计及输电断面限额的电网频率自适应紧急控制方法与流程

本发明属于电力系统安全稳定控制技术领域，更准确地说，本发明涉及一种适用于计及输电断面安全稳定限额的电网频率自适应紧急控制的方法。

背景技术：

当故障造成的有功缺失或过剩量占电网负荷或发电的比例超过一定范围时，电网就会出现频率安全问题。为了保障电网遭受大功率冲击后的频率安全，需要在检测到大功率冲击时尽快实施送、受端电网间直流系统的紧急功率调制，以及切除负荷或发电机，以抑制电网频率的快速下降或上升，阻止故障的进一步演化，降低故障处置的安全风险。

文献“多直流馈入受端电网频率紧急协调控制系统设计与应用”(电力系统自动化，2017年第8期)针对直流系统故障后功率损失造成的受端电网频率安全问题，提出将直流系统功率损失总量与设定门槛之差作为控制总量、按优先级确定具体措施(多直流协调控制、抽蓄切泵控制和快切负荷控制)的电网频率紧急控制方法。由于该方法没有在线校核具体措施实施后潮流分布变化是否会导致输电断面潮流越安全稳定限额，因而在电网实际运行状态与离线研究方式的失配度较大、特别是电网分区之间潮流差异较大且直流系统参与频率紧急控制时，基于离线策略控制的电网频率紧急控制系统动作后完全有可能会造成输电断面越安全稳定限额。

为此，本发明提出以控制代价最小为目标，在保持电网频率紧急控制离线措施总量不变的前提下，计及输电断面安全稳定限额约束，计算电网频率紧急控制在线策略。通过故障后实时校核在线策略时效性、控制系统压板状态一致性和在线措施总量与离线措施总量偏差度，进行在线策略与离线策略的选择，可实现计及输电断面安全稳定限额的电网频率自适应紧急控制，不仅适用于受端电网的频率紧急控制，同样适用于送端电网、独立电网的频率紧急控制。

技术实现要素：

本发明目的是：针对以上现有技术中的不足，提出一种能够根据有功控制总量要求，以控制代价最小化为目标，计及输电断面安全稳定限额约束的电网频率紧急控制在线策略计算方法，以及在检测到预想故障时选择在线策略或离线策略用于实时控制的方法。

本发明的基本原理在于：在电网中发电机组成和负荷水平变化不大的条件下，影响故障后电网暂态频率变化幅度的主要因素是故障给电网带来的有功冲击量，与故障类型及地点关系都不大；进一步，在电网频率紧急控制实时性差别不大的条件下，为了减小故障后电网暂态频率的变化幅度，有功控制总量是主要参数，与措施地点及措施组成关系都不大。但是，电网输电断面潮流变化量不仅与故障有功冲击量、类型及地点都紧密相关，也与电网频率紧急控制措施的控制量及其地点及组成都紧密相关，而且与电网实时运行状态紧密相关。因此，针对不同故障，基于离线策略的有功控制总量，根据电网的实时运行状态，通过不同措施的优化组合，可以满足输电断面安全稳定限额约束的要求。

具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的，包括紧急控制在线策略生成流程和预想故障发生后的紧急控制策略选择流程两个相互独立循环流程，其中，

紧急控制在线策略生成流程包括以下步骤：

i-1)设电网运行当前时刻为t0，将t0时刻电网频率自适应紧急控制系统所防御的各个预想故障所组成的集合记为f，根据t0时刻电网频率自适应紧急控制系统的运行状态、压板信息和电网实测信息以及离线策略模型和定值，生成可控措施及其可控量和单位有功控制代价指标的集合以及f中各个预想故障的紧急控制离线当值策略，并分别计算出f中各个预想故障的离线措施有功总量，将可控措施及其可控量和单位有功控制代价指标的集合记为c，将f中第i个预想故障t0时刻离线措施有功总量记为pc.i，进入步骤i-2)；

i-2)基于反映t0时刻电网运行状态的直流潮流方程，分别计算c中各个可控措施对t0时刻各个调度监控输电断面的有功灵敏度，进入步骤i-3)；

i-3)将c中满足公式(1)约束条件的可控措施分别组合在一起作为一个可控措施群，并将每个可控措施群中各个可控措施的可控量之和、单位有功控制代价指标平均值分别作为该可控措施群的可控量和单位有功控制代价指标，将每个可控措施群中各个可控措施对t0时刻同一个调度监控输电断面的有功灵敏度平均值作为该可控措施群对t0时刻该调度监控输电断面的有功灵敏度，最后将由各个可控措施群及其可控量、单位有功控制代价指标组成的集合记为e，进入步骤i-4)；

式中，k为t0时刻调度监控输电断面数，分别为c中可控措施j1、j2的单位有功控制代价指标，分别为c中可控措施j1、j2对t0时刻第k个调度监控输电断面的有功灵敏度，α、β为设定参数；

i-4)针对f中各个预想故障，通过求解计及调度监控输电断面有功不大于限额和控制总量不小于离线措施的有功总量的约束条件，在各个可控措施群的可控量空间内，以控制代价最小为优化目标的方程，得到与预想故障对应的e中各个可控措施群的控制量，再将每个可控措施群及其控制量分解到具体的可控措施及其控制量，作为在线措施及其控制量，生成包括预想故障、紧急控制在线策略所对应电网运行时刻t0、t0时刻压板信息、在线措施有功总量及相应的在线措施和控制量信息在内的紧急控制在线策略信息，返回步骤i-1)；

预想故障发生后的紧急控制策略选择流程包括以下步骤：

ii-1)当检测到电网频率自适应紧急控制系统所防御的预想故障时，设预想故障发生时刻为t1，根据t1时刻电网频率自适应紧急控制系统的运行状态、压板信息和电网实测信息以及离线策略模型和定值，生成该预想故障t1时刻的紧急控制离线当值策略，进入步骤ii-2)；

ii-2)若检测到的预想故障属于f中预想故障且该预想故障的紧急控制在线策略信息所对应电网运行时刻与t1之间的时长小于等于设定的紧急控制在线策略有效时长门槛，则进入步骤ii-3)，否则，将该预想故障t1时刻的紧急控制离线当值策略作为自适应紧急控制策略，进入步骤ii-4)；

ii-3)计算出该预想故障t1时刻紧急控制离线当值策略中离线措施有功总量，记为若t1时刻电网频率自适应紧急控制系统的压板信息与紧急控制在线策略信息所对应电网运行时刻的压板信息一致且满足公式(2)表示的约束条件，则将该预想故障的紧急控制在线策略信息中所有在线措施及其控制量作为自适应紧急控制策略，进入步骤ii-4)，否则，将该预想故障t1时刻的紧急控制离线当值策略作为自适应紧急控制策略，进入步骤ii-4)；

式中，pc.on.f为该预想故障紧急控制在线策略信息中在线措施有功总量，μ为设定的参数；

ii-4)根据自适应紧急控制策略对电网实施紧急控制，返回步骤ii-1)。

上述技术方案的进一步特征在于，所述紧急控制在线策略生成流程的步骤i-4)中，针对f中的各个预想故障，分别按以下步骤处理：

i-4-1)通过求解公式(3)表示的优化函数，得到与f中第i个预想故障对应的e中各个可控措施群的控制量；

式中，j3为e中可控措施群数，为e中第j3个可控措施群的单位有功控制代价指标，为与f中第i个预想故障对应的e中第j3个可控措施群的控制量，为e中第j3个可控措施群的可控量，pk.i.0为基于反映t0时刻电网运行状态的直流潮流方程计算得到的f中第i个预想故障后第k个调度监控输电断面的有功，为e中第j3个可控措施群对t0时刻第k个调度监控输电断面的有功灵敏度，pk.i.max为t0时刻与f中第i个预想故障对应的第k个调度监控输电断面的限额，γ为设定参数；

i-4-2)针对e中各个可控措施群，分别在其对应的可控措施组合中按可控措施的单位有功控制代价指标由小到大的顺序依次选择可控措施，直至所有选择的可控措施的可控量之和大于等于其在线控制量为止，将所选择的可控措施的可控量直接作为控制量，当最后选择的是在可控量范围内可连续控制的可控措施时，将其控制量更新为可控措施群的控制量与所选择的第1个至倒数第2个可控措施可控量之和的差值，再将所选择的可控措施及其控制量作为在线措施及其控制量；

i-4-3)将{第i个预想故障，紧急控制在线策略所对应电网运行时刻t0，t0时刻压板信息，pc.on.i，[(在线措施-1，pc.on.i，1)，(在线措施-2，pc.on.i.2)，...，]}作为第i个预想故障的紧急控制在线策略信息，其中，ni为第i个预想故障的在线措施总数，为第i个预想故障的第j4个在线措施的控制量，pc.on.i为在线措施有功总量等于

通过采用上述技术方案，本发明取得了下述技术效果：

在保持离线措施总量基本不变的前提下进行可控措施的组合优化，满足了电网频率安全紧急控制的要求；计及输电断面安全稳定限额约束进行可控措施的组合优化，确保为保障电网频率安全而采取的紧急控制不会因潮流分布变化导致输电断面潮流越安全稳定限额，演化为新的电网安全风险；以控制代价最小为目标进行可控措施的组合优化，降低了电网频率安全紧急控制的代价。通过故障后校核在线策略时效性、控制系统压板状态一致性和在线措施总量与离线措施总量偏差度，进行在线策略与离线策略的选择，实现了电网频率安全紧急控制准确性和可靠性的有机统一。

附图说明

图1为本发明方法中紧急控制在线策略生成流程的流程图。

图2为本发明方法中预想故障发生后的紧急控制策略选择流程的流程图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明作进一步详细描述。

图1中步骤1：设电网运行当前时刻为t0，将t0时刻电网频率自适应紧急控制系统所防御的各个预想故障所组成的集合记为f，根据t0时刻电网频率自适应紧急控制系统的运行状态、压板信息和电网实测信息以及离线策略模型和定值，生成可控措施及其可控量和单位有功控制代价指标的集合以及f中各个预想故障的紧急控制离线当值策略，并分别计算出f中各个预想故障的离线措施有功总量，将可控措施及其可控量和单位有功控制代价指标的集合记为c，将f中第i个预想故障t0时刻离线措施有功总量记为pc.i，进入步骤2；

所述压板信息包括设备投退、负荷水平和措施是否可控等信息；

图1中步骤2：基于反映t0时刻电网运行状态的直流潮流方程，分别计算c中各个可控措施对t0时刻各个调度监控输电断面的有功灵敏度，进入步骤3；

图1中步骤3：将c中满足公式(1)约束条件的可控措施分别组合在一起作为一个可控措施群，并将每个可控措施群中各个可控措施的可控量之和、单位有功控制代价指标平均值分别作为该可控措施群的可控量和单位有功控制代价指标，将每个可控措施群中各个可控措施对t0时刻同一个调度监控输电断面的有功灵敏度平均值作为该可控措施群对t0时刻该调度监控输电断面的有功灵敏度，最后将由各个可控措施群及其可控量、单位有功控制代价指标组成的集合记为e，进入步骤4；

式中，k为t0时刻调度监控输电断面数，分别为c中可控措施j1、j2的单位有功控制代价指标，分别为c中可控措施j1、j2对t0时刻第k个调度监控输电断面的有功灵敏度，α、β为设定参数，α通常设置为0.1，β通常设置为0.1；

图1中步骤4：针对f中各个预想故障，通过求解计及调度监控输电断面有功不大于限额和控制总量不小于离线措施的有功总量的约束条件，在各个可控措施群的可控量空间内，以控制代价最小为优化目标的方程，得到与预想故障对应的e中各个可控措施群的控制量，再将每个可控措施群及其控制量分解到具体的可控措施及其控制量，作为在线措施及其控制量，生成包括预想故障、紧急控制在线策略所对应电网运行时刻t0、t0时刻压板信息、在线措施有功总量及相应的在线措施和控制量信息在内的紧急控制在线策略信息，返回步骤1；

其中，所述紧急控制在线策略生成流程的步骤4中，针对f中的各个预想故障，分别按以下步骤处理：

4-1)通过求解公式(3)表示的优化函数，得到与f中第i个预想故障对应的e中各个可控措施群的控制量；

式中，j3为e中可控措施群数，为e中第j3个可控措施群的单位有功控制代价指标，为与f中第i个预想故障对应的e中第j3个可控措施群的控制量，为e中第j3个可控措施群的可控量，pk.i.0为基于反映t0时刻电网运行状态的直流潮流方程计算得到的f中第i个预想故障后第k个调度监控输电断面的有功，为e中第j3个可控措施群对t0时刻第k个调度监控输电断面的有功灵敏度，pk.i.max为t0时刻与f中第i个预想故障对应的第k个调度监控输电断面的限额，γ为设定参数，γ通常设置为0.03；

4-2)针对e中各个可控措施群，分别在其对应的可控措施组合中按可控措施的单位有功控制代价指标由小到大的顺序依次选择可控措施，直至所有选择的可控措施的可控量之和大于等于其在线控制量为止，将所选择的可控措施的可控量直接作为控制量，当最后选择的是在可控量范围内可连续控制的可控措施时，将其控制量更新为可控措施群的控制量与所选择的第1个至倒数第2个可控措施可控量之和的差值，再将所选择的可控措施及其控制量作为在线措施及其控制量；

4-3)将{第i个预想故障，紧急控制在线策略所对应电网运行时刻t0，t0时刻压板信息，pc.on.i，[(在线措施-1，pc.on.i.1)，(在线措施-2，pc.on.i.2)，...，]}作为第i个预想故障的紧急控制在线策略信息，其中，ni为第i个预想故障的在线措施总数，为第i个预想故障的第j4个在线措施的控制量，pc.on.i为在线措施有功总量等于

图2中步骤1：当检测到电网频率自适应紧急控制系统所防御的预想故障时，设预想故障发生时刻为t1，根据t1时刻电网频率自适应紧急控制系统的运行状态、压板信息和电网实测信息，以及离线策略模型和定值，生成该预想故障t1时刻的紧急控制离线当值策略，进入步骤2；

图2中步骤2：若检测到的预想故障属于f中预想故障且该预想故障的紧急控制在线策略信息所对应电网运行时刻与t1之间的时长小于等于设定的紧急控制在线策略有效时长门槛(通常设置为2分钟)，则进入步骤3，否则，将该预想故障t1时刻的紧急控制离线当值策略作为自适应紧急控制策略，进入步骤4；

图2中步骤3：计算出该预想故障t1时刻紧急控制离线当值策略中离线措施有功总量，记为若t1时刻电网频率自适应紧急控制系统的压板信息与紧急控制在线策略信息所对应电网运行时刻的压板信息一致且满足公式(2)表示的约束条件，则将该预想故障的紧急控制在线策略信息中所有在线措施及其控制量作为自适应紧急控制策略，进入步骤4，否则，将该预想故障t1时刻的紧急控制离线当值策略作为自适应紧急控制策略，进入步骤4；

式中，pc.on.f为该预想故障紧急控制在线策略信息中在线措施有功总量，μ为设定的参数，通常设置为0.05；

图2中步骤4：根据自适应紧急控制策略对电网实施紧急控制，返回步骤1。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。