在外网，则得到满足内网安全稳定在线分析的 全网断面潮流数据。附带说明的是电网安全稳定在线分析系统第一次启动时，需要给发电机和母线 的影响因子设置初始值。效果和优点本发明依据电网的安全稳定性与电网中各个发电机和母线的运行状态的相关度 不同的特性，通过在线计算发电机和母线对电网安全稳定的影响因子，在常规的状态估计 算法和外网断面数据优化调整算法中引入发电机和母线对安全稳定的影响因子，实现了面 向电网安全稳定在线分析的断面数据整合，可以提高电网安全稳定在线分析的精度，解决 了面向大电网安全稳定在线分析的断面数据整合的难题。
图1是本发明方法的流程图。
具体实施例方式下面结合附图1，对本发明方法进行详细描述。图1中步骤1描述的是电网安全稳定在线分析系统启动时，由于没有连续运行过 程中前一次的电网安全稳定分析结果，所以需要人为设置发电机和母线对电网安全稳定的 影响因子；图1中步骤2描述的是计算发电机、母线对电网安全稳定的影响因子，包括以下3 个部分1)对于小扰动稳定，依据前一个电网运行状态的小扰动稳定模式分析结果，采用 公式(1)计算发电机对电网小扰动稳定的影响因子。<formula>formula see original document page 6</formula>
其中，σ为用于从所有低频振荡模式中过滤出相对严重模式的阻尼比门槛值，m 为阻尼比小于σ的模式数，σ j为第j个模式的阻尼比，pa.i.j为第j个模式中发电机i的参 与因子。2)对于静态电压稳定，依据前一个电网运行状态的静态电压稳定模式分析结果， 采用公式(2)计算母线对静态电压稳定的影响因子。<formula>formula see original document page 6</formula>
其中，λ为用于从所有电压稳定模式中过滤出相对严重模式的特征值门槛值，η 为特征值小于λ的模式数，λ j为第j个模式的特征值，pv.i.j为第j个模式中母线i的参与 因子。
3)对于暂态功角稳定和暂态电压安全稳定，依据前一个电网运行状态的各个预想 故障的暂态功角稳定裕度、模式和暂态电压安全稳定裕度、模式，分别采用公式(3)和(4) 计算发电机和母线对电网暂态安全稳定的影响因子。<formula>formula see original document page 7</formula>其中，na为用于从所有预想故障中过滤出暂态功角稳定相对严重故障的稳定裕 度门槛值，k为暂态功角稳定裕度小于1的预想故障数，η。为故障j发生后的暂态功角 稳定裕度(-1彡1,表示功角失稳，na」=ο表示功角临界稳定，J^j > ο表示功角稳定)，qa.u为故障j的暂态功角稳定模式中发电机i的参与因子(临界群发电 机的参与因子为正，余下群发电机的参与因子为负)；nv为用于从所有预想故障中过滤出 暂态电压安全稳定相对严重故障的安全稳定裕度门槛值，1为暂态电压安全稳定裕度小于 nv的预想故障数，nv.j为故障j发生后母线i的暂态电压安全稳定裕度(-1彡nv.j彡1， nv.j < ο表示电压不安全或失稳，ην.」=ο表示电压临界安全稳定，ην.」> ο表示电压安 全稳定)，qv.u为故障j的暂态电压安全稳定模式中母线i的参与因子。图1中步骤3描述的是对内网断面进行面向内网安全稳定在线分析的状态估计， 即对内网的状态估计算法进行修改，采用发电机和母线对电网安全稳定的影响因子来修正 量测量的权值，即在状态估计的残差方程中，对于发电机量测量权值，采用(kfd+ktGt.i)与 反映量测误差的权值的乘积来代替，对于母线量测量权值，采用(IsBs-JltBtJ与反映量测 误差的权值的乘积来代替，其中ks、kt、Is和It是设定值。再对内网进行状态估计计算，即 可得到用于安全稳定在线分析的内网断面数据；图1中步骤4描述的是对外网断面进行面向内网安全稳定在线分析的优化调整， 即在对外网的断面数据进行优化调整的目标函数中计及发电机、母线对电网安全稳定的影 响因子，式(5)为外网断面数据的有功优化调整模型，无功优化调整模型与之类似。
<formula>formula see original document page 7</formula>其中，M为外网的可调发电机数，APi是发电机的有功调整量，N为外网的可调负 荷母线数，ΔΡ」是负荷的有功调整量，Cki是第i台发电机对第k条联络线的有功灵敏度， Ckj是第j个负荷对第k条联络线的有功灵敏度，Δ Pl k是第k条内网联络线有功与外网断 面数据调整前的相应联络线有功之差，L为内、外网联络线的数目。采用二次规划算法计算 出发电机和负荷的有功和无功功率调整量，并对外网断面初始数据进行修改，即得到面向 内网安全稳定在线分析的外网断面数据。图1中步骤5描述的是对内、网断面数据进行面向内网安全稳定在线分析的合并，即把步骤3)和步骤4)获得的面向内网安全稳定在线分析的内、外网断面数据合在一起，并将用于全网潮流计算的平衡机设置在外网，则得到满足内网安全稳定在线分析的全网断面 潮流数据。
权利要求
用于电力系统安全稳定在线分析的断面数据整合方法，包括以下步骤1)依据前一个电网运行状态的安全稳定裕度和模式，分别计算出发电机、母线对电网安全稳定的影响因子；2)对于互联电网中某一调度中心管辖的电网，即内网，采用发电机和母线对电网安全稳定的影响因子来修正量测量的权值，进行状态估计，得到用于安全稳定在线分析的内网断面数据；3)对于该调度中心管辖外的电网，即外网，通过修改外网内发电机出力和负荷，确保内、外网之间的联络线的潮流与内网潮流一致，并且计及发电机、母线影响因子后的发电机出力和负荷的调整量最小，得到调整后的外网断面数据；4)把内、外网断面数据合在一起，并将用于潮流计算的平衡机设置在外网，则得到满足内网安全稳定在线分析的断面潮流数据。
2.根据权利要求1所述的用于电力系统安全稳定在线分析的断面数据整合方法，其特 征在于，步骤1)发电机和母线对电网安全稳定的影响因子的计算步骤包括；对于小扰动稳定，依据前一个电网运行状态的小扰动稳定模式分析结果，采用公式(1) 计算发电机对电网小扰动稳定的影响因子；<formula>formula see original document page 2</formula>其中，ο为用于从所有低频振荡模式中过滤出相对严重模式的阻尼比门槛值，m为阻 尼比小于σ的模式数，σ j为第j个模式的阻尼比，pa.u为第j个模式中发电机i的参与因 子；对于静态电压稳定，依据前一个电网运行状态的静态电压稳定模式分析结果，采用公 式(2)计算母线对静态电压稳定的影响因子；<formula>formula see original document page 2</formula>其中，λ为用于从所有电压稳定模式中过滤出相对严重模式的特征值门槛值，η为特 征值小于λ的模式数，λ」为第j个模式的特征值，P^ij为第j个模式中母线i的参与因 子；对于暂态功角稳定和暂态电压安全稳定，依据前一个电网运行状态的各个预想故障的 暂态功角稳定裕度、模式和暂态电压安全稳定裕度、模式，分别采用公式(3)和(4)计算发 电机和母线对电网暂态安全稳定的影响因子；<formula>formula see original document page 2</formula>其中，na为用于从所有预想故障中过滤出暂态功角稳定相对严重故障的稳定裕度门 槛值，k为暂态功角稳定裕度小于1的预想故障数，η。为故障j发生后的暂态功角稳定 裕度，其中，-ι彡n,j彡1，na」<o表示功角失稳，= O表示功角临界稳定，na.j> ο表示功角稳定，qa.u为故障j的暂态功角稳定模式中发电机i的参与因子，其中临界群发电机的参与因子为正，余下群发电机的参与因子为负；nv为用于从所有预想故障中过滤出 暂态电压安全稳定相对严重故障的安全稳定裕度门槛值，ι为暂态电压安全稳定裕度小于 %的预想故障数，nv」为故障j发生后母线i的暂态电压安全稳定裕度，其中，-1彡nv. j ^ L nv.j < ο表示电压不安全或失稳，ην.」=ο表示电压临界安全稳定，ην.」> ο表示 电压安全稳定，Qv^j为故障j的暂态电压安全稳定模式中母线i的参与因子。
3.根据权利要求1所述的用于电力系统安全稳定在线分析的断面数据整合方法，其 特征在于，步骤2)对内网的状态估计算法进行修改，采用发电机和母线对电网安全稳定的 影响因子来修正量测量的权值，即在状态估计的残差方程中，对于发电机量测量权值，采 用GO^dktGtJ与反映量测误差的权值的乘积来代替，对于母线量测量权值，采用(IsBs. i+lAi)与反映量测误差的权值的乘积来代替，其中ks、kt、Is和It是设定值。
4.根据权利要求1所述的用于电力系统安全稳定在线分析的断面数据整合方法，其特 征在于，步骤3)在对外网的断面数据进行优化调整的目标函数中计及发电机、母线对电网 安全稳定的影响因子，式(5)为外网断面数据的有功优化调整模型，无功优化调整模型与 之类似；<formula>formula see original document page 3</formula>其中，M为外网的可调发电机数，APi是发电机的有功调整量，N为外网的可调负荷母 线数，APj是负荷的有功调整量，Cki是第i台发电机对第k条联络线的有功灵敏度，Ckj是 第j个负荷对第k条联络线的有功灵敏度，△ P1. k是第k条内网联络线有功与外网断面数据 调整前的相应联络线有功之差，L为内、外网联络线的数目。
5.根据权利要求1所述的用于电力系统安全稳定在线分析的断面数据整合方法，其特 征在于，步骤4)把内网、外网断面数据合在一起，并将用于全网潮流计算的平衡机设置在 外网，则得到满足内网安全稳定在线分析的全网断面潮流数据。
全文摘要
本发明属电力系统及自动化技术领域，包括以下步骤1)依据前一个电网运行状态的安全稳定裕度和模式，计算出发电机、母线对电网安全稳定的影响因子；2)对于调度管辖的电网(内网)，采用发电机和母线对电网安全稳定的影响因子来修正量测量的权值，进行状态估计，得到用于安全稳定在线分析的内网断面数据；3)对于调度管辖外的电网(外网)，通过修改外网内发电机出力和负荷，确保内、外网之间的联络线的潮流与内网潮流基本一致，并且计及发电机、母线影响因子后的发电机出力和负荷的调整量最小，得到调整后的外网断面数据；4)把内、外网断面数据合在一起，平衡机设置在外网，则得到满足内网安全稳定在线分析的断面数据。
文档编号H02J3/00GK101807798SQ20101015213
公开日2010年8月18日 申请日期2010年4月20日 优先权日2010年4月20日
发明者徐泰山, 方勇杰, 李碧君, 沈凤杰, 罗剑波, 薛禹胜, 郑亮, 鲍颜红 申请人:国网电力科学研究院;南京南瑞集团公司