专利名称：电力网的孤岛划分的制作方法
技术领域：
一般而言，本发明涉及电力网领域，具体而言，本发明涉及用于控制电力网的孤岛划分的方法。
背景技术：
一般而言，规划和运转电力网，使其能够承受突发事故，尤其当它们在非常接近稳定极限的情况下运转时。然而，不可预期的事件、弱连接、或者其它故障可能引发严重的干扰，这将导致电力网内不同区域之间同调性或同步性的损失。如果发生这样的同步性损失， 那么必须在任何可能导致电力网丧失稳定性而引发大规模断电或灾难性事故的干扰扩散之前，分隔不同调的区域。一种应对大干扰的方法是在非常短的时间内确定哪个发电机是同调的或同步的， 然后，将电力网分隔成同调发电机的可控的、自维持的孤岛。然而，由于其样本空间的组合式膨胀，为大规模电力网搜索合适的孤岛划分边界是的计算非常复杂的问题。例如，对于具有186个支路的IEEE 118-bus电力系统，存在2186 9. 8 X IO55种可能的孤岛划分边界结^ ο已经开发了诸如失步(out-of-st印)继电器的保护装置来检测同步性损失，并将电力网分割为受控的不同孤岛来保护电力网。图1示意性地示出一种表示IEEE 118-bus电力网203a的示例。该电力网包括发电机母线、负载母线以及连接所述母线的传输线。每个黑点表示一条发电机母线，而每个白点表示一条负载母线。每条传输线通过一条有向线段表示，该有向段的方向表示在传输线上的有效电功率流动。如果例如在线段23_25(即，连接点23和25的线段)上出现故障，则传输线上装设的失步继电器(未示出)将检测到不稳定，并且通常将使一些传输线(用虚线L10-L100 表示)跳闸，以便将该系统分隔成两个孤岛。然而，可能会使过多数量的传输线(十条虚线 L10-L100)跳闸，导致在诸如用白点33表示的负载母线的一些负载母线上的功率损耗，更重要的是，最终会在各个孤岛内产生负载-发电失衡。本领域中已经提出了几种其它方法来确定正遭受功率干扰的电力网的不稳定模式。现有技术文献W003090328已经给出了一种示例，其中描述了一种用于在线暂态稳定性分析的方法，具体地说，一种用于区别稳定和不稳定的突发事故的方法。其它一些文献提出了不同的策略来确定电力网的不稳定模式以及对此网络进行孤岛划分。这些已知的策略包括慢同调方法、基于WAMS (广域测量系统)的实时监控、以及在线计算实时匹配。在文献 Bo Yang, Vijay Vittal，and Gerald Τ. Heydt, "Slow-coherency-based controlled islanding—A demonstration of the approach on the August 14，2003 blackout Scenario，，，IEEE Trans on Power System, vol. 21,pp. 1840-1846,Nov. 2006 φ, 例示了慢同调方法的一种示例。在该文献中，作者提出了一种通过利用中枢母线构造小的子网络进行孤岛划分的方法，其中，所述中枢母线是群组边界中的母线之一。该子网络被称为接口网络。然后，对该接口网络进行穷举式搜索来确定形成孤岛的割集。对于每个候选孤岛，计算总负载和发电，选取具有最小负载-发电失衡的孤岛作为最优割集。在文献 Xiaoming Wang, Vijay Vittal, "System Islanding Using Minimal Cutsets with Minimum Net flow", Proceedings of the 2004 IEEE PES Power System Conference and Exposition, New York, October 2004 中，例示了另一种示例。在该文献中，也使用了慢同调来确定同调发电机，并使用图论中的最小割集技术来处理电力网的孤岛划分。具体地说，将问题转化为搜索最小割集，以便构造具有最小净流动的孤岛。其它策略使用有序二叉决策图技术来将电力网简化成少量母线(少于30条母线)，然后，在短时间内构造全空间搜索来寻找合适的分割边界。然而，上述方法很复杂，难以在非常短的时间内对大规模电力网进行孤岛划分，并且常常需要在找到分割边界之前进行系统简化。在文献 Bo Yang，et al，"A novel slow coherency based graph theoretic islanding strategy，，，Proceedings of the 2004 IEEE PES General Meeting，Florida， June 2007中，描述了另一种孤岛划分策略。在该文献中，使用慢同调分析来有效地确定电力网中的弱连接间的慢同调发电机群组。使用一种图论方法来将大规模电力网简化为更小的网络，却不会错过最优解。采用一种多层递归二分图分割方法来将减小的网络分割为所期望的具有最小发电-负载失衡的子网络。然而，对于恰当地考虑电力网的具体特性以及对于电力网的合适孤岛划分，该多层图分割方法似乎并不令人满意。
发明内容
因此，本发明需要解决的问题是提出一种简单、有效且可靠的系统，用于实时对大规模电力网进行合适的孤岛划分。通过一种控制对电力网的实时孤岛划分以减轻所述电力网可能经受的干扰影响的系统来限定本发明，所述电力网包括发电机母线、负载母线以及互连所述母线的传输线， 所述系统包括用于识别不同类别的同调发电机母线的控制单元，用于将所述电力网细分成不相交域的控制单元，其中，各个域由一条发电机母线和对应的一组负载母线组成，用于将所述不相交域分成两个不同群组的控制单元，在该两个不同群组中，第一群组由具有同调发电机母线的域组成，而第二群组由具有所有其它发电机母线的域组成，用于确定由一组分割线组成的初始分割边界的控制单元，其中，所述一组分割线对应于将第一组母线连接到相邻的第二组母线的传输线，用于将由所述分割线连接的负载母线逐个从所述第一群组和所述第二群组中的一个群组转移到所述两个群组中的另一个群组，同时每次更新两个群组的元素和所述对应的一组分割线，直到达到两个更新群组内的最小负载-发电失衡为止的控制单元，用于确定由更新后的所述一组分割线组成的最终分割边界的控制单元，以及用于根据所述最终分割边界将所述电力网分割成两个孤岛的分割单元。
该受控孤岛划分系统允许基于对同调发电机的实际识别，在短时间内分割大规模电力网，而无需提供任何中间简化模型。所述系统使得能够以很高的整体计算速度进行自动孤岛划分，从而防止任何干扰的影响扩展到电力网内。所述系统包括用于测量所述电力网的传输线承载的电信息的测量单元，所述控制单元使用测量的所述电信息来识别不同类别的同调发电机母线。可以容易且快速地测量所述传输线中的电信息(例如，电压或电流流动)以便给出对发电机母线的同调行为的直接、 可靠的指示。根据本发明的一个方面，所述控制单元被配置为，通过基于代表电力网中的各发电机母线对于各负载母线的电功率贡献的功率分布而将所述一组负载母线与其对应的发电母线相关联，来形成各个域。功率分布可以容易地根据传输线中的电信息而建立，因而， 可将功率分布用作用于将电力网模拟为不相交域联合的一种非常可靠的标准，其中，所述不相交域的数量简单地等于发电机母线的数量。所述控制单元被配置为，通过对在所述传输线上测量到的电信息应用流动跟踪算法，来确定所述功率分布。有利的是，所述控制单元被配置为，将各负载母线与该负载母线从中接收到该负载母线的大部分电功率的发电机母线相关联。这是一种用于将负载母线与各个域中的发电机母线相关联的简单、快速且可靠的标准。有利的是，如果负载母线从两个或更多个发电机母线构成的一组发电机母线接收到相同的电功率，则所述控制单元被配置为，基于包括以下任一条件的另一标准来将所述负载母线与所述一组发电机母线中的一条发电机母线相关联最小编号的发电机母线，最近的发电机母线，功率最大的发电机母线，属于呈现最大发电-负载失衡值的域的发电机母线，或者从所述一组发电机母线中随机选择的发电机母线。这些也是将特定负载母线与对应的发电机母线相关联的非常简单且快速的标准。有利的是，所述控制单元被配置为，通过首先移动能够最快地减轻所述负载-发电失衡的负载母线来实现逐个转移顺序。这使得可以用最少数量的计算步骤来快速确定最终分割边界。有利的是，在每次转移负载母线之前，所述控制单元被配置为，通过计算在所述第一群组和所述第二群组中的各个群组内的总发电功率与总负载功率之间的差来确定所述负载-发电失衡。根据本发明的另一个方面，所述控制单元被配置为，如果发现所述第二群组包括不同调的发电机母线，则按与用来对初始电力网进行孤岛划分相同的步骤将所述第二群组分割成两个进一步的孤岛。这使得能够以简单的方式逐个地将电力网孤岛划分为三个或多个孤岛。本发明还提供了一种用于控制对电力网的实时孤岛划分以减轻所述电力网可能经受的干扰影响的方法，所述电力网包括发电机母线、负载母线以及互连所述母线的传输线，所述方法包括以下步骤识别不同类别的同调发电机母线，将所述电力网细分成不相交域，其中，各个域由一条发电机母线和对应的一组负载母线组成，
将所述不相交域分成两个不同群组，在该两个不同群组中，第一群组由具有同调发电机母线的域组成，而第二群组由具有所有其它发电机母线的域组成，确定由一组分割线组成的初始分割边界，其中，所述一组分割线对应于将第一组母线连接到相邻的第二组母线的传输线，将由所述分割线连接的负载母线逐个从所述第一群组和所述第二群组中的一个群组转移到所述两个群组中的另一个群组，同时，每次都更新两个群组的元素和所述对应的一组分割线，直到达到两个更新群组内的最小负载-发电失衡为止，确定由更新后的所述一组分割线组成的最终分割边界，以及根据所述最终分割边界将所述电力网分割成两个孤岛。本发明还涉及一种用于根据上述方法控制电力网的实时孤岛划分的计算机辅助方法，其中，用根据所述电力网的流动和拓扑数据建立的有向图模型表示所述电力网，在该有向图模型中，顶点对应于母线，而弧线对应于传输线，各个顶点都关联有一代表对应发电机/负载母线的功率的权重。
阅读了参考附图给出的本发明的优选实施方式之后，将清楚本发明的其它特征和优点，在附图中图1示意性地示出现有技术中已知的孤岛划分示例；图2示意性地示出根据本发明的能用于控制电力网实时孤岛划分的系统；图3示意性地示出IEEE 118-bus电力网中的不稳定模式的一个示例；图4A-4E示意性地示出16_bus电力网的一个示例，其用于例示出根据本发明的最合适孤岛划分边界的搜索方案；以及图5A和5B示意性地示出根据本发明的图3中的118_bus电力网的孤岛划分。
具体实施例方式本发明示出了一种实时孤岛划分方案，该方案适于控制大规模电力网的孤岛划分。该方案基于如下三个主要阶段在线测量电信息；如果检测到同步性损失，则快速搜索最合适的孤岛划分边界；以及根据搜索到的孤岛划分边界快速分割所述电力网。图2示意性地示出根据本发明一实施方式的系统201，该系统201能用于控制电力网203的实时孤岛划分。系统201包括孤岛划分控制中心(ICC) 205和失步继电器207。电力网203包括发电机母线209、负载母线211以及互连这些母线209、211的传输线213。具体地，但不损失一般性，电力网203被示出为包括四个发电机209a、十一条母线 209、211、四个变压器215、以及配备有十六个失步继电器207的传输线213。失步继电器207是保护单元(包括测量和分割单元)，该保护单元被配置为测量电信息(电压、电流、阻抗等)以便检测任何同步性损失，最终执行失步跳闸以保护电力网 203。一旦检测到同步性损失，就将失步继电器207测量的电信息218发送给ICC (控制单元)205，ICC 205被配置为确定电力网203的不稳定模式。具体地说，ICC 205包括控制和处理单元，该控制和处理单元用于分析所接收到的电信息，以便识别同步发电机母线209的不同区域。并且，ICC 205被配置为基于所确定的电力网203的不稳定模式来搜索最合适的孤岛划分边界(用虚线217表示)。最后，ICC 205向对应的失步继电器207发送命令，使跨越所确定的孤岛划分边界 217的线跳闸，以便将电力网203分隔成不同的自维持孤岛。图3示意性地示出与图1中所示相同的电力网，以例示出IEEE118_bus网中的不稳定模式的一个示例。利用有向图模型203a表示电力网，其中，顶点的序号为1_118，对应于母线，而弧线对应于传输线。各个顶点还可以关联有一权重(未示出)，该权重表示与该顶点对应的发电机母线或负载母线的电功率。每个黑点(或黑色顶点)表示一发电机母线，而每个白点(或白色顶点)表示负载母线。各条传输线由有向线段(或弧线)表示，该有向线段的方向表示在传输线上的有效电功率流动。如果在线段23-25(即，连接顶点23和25的弧线)上出现故障，则传输线上安装的失步继电器207 (参见图2)将检测到不稳定性，并且通常是将用虚线弧线L10-L100表示的十条传输线跳闸，这和已经参考图1所描述的一样。然而，根据本发明，ICC 205将防止失步继电器207执行这样轻率的孤岛划分，而是将搜索合适的孤岛划分，以满足最优负载-发电平衡。更具体地说，将利用ICC 205对由失步继电器207测量和发送的、由传输线传送的电信息218进行分析，以便识别同调发电机母线的不同类别。实际上，在整个电力网中，任何同步性损失都将产生大的电压、电流或阻抗变动，因此，ICC 205能够根据电信息218快速识别同调发电机的不同类别。根据图3的示例，ICC 205将发电机母线分为两个同调类别。第一类包括用编号为10、12、25、沈及31的黑色顶点标识的发电机母线，而第二类包括用编号为46、49、M、59、 61、65、66、69、80、87、89、100、103以及111的黑色顶点标识的发电机母线。各类中的发电机是同步的，而导致不稳定模式的原因是第一类的发电机和第二类的发电机不同步。在确定了电力网的不稳定模式之后，ICC继续工作，搜索最合适的孤岛划分边界。实际上，图4A-4E示意性地示出了 16_bus电力网20 的示例，用于例示出最合适孤岛划分边界的搜索方案。电力网20 包括序号为1、8、12及16的四条发电机母线，以及序号为2-7、9-11及13-15的十二条负载母线。此外，对这些母线中的各条母线赋予了权重。用Pi表示给定母线i的权重，并且在表1中列表显示出所有母线的权重。例如母线2的权重是P2 = -2. 0，权重的负号表示母线2是负载母线，其消耗来自网络的2. 0个有功功率单位；母线1的权重是P1 = 10.0，表示母线1是发电机母线，其向网络注入10.0个有功功率单位。表116-bus电力网的母线权重
8
权利要求
1.一种用于控制对电力网(203)的实时孤岛划分以减轻所述电力网可能经受的干扰影响的系统，所述电力网包括发电机母线(209)、负载母线(211)以及互连所述母线的传输线(213)，其特征在于，所述系统包括用于识别不同类别的同调发电机母线的控制单元(205)，用于将所述电力网细分成不相交域(231a-231d)的控制单元(205)，其中，各个域由一条发电机母线和对应的一组负载母线组成，用于将所述不相交域(231a-231d)分成两个不同群组的控制单元(205)，在该两个不同群组中，第一群组由具有同调发电机母线的域(231a、231b)组成，而第二群组(231c、 231d)由具有所有其它发电机母线的域组成，用于确定由一组分割线组成的初始分割边界(217a)的控制单元(205)，其中，所述一组分割线对应于将第一组母线连接到相邻的第二组母线的传输线，用于将由所述分割线连接的负载母线逐个从所述第一群组和所述第二群组中的一个群组转移到所述两个群组中的另一个群组，同时每次更新两个群组的元素和所述对应的一组分割线，直到达到两个更新群组内的最小负载-发电失衡为止的控制单元(205)，用于确定由更新后的所述一组分割线组成的最终分割边界(217)的控制单元(205)，以及用于根据所述最终分割边界将所述电力网分割成两个孤岛(303a、303b)的分割单元 (207)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统包括用于测量由所述电力网的所述传输线承载的电信息的测量单元(207)，所述控制单元(205)使用测量的所述电信息来识别不同类别的同调发电机母线。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述控制单元(207)被配置为，通过基于代表电力网中的各发电机母线对于各负载母线的电功率贡献的功率分布而将所述一组负载母线与其对应的发电母线相关联，来形成各个域。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制单元(205)被配置为，通过对在所述传输线上测量到的电信息应用流动跟踪算法，来确定所述功率分布。
5.根据权利要求3或4所述的系统，其特征在于，所述控制单元(205)被配置为，将各负载母线与该负载母线从中接收到该负载母线的大部分电功率的发电机母线相关联。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，如果负载母线从两个或更多个发电机母线构成的一组发电机母线接收到相同的电功率，则所述控制单元(205)被配置为，基于包括以下任一条件的另一标准来将所述负载母线与所述一组发电机母线中的一条发电机母线相关联最小编号的发电机母线，最近的发电机母线，功率最大的发电机母线，属于表现出最大发电-负载失衡值的域的发电机母线，或者从所述一组发电机母线中随机选择的发电机母线。
7.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述控制单元(205)被配置为，通过首先移动能够最快地减轻所述负载_发电失衡的负载母线来实现逐个转移顺序。
8.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于，在每次转移负载母线之前，所述控制单元(205)被配置为，通过计算在所述第一群组和所述第二群组中的各个群组内的总发电功率与总负载功率之间的差来确定所述负载_发电失衡。
9.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述控制单元(20 被配置为，如果发现所述第二群组包括不同调的发电机母线，则按与用来对初始电力网进行孤岛划分相同的步骤将所述第二群组分割成两个进一步的孤岛。
10.功率分布网络，该功率分布网络配备有根据前述任一权利要求所述的孤岛划分系统。
11.一种用于控制对电力网O03)的实时孤岛划分以减轻所述电力网可能经受的干扰影响的方法，所述电力网包括发电机母线009)、负载母线011)以及互连所述母线的传输线013)，其特征在于，所述方法包括以下步骤识别不同类别的同调发电机母线，将所述电力网细分成不相交域031a-231d)，其中，各个域由一条发电机母线和对应的一组负载母线组成，将所述不相交域分成两个不同群组，在该两个不同群组中，第一群组031a、231b)由具有同调发电机母线的域组成，而第二群组031c、231d)由具有所有其它发电机母线的域组成，确定由一组分割线组成的初始分割边界(217a)，其中，所述一组分割线对应于将第一组母线连接到相邻的第二组母线的传输线，将由所述分割线连接的负载母线逐个从所述第一群组和所述第二群组中的一个群组转移到所述两个群组中的另一个群组，同时，每次都更新两个群组的元素和所述对应的一组分割线，直到达到两个更新群组内的最小负载-发电失衡为止，确定由更新后的所述一组分割线组成的最终分割边界(217)，以及根据所述最终分割边界将所述电力网分割成两个孤岛。
12.用于根据权利要求10所述的方法控制电力网的实时孤岛划分的计算机辅助方法， 其特征在于，用根据所述电力网的流动和拓扑数据建立的有向图模型表示所述电力网，在该有向图模型中，顶点对应于母线，而弧线对应于传输线，各个顶点都关联有代表对应发电机/负载母线的电功率的权重。
13.一种计算机程序，其被设计为当在计算机上执行时实现根据权利要求11或12所述的方法。
全文摘要
本发明涉及一种控制对电力网的实时孤岛划分的系统，该电力网包括发电机母线、负载母线以及传输线，该系统包括识别不同类别的同调发电机母线的控制单元；将电力网细分成不相交域的控制单元；将不相交域分成第一和第二群组的控制单元；确定由一组分割线组成的初始分割边界的控制单元；将由分割线连接的负载母线逐个从第一群组和第二群组中的一个群组转移到另一个群组，同时每次更新两个群组的元素和对应的一组分割线，直到达到两个更新群组内的最小负载-发电失衡为止的控制单元；确定由更新后的一组分割线组成的最终分割边界的控制单元；以及根据最终分割边界将电力网分割成两个孤岛的分割单元。
文档编号H02J3/00GK102280875SQ20101021798
公开日2011年12月14日 申请日期2010年6月13日 优先权日2010年6月13日
发明者安杰伊·克利梅克, 张保会, 汪成根, 薄志谦, 郝治国 申请人:阿海珐T&D英国有限公司