一种防连锁过载控制方法与流程

本发明属于电力系统运行和控制技术领域，具体涉及一种防连锁过载控制方法。

背景技术：

电力事业的飞速发展，为社会进步、生产力发展和国家安全提供了强有力的保障，但其自身的安全运行问题亦日渐显现。电网大规模互联已是大势所趋，系统动态行为也因此变得愈加复杂，在网架结构愈发复杂的大规模电网中，潮流转移过负荷已成为连锁故障发展的主要助推剂，而紧急控制依然是预防大停电事故的重要手段。

支路过载紧急控制隶属有功安全校正范畴，通过采取有效措施使过载支路潮流快速下降，将系统从紧急状态拉回到安全状态，从而将连锁故障彻底扼杀在萌芽期。由于灵敏度方法在算法复杂度和收敛速度层面具有显著优势，故从所有控制算法中脱颖而出并得到广泛运用，但是，现有灵敏度分析方法大多仅将单个控制节点作为评价对象来获取加、减出力节点操作序列，未将参与反向配对调整的加、减出力节点视为一个整体进行综合评价，无法充分体现各加、减出力节点通过彼此协调配合，消除断面内多条支路过载的综合能力。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的无法有效消除断面内多条支路过载的问题，提供一种利用每轮调整得到的最优控制节点对来消除过载的防连锁过载控制方法。

为实现以上目的，本发明的技术方案如下：

一种防连锁过载控制方法，依次包括以下步骤：

步骤a、根据各支路的运行信息确定由过载支路集l和重载支路集m组成的关键支路集k，其中，所述运行信息包括过载支路l及其过载量、重载支路m及其冗余量；

步骤b、计算过载支路所在广义潮流转移区域内各控制节点对过载支路的配对灵敏度，并根据配对灵敏度筛选出有效控制节点对形成集合ω，若集合ω为空集，则降低有效控制节点对筛选阈值后再次筛选出有效控制节点对形成集合ω，直至集合ω不为空集；

步骤c、计算集合ω中各有效控制节点对的改进综合灵敏度，并选取改进综合灵敏度值最大的控制节点对作为最优控制节点对；

步骤d、计算最优控制节点对的调整量δpij；

步骤e、先根据δpij进行减载控制，再利用灵敏度关系刷新支路潮流并修正节点出力，同时判断过载现象是否消除，若过载消除，则结束过载控制；若过载现象依然存在，则更新关键支路集k后重复步骤b至步骤e，直至过载消除。

步骤b中，所述配对灵敏度采用反向等量配对法计算得到：

δpl＝sl-ijδpj

sl-ij＝sl-j-sl-i

上式中，δpl为过载支路l的有功功率变化量，sl-ij为过载支路l中加、减出力节点i、j的配对灵敏度，i∈b1∪b2，j∈b1，b1、b2分别为具有调整量的发电机节点集、负荷节点集，δpj为控制节点j的有功注入变化量，sl-i为控制节点i对过载支路l的灵敏度，表示控制节点i有功出力增加1个单位功率、相应参考节点如平衡机减少1个单位功率时过载支路l的有功变化量，b为控制节点的电纳矩阵，δθ为控制节点的电压相位变化量，δp为控制节点的有功注入变化量，δpi为控制节点i的有功注入变化量，δθl为过载支路l两端的相位差，xl为过载支路l的电抗。

步骤c中，所述改进综合灵敏度sk-ij为：

上式中，λ为过载支路与重载支路的权重之比，αl、αm分别为过载支路l、重载支路m的权重，sl-ij为过载支路l中加、减出力控制节点i、j的配对灵敏度，sm-ij为重载支路m中加、减出力控制节点i、j的配对灵敏度，pl、pl.lim分别为过载支路l的功率及其极限，pm、pm.lim为重载支路m的功率及其极限。

步骤d中，所述调整量δpij由以下公式计算得到：

δpij＝min(δpn,δpm,δpr)

δpn＝min(api.max，δpj.max)

δpm＝max{β(pl-pl.lim)/sl-ij|l∈l,sl-ij＞0}

δpr＝min{γ(pz-pz.lim)/sz-ij|z∈f,sz-ij＜0}

上式中，δpn为控制节点对(i,j)的最大可调整出力，δpi.max为控制节点i的最大可加出力，δpj.max为控制节点j的最大可减出力，δpm为控制节点对(i,j)需要调整的控制量，β、γ均为补偿系数，pl、pl.lim分别为过载支路l的功率及其极限，sl-ij为过载支路l中加、减出力控制节点i、j的配对灵敏度，δpr为正常支路不越限的控制量，f为正常支路约束集，f＝m∪b，b为受控制节点对(i,j)影响较大的支路集，z为f中的支路，pz、pz.lim分别为支路z的功率及其极限，sz-ij为支路z中加、减出力控制节点i、j的配对灵敏度。

所述支路集b利用同心松弛原理选取得到，其选取原则为：

分别搜索以控制节点i或j为中心的3层同心圆所包含的支路，然后取并集。

步骤b中，所述集合ω为能消除其过载的有效控制节点对集，ω＝j(l1)∪j(l2)∪…∪j(ln)，{l1,l2,…,ln}＝过载支路集l，集合ω的筛选方法为：

针对任一过载支路l∈l，若控制节点对(i,j)对过载支路l的配对灵敏度sl-ij满足以下两个条件，则称控制节点对(i,j)为过载支路l的有效控制节点对并划入集合j(l)：

sl-ij＞0

sl-ij≥ηmax{sl-ij|i∈b1∪b2,j∈b1}

上式中，η为有效控制节点对筛选阈值，η∈[0,1]，b1、b2分别为具有调整量的发电机节点集、负荷节点集。

步骤b中，所述广义潮流转移区域由潮流转移区域拓展得到，其拓展方法为：

将邻接节点数为1的发电机或负荷节点划入其邻接节点所在的潮流转移区域；

若某支路开断使系统解列，且解列后的各子系统均非发电机-母线系统，则将子系统划为不同的广义潮流转移区域；

步骤b中，对于有效控制节点对(i,j)，若控制节点i或j为割点且不可调时，选择与该割点相连的其余广义潮流转移区域中可调量最大的相应类型节点来代替该割点。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种防连锁过载控制方法先根据各支路的运行信息确定关键支路集，再计算过载支路所在广义潮流转移区域内各控制节点对过载支路的配对灵敏度，并筛选出有效控制节点对加入集合ω，然后计算集合ω中各有效控制节点对的改进综合灵敏度，并选取综合灵敏度值最大的控制节点对作为本轮最优控制单元，随后计算控制节点对的调整量δpij，再根据δpij进行减载控制，利用灵敏度关系刷新支路潮流并修正节点出力，同时判断过载现象是否消除，该法采用改进综合灵敏度方法，并引入广义潮流转移区域将控制节点的搜索范围限定到系统某一较小区域，利用最优控制节点对消除支路过载，可以大幅减少紧急控制的计算量。因此，本发明可大幅减少紧急控制的计算量。

2、本发明一种防连锁过载控制方法通过令平衡节点参与紧急控制、但增加机组出力调节的处理，可在避免平衡机越限的同时增强过载消除能力，加快过载消除速度。因此，本发明有效增强了过载消除能力、加快了过载消除速度。

3、本发明一种防连锁过载控制方法中调整量δpij的计算一方面综合考虑了控制节点对的可调量约束、过载量消除约束以及正常支路的不越限约束，可有效避免进行潮流校验，另一方面，补偿系数β、γ的引入不仅计及直流潮流模型下灵敏度的误差，还能确保在减载控制后各支路具有一定裕度，减小支路由于受到小扰动而发生新越限的概率，提高紧急控制的精度，同时，利用同心松弛原理获得的正常支路约束集规模较小且具有代表性，对于减少紧急控制计算量大有裨益。因此，本发明进一步减少了紧急控制的计算量，提高了紧急控制的精度。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明实施例1中ieee39节点系统的广义潮流转移区域划分情况图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1，一种防连锁过载控制方法，依次包括以下步骤：

步骤a、根据各支路的运行信息确定由过载支路集l和重载支路集m组成的关键支路集k，其中，所述运行信息包括过载支路l及其过载量、重载支路m及其冗余量；

步骤b、计算过载支路所在广义潮流转移区域内各控制节点对过载支路的配对灵敏度，并根据配对灵敏度筛选出有效控制节点对形成集合ω，若集合ω为空集，则降低有效控制节点对筛选阈值后再次筛选出有效控制节点对形成集合ω，直至集合ω不为空集；

步骤c、计算集合ω中各有效控制节点对的改进综合灵敏度，并选取改进综合灵敏度值最大的控制节点对作为最优控制节点对；

步骤d、计算最优控制节点对的调整量δpij；

步骤e、先根据δpij进行减载控制，再利用灵敏度关系刷新支路潮流并修正节点出力，同时判断过载现象是否消除，若过载消除，则结束过载控制；若过载现象依然存在，则更新关键支路集k后重复步骤b至步骤e，直至过载消除。

步骤b中，所述配对灵敏度采用反向等量配对法计算得到：

δpl＝sl-ijδpj

sl-ij＝sl-j-sl-i

上式中，δpl为过载支路l的有功功率变化量，sl-ij为过载支路l中加、减出力节点i、j的配对灵敏度，i∈b1∪b2，j∈b1，b1、b2分别为具有调整量的发电机节点集、负荷节点集，δpj为控制节点j的有功注入变化量，sl-i为控制节点i对过载支路l的灵敏度，表示控制节点i有功出力增加1个单位功率、相应参考节点如平衡机减少1个单位功率时过载支路l的有功变化量，b为控制节点的电纳矩阵，δθ为控制节点的电压相位变化量，δp为控制节点的有功注入变化量，δpi为控制节点i的有功注入变化量，δθl为过载支路l两端的相位差，xl为过载支路l的电抗。

步骤c中，所述改进综合灵敏度sk-ij为：

上式中，λ为过载支路与重载支路的权重之比，αl、αm分别为过载支路l、重载支路m的权重，sl-ij为过载支路l中加、减出力控制节点i、j的配对灵敏度，sm-ij为重载支路m中加、减出力控制节点i、j的配对灵敏度，pl、pl.lim分别为过载支路l的功率及其极限，pm、pm.lim为重载支路m的功率及其极限。

步骤d中，所述调整量δpij由以下公式计算得到：

δpij＝min(δpn,δpm,δpr)

δpn＝min(δpδpi.max,δpj.max)

δpm＝max{β(pl-pl.lim)/sl-ij|l∈l,sl-ij＞0}

δpr＝min{γ(pz-pz.lim)/sz-ij|z∈f,sz-ij＜0}

上式中，δpn为控制节点对(i,j)的最大可调整出力，δpi.max为控制节点i的最大可加出力，δpj.max为控制节点j的最大可减出力，δpm为控制节点对(i,j)需要调整的控制量，β、γ均为补偿系数，pl、pl.lim分别为过载支路l的功率及其极限，sl-ij为过载支路l中加、减出力控制节点i、j的配对灵敏度，δpr为正常支路不越限的控制量，f为正常支路约束集，f＝m∪b，b为受控制节点对(i,j)影响较大的支路集，z为f中的支路，pz、pz.lim分别为支路z的功率及其极限，sz-ij为支路z中加、减出力控制节点i、j的配对灵敏度。

所述支路集b利用同心松弛原理选取得到，其选取原则为：

分别搜索以控制节点i或j为中心的3层同心圆所包含的支路，然后取并集。

步骤b中，所述集合ω为能消除其过载的有效控制节点对集，ω＝j(l1)∪j(l2)∪…∪j(ln)，{l1,l2,…,ln}＝过载支路集l，集合ω的筛选方法为：

针对任一过载支路l∈l，若控制节点对(i,j)对过载支路l的配对灵敏度sl-ij满足以下两个条件，则称控制节点对(i,j)为过载支路l的有效控制节点对并划入集合j(l)：

sl-ij＞0

sl-ij≥ηmax{sl-ij|i∈b1∪b2,j∈b1}

上式中，η为有效控制节点对筛选阈值，η∈[0,1]，b1、b2分别为具有调整量的发电机节点集、负荷节点集。

步骤b中，所述广义潮流转移区域由潮流转移区域拓展得到，其拓展方法为：

将邻接节点数为1的发电机或负荷节点划入其邻接节点所在的潮流转移区域；

若某支路开断使系统解列，且解列后的各子系统均非发电机-母线系统，则将子系统划为不同的广义潮流转移区域；

步骤b中，对于有效控制节点对(i,j)，若控制节点i或j为割点且不可调时，选择与该割点相连的其余广义潮流转移区域中可调量最大的相应类型节点来代替该割点。

本发明的原理说明如下：

配对灵敏度计算：

采用反向等量配对，每次对两个控制节点进行调整，可避免平衡机越限并提高紧急控制效率。若节点i增加出力δpi，节点j减少出力δpj，且二者调整量的绝对值相等，即δpi＝-δpj，其中i∈b1∪b2，j∈b1，仅在上述加、减出力节点对调整下，支路l有功功率变化量δpl表达式如下：

δpl＝sl-ijδpj

sl-ij＝sl-j-sl-i

若sl-ij>0，调整节点对(i,j)会降低过载支路l潮流，若sl-ij<0，调整节点对(i,j)则会升高过载支路l潮流。

综合灵敏度计算：

由于过载支路过载量越大，则消除越限的优先级越高；重载支路冗余量越小，则节点出力调整时越可能发生过负荷，理应赋予更大的权重。本发明根据过载支路过载量大小及重载支路冗余量大小确定权重如下：

调整量δpij计算：

为了最大限度消除支路过载，同时考虑直流潮流模型的计算误差，引入补偿系数β，则控制节点对(i,j)需要调整的控制量δpm为：

δpm＝max{β(pl-pl.lim)/sl-ij|l∈l,sl-ij＞0}

实际大规模系统中，易受到调整节点对(i,j)影响的支路主要分为两类：冗余量较小的重载支路m和节点出力调整时易引起潮流波动较大的支路b。

对于节点出力调整时易引起潮流波动较大的支路b根据同心松弛原理，可将调整节点i或j视为扰动源，通常受影响较大的支路处于以调整节点为中心向外扩张的3层同心圆内。

本发明方法中，有效控制节点对的筛选为最优控制节点对的获取奠定了基础，最优控制节点对则是对过载支路和重载支路最佳减载效果的体现。

实施例1：

参见图1，一种防连锁过载控制方法，依次按照以下步骤进行：

步骤1、以ieee39节点系统为对象，由当前潮流状态获取各支路运行信息，确定由过载支路集l和重载支路集m组成的关键支路集k，其中，该系统包含4个广义潮流转移区域，即d1、d2、d3和d4，具体划分情况如图2所示，令各控制节点调节裕度为出力极限的10％，支路对(5-8,6-7)开断时，支路2-1越限388.83mw，过载率为1.648，重载支路1-39、5-4负载率分别为0.885、0.890，具体潮流信息如表1所示：

表1关键支路集k的潮流信息

步骤2、计算过载支路所在广义潮流转移区域内各控制节点对过载支路的配对灵敏度，其中，对于有效控制节点对(i,j)，若控制节点i或j为割点且不可调时，选择与该割点相连的其余广义潮流转移区域中可调量最大的相应类型节点来代替该割点；

所述广义潮流转移区域由潮流转移区域拓展得到，其拓展方法为：

将邻接节点数为1的发电机或负荷节点划入其邻接节点所在的潮流转移区域；

若某支路开断使系统解列，且解列后的各子系统均非发电机-母线系统，则将子系统划为不同的广义潮流转移区域，由于该系统中，支路2-1因过载继续跳闸，将直接导致系统解列，故需对支路2-1进行有功安全校正控制，且过载支路2-1位于区域d1，优先使用发电机-发电机控制节点对；

本系统中，排序3、4的有效控制节点对中分别含割点16、26，且均为减出力节点，故从与之相连的其他广义潮流区域中搜索可调量最大的减出力发电机节点来代替；

所述配对灵敏度采用反向等量配对法计算得到：

δpl＝sl-ijδpj

sl-ij＝sl-j-sl-i

上式中，δpl为过载支路l的有功功率变化量，sl-ij为过载支路l中加、减出力节点i、j的配对灵敏度，i∈b1∪b2，j∈b1，b1、b2分别为具有调整量的发电机节点集、负荷节点集，δpj为控制节点j的有功注入变化量，b为控制节点的电纳矩阵，δθ为控制节点的电压相位变化量，δp为控制节点的有功注入变化量，δpi为控制节点i的有功注入变化量，δθl为过载支路l两端的相位差，xl为过载支路l的电抗，sl-i为控制节点i对过载支路l的灵敏度，表示控制节点i有功出力增加1个单位功率、相应参考节点如平衡机减少1个单位功率时过载支路l的有功变化量；

步骤3、筛选出过载支路2-1的有效控制节点对6个(参见表2)，形成集合ω，其中，所述集合ω为能消除其过载的有效控制节点对集，ω＝j(l1)∪j(l2)∪…∪j(ln)，{l1,l2,…,ln}＝过载支路集l，集合ω的筛选方法为：

针对任一过载支路l∈l，若控制节点对(i,j)对过载支路l的配对灵敏度sl-ij满足以下两个条件，则称控制节点对(i,j)为过载支路l的有效控制节点对并划入集合j(l)：

为确保调整过程中，过载支路l潮流稳步下降，需满足sl-ij＞0；

对控制节点对进行优先级划分，使配对灵敏度sl-ij满足：

sl-ij≥ηmax{sl-ij|i∈b1∪b2,j∈b1}

上式中，η为有效控制节点对筛选阈值，η∈[0,1]，其值大小可反映控制节点对消除支路过载的能力，此处取值为0.2，b1、b2分别为具有调整量的发电机节点集、负荷节点集；

步骤4、计算集合ω中各有效控制节点对的改进综合灵敏度(参见表2)，并选取改进综合灵敏度值最大的控制节点对(39,31)作为最优控制节点对，其中，所述改进综合灵敏度sk-ij为：

上式中，λ为过载支路与重载支路的权重之比，此处取1.5，αl、αm分别为过载支路l、重载支路m的权重，sl-ij为过载支路l中加、减出力控制节点i、j的配对灵敏度，sm-ij为重载支路m中加、减出力控制节点i、j的配对灵敏度，pl、pl.lim分别为过载支路l的功率及其极限，pm、pm.lim为重载支路m的功率及其极限；

表2第一轮控制的有效控制节点对及其改进综合灵敏度

步骤5、根据以下公式计算控制节点对(39,31)的调整量δpij为408.27mw(即机组31出力减少408.27mw，机组39出力增加408.27mw，相关信息参见表3)：

δpij＝min(δpn,δpm,δpr)

δpn＝min(δpi.max,δpj.max)

δpm＝max{β(pl-pl.lim)/sl-ij|l∈l,sl-ij＞0}

δpr＝min{γ(pz-pz.lim)/sz-ij|z∈f,sz-ij＜0}

上式中，δpn为控制节点对(i,j)的最大可调整出力，δpi.max为控制节点i的最大可加出力，δpj.max为控制节点j的最大可减出力，δpm为控制节点对(i,j)需要调整的控制量，β、γ均为补偿系数，此处取β＝1.05，γ＝0.95，pl、pl.lim分别为过载支路l的功率及其极限，sl-ij为过载支路l中加、减出力控制节点i、j的配对灵敏度，δpr为正常支路不越限的控制量，f为正常支路约束集，f＝m∪b，b为受控制节点对(i,j)影响较大的支路集，其利用同心松弛原理选取得到，选取原则为：分别搜索以控制节点i或j为中心的3层同心圆所包含的支路，然后取并集，z为f中的支路，pz、pz.lim分别为支路z的功率及其极限，sz-ij为支路z中加、减出力控制节点i、j的配对灵敏度；

表3计算配对组(39,31)调整量的相关信息

步骤6、先根据δpij进行减载控制，再利用灵敏度关系刷新支路潮流并修正节点出力。调整后支路2-1的功率下降为580.56mw，负载率为96.76％，支路1-39和5-4的负载率分别控制在47.72％、45.34％，其余支路未出现过载现象，可见控制节点对(39,31)经过一轮控制便将系统从紧急状态拉回到安全运行状态。