一种具备n-2开断快速扫描功能的在线静态安全分析方法
【专利摘要】本发明提供一种具备N-2开断快速扫描功能的在线静态安全分析方法，包括以下步骤：形成当前电网阻抗矩阵；确定支路开断分布因子矩阵；基于支路开断分布因子，计算N-2开断故障后的各支路有功潮流，筛选出可疑的严重N-2开断故障集合；对可疑的严重N-2开断故障进行交流潮流分析，确定最终严重N-2开断故障；输出严重N-2开断故障集合，并给出告警信息。本发明将N-2开断故障组合全集引入预想故障集，并利用支路开断分布因子和并行计算技术快速扫描N-2开断后电网潮流分布情况；对于可疑的N-2开断组合，进行交流潮流分析；整个计算过程高效快捷，满足在线应用的需要。
【专利说明】-种具备N-2开断快速扫描功能的在线静态安全分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种分析方法，具体讲涉及一种具备N-2开断快速扫描功能的在线静 态安全分析方法。
【背景技术】
[0002] 电力系统安全分析的目的是用预想事故分析的方法来预知系统是否存在安全隐 患，以便及早采取相应的措施防止系统发生大的事故。十九世纪六十年代中期在美国发生 的多次大停电事故促进了电力系统安全分析的进展。电力系统安全分析主要包括静态安全 分析和动态安全分析两部分。静态安全分析判断在发生预想事故后系统是否会过负荷或电 压越限；动态安全分析判断在发生预想事故后系统是否会失稳。
[0003] 当前，电力系统在线静态安全分析软件模块已经成为电网调度自动化系统的标准 配置模块，广泛应用于各级电网调度控制中心，是保证系统安全运行的重要手段之一。《电 力系统安全稳定导则》中明确要求"应用N-1原则，逐个无故障断开线路、变压器等元件，检 查其他元件是否因此过负荷和电网低电压，用以检验电网结构强度和运行方式是否满足安 全运行要求"。因此，现有在线静态安全分析主要考虑的预想故障以N-1开断故障为主，辅 以根据规则和经验人工定义的多重故障。但是，近年来国际上发生的大停电事故主要都是 由于连锁故障或独立相继故障所引起的。基于规则、经验的多重故障选择，有可能漏选部分 可能产生严重后果的N-2开断组合，所以面向所有设备的N-2开断组合进行静态安全分析 具有重要意义。而对于N-2开断故障，由于故障组合数巨大，总体计算量比N-1开断要显著 增加，目前在实际在线静态安全分析软件中鲜有考虑，其瓶颈主要是计算速度问题。
[0004] 在电网调度自动化系统中，电力系统静态安全分析功能模块用于评估电力系统中 的某些元件或元件组合发生故障时，对电力系统安全运行可能产生的影响，计算可能引起 系统元件越限的故障发生时系统的运行状态，对整个电网的安全水平进行评估，对可能引 起电网安全运行构成威胁的故障进行警示，并评价这些故障对系统安全运行的影响。现有 在线静态安全分析的预想故障集主要包括N-1开断故障集以及自定义的多重故障集。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种具备N-2开断快速扫描功能的在 线静态安全分析方法，将N-2开断故障组合全集引入预想故障集，并利用支路开断分布因 子和并行计算技术快速扫描N-2开断后电网潮流分布情况；对于可疑的N-2开断组合，进行 交流潮流分析；整个计算过程高效快捷，满足在线应用的需要。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0007] 本发明提供一种具备N-2开断快速扫描功能的在线静态安全分析方法，所述方法 包括以下步骤：
[0008] 步骤1 :形成当前电网阻抗矩阵；
[0009] 步骤2 :确定支路开断分布因子矩阵；
[0010] 步骤3 :基于支路开断分布因子，计算N-2开断故障后的各支路有功潮流，筛选出 可疑的严重N-2开断故障集合；
[0011] 步骤4 :对可疑的严重N-2开断故障进行交流潮流分析，确定最终严重N-2开断故 障；
[0012] 步骤5 :输出严重N-2开断故障集合，并给出告警信息。
[0013] 所述步骤1中，当前电网阻抗矩阵用X表示，X为ηΧη阶矩阵，η为电网中除开平 衡节点之外的计算节点个数；
[0014] 对直流潮流方程中的导纳矩阵求逆，即可获得电网阻抗矩阵X。
[0015] 所述步骤2中，支路开断分布因子矩阵用D表示，D为mXm阶矩阵，m为电网中的 支路总数；
[0016] 通过支路开断分布因子矩阵D中的元素，即可得到支路开断分布因子矩阵D ;利 用节点有功对支路有功的灵敏度计算基态潮流断面的支路开断分布因子，即矩阵D中的元 素，有：
[0017]
【权利要求】
1. 一种具备N-2开断快速扫描功能的在线静态安全分析方法，其特征在于：所述方法 包括以下步骤： 步骤1 :形成当前电网阻抗矩阵； 步骤2 :确定支路开断分布因子矩阵； 步骤3 :基于支路开断分布因子，计算N-2开断故障后的各支路有功潮流，筛选出可疑 的严重N-2开断故障集合； 步骤4 :对可疑的严重N-2开断故障进行交流潮流分析，确定最终严重N-2开断故障； 步骤5 :输出严重N-2开断故障集合，并给出告警信息。
2. 根据权利要求1所述的具备N-2开断快速扫描功能的在线静态安全分析方法，其特 征在于：所述步骤1中，当前电网阻抗矩阵用X表示，X为ηΧη阶矩阵，η为电网中除开平 衡节点之外的计算节点个数； 对直流潮流方程中的导纳矩阵求逆，即可获得电网阻抗矩阵X。
3. 根据权利要求1所述的具备Ν-2开断快速扫描功能的在线静态安全分析方法，其特 征在于：所述步骤2中，支路开断分布因子矩阵用D表示，D为mXm阶矩阵，m为电网中的 支路总数； 通过支路开断分布因子矩阵D中的元素，即可得到支路开断分布因子矩阵D ;利用节点 有功对支路有功的灵敏度计算基态潮流断面的支路开断分布因子，即矩阵D中的元素，有：
(1) 其中，Dh为支路1开断对支路k的开断分布因子，i和j为支路1的首末端节点编号， 为首端节点i有功注入对支路1有功的灵敏度，为末端节点j有功注入对支路1有 功的灵敏度，Ski为首端节点i有功注入对支路k有功的灵敏度，S w为末端节点j有功注入 对支路k有功的灵敏度；Ski和Skj分别表不为：
(2)
(3) 其中，xk为支路k的电抗值，p和q为支路k的首末端节点编号，Xpi为电网阻抗矩阵X 的第P行、第i列元素，Xqi为电网阻抗矩阵X的第q行、第i列元素，Xpj为电网阻抗矩阵X 的第P行、第j列元素，为电网阻抗矩阵X的第q行、第j列元素。
4. 根据权利要求1所述的具备N-2开断快速扫描功能的在线静态安全分析方法，其特 征在于：所述步骤3包括以下步骤： 步骤3-1 :N-2开断故障后的各支路有功潮流通过基态潮流断面的支路开断分布因子 计算得到，有：
(4) 其中，1和t为开断支路编号，Pk为支路1和支路t开断后支路k的有功功率，ΡΜ为基 态潮流断面下支路k的有功功率，Ρω基态潮流断面下支路1的有功功率，Pt(l为基态潮流断 面下支路t的有功功率，Dh为支路1开断对支路k的开断分布因子，D t_k为支路t开断对 支路k的开断分布因子，Dh为支路1开断对支路t的开断分布因子，Dg为支路t开断对 支路1的开断分布因子； 步骤3-2 :筛选出可疑的严重N-2开断故障集合； 将通过式（4)得到的N-2开断后其他所有支路的有功潮流与其有功潮流判断限值进行 比较，判断支路有功潮流是否越限；若支路有功潮流大于其有功潮流判断限值，即支路有功 潮流越限，则将该N-2开断组合作为潜在的严重故障，通过步骤4进行分析； 将支路有功潮流实际限值乘以系数α得到的值作为支路有功潮流判断限值，其中α < 1. 0。
5.根据权利要求4所述的具备N-2开断快速扫描功能的在线静态安全分析方法，其 特征在于：所述步骤4中，考虑到发生开断故障下，只对电网局部拓扑造成影响，即在已有 基态潮流断面拓扑基础上，实施局部拓扑，并且利用电网导纳矩阵的稀疏性，采用稀疏向量 法对原有因子表进行修正得到开断后因子表，通过开断后因子表计算开断后的电网交流潮 流，得到交流潮流计算结果，根据支路的交流潮流计算结果确定最终严重N-2开断故障。
【文档编号】H02J3/00GK104092210SQ201410331888
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】汤必强, 於益军, 姚建国, 杨胜春, 冯树海, 杨争林, 李峰, 王礼文, 石飞, 徐鹏 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院