一种自动协调控制的电网故障快速稳定控制方法与流程

本发明涉及电网调度控制运行
技术领域：
，尤其涉及一种自动协调控制的电网故障快速稳定控制方法。
背景技术：
：随着我国特高压交直流混联大电网格局的逐步形成，电力系统安全稳定特性与机理日趋复杂，电网运行控制难度不断加大，对电力系统安全稳定分析的精细化和精益化提出了新的要求。作为国家电网公司“三集五大”中“大运行”建设的重要环节，国家电网公司系统从2009年开始开展了智能电网调度控制系统建设，其中在线安全分析系统、预警及辅助决策功能、自动发电控制功能(automaticgenerationcontrol；agc)、自动电压控制功能(automaticvoltagecontrol；avc)以及负荷批量控制功能已逐步在各级电网调控中心部署实施。在线安全稳定分析系统应用范围现已覆盖国、分、省三级电力网络，对实时掌握电网稳定特征，提高电网安全运行水平发挥了积极的作用。其中基于在线安全分析计算的电网在线动态安全评估实现了利用在线数据进行静态安全分析、暂态稳定计算、小干扰稳定计算、频率稳定计算、电压稳定计算、断面极限计算等功能，计算结果准确，提高了系统仿真计算分析的精度，完成了离线计算向在线计算的技术飞跃。该系统不仅能够掌握当前系统运行情况，还能够分析电网潜在风险，进行事故预想，并提供辅助决策建议，为调度运行人员发现潜在风险，掌握电网运行趋势，有效应对突发事故提供了有力帮助，但是由于辅助决策的实时性及与其它控制功能的适应性存在不足，目前尚未实现辅助决策闭环执行。agc功能通过控制调度区域内发电机组的有功功率使发电自动跟踪负荷变化，维持系统频率为额定值，维持电网联络线交换功率，实现电网有功频率控制、维持系统频率质量、互联电网之间联络线交换功率以及局域电网内部断面输送功率控制。avc功能通过对电网的无功优化，实时计算出电网中各节点电压的最优设定值，依据该设定值对发电机无功出力和变电站无功补偿设备投切进行控制，从而实现了无功电压分层分区平衡和控制，保证整个电网的电压安全和质量。负荷批量控制功能，为应对电网事故、异常等紧急情况，提高调度应急处置水平，确保电网安全稳定运行，各级调控机构基于智能电网调度控制系统，部署了负荷批量控制系统。电网发生事故异常时，下级调控机构根据上级调控机构下达的负荷批量控制目标值或本区域电网运行情况启动负荷批量控制功能，生成负荷批量控制方案，确认无误后执行操作。负荷批量控制操作指令执行完毕后，若负荷控制量未达到控制目标值，会根据差额再次生成负荷批量控制方案并再次执行操作，确保足额完成负荷控制要求。但是，目前针对事故的负荷控制目标是离线根据运行经验确定的，在线执行时可能存在过切或欠切的问题。因此，需要研究基于在线安全稳定分析的负荷控制精细化计算技术。技术实现要素：为解决现有技术中存在的问题，在特高压交直流混联接入的大环境下，本发明首先构建一个在线安全预警及辅助决策闭环控制技术实现框架，并基于该实现框架，提供一种自动协调控制的电网故障快速稳定控制方法，能够适应大电网运行控制需要，且在电网发生严重故障时可通过“一键式”操作实现电网的快速稳定控制。本发明提供的一种自动协调控制的电网故障快速稳定控制方法，具体包括以下步骤：步骤1、每隔第一预设时间段获取区域电网模型和区域电网状态估计数据；步骤2、每隔第二预设时间段获取包含外网的全网模型和全网状态估计数据；步骤3、根据电网在线安全分析和预想故障安全分析需求的不同，分别选用所述区域电网模型和区域电网状态估计数据或所述包含外网的全网模型和全网状态估计数据分别作为计算用在线数据；步骤4、根据所述计算用在线数据，进行电网在线安全分析和预想故障安全分析，得到分析结果和辅助决策策略；步骤5、根据所述分析结果，通过agc、avc和负荷批量控制系统按照所述辅助决策策略对电网进行闭环控制。进一步地，所述步骤4中的电网在线安全分析包括：根据所述计算用在线数据，判断区域电网范围内的电网频率、交流线路、变压器和输电断面负荷是否超过各自的预设限值，以及区域电网范围内母线电压是否在预设允许范围内。进一步地，所述步骤4中的预想故障安全分析包括：根据所述计算用在线数据，对区域电网范围内的交流线路预想故障、变压器预想故障和特高压交直流闭锁预想故障，进行暂态稳定评估和静态安全分析，判断预想故障后区域电网是否存在功角失稳问题和/或电压失稳问题。进一步地，所述辅助决策策略包括：基于agc和负荷批量控制功能的电网频率越限、断面越限和过负荷情况下的紧急闭环控制和基于avc的电网电压越限情况下的紧急闭环控制以及基于agc和avc的电网预防性闭环控制。进一步地，所述步骤5具体包括：若分析结果表示无需对发电机出力、母线电压、输电断面负荷进行控制，则不向agc、avc和负荷批量控制系统发送策略切换控制命令，agc、avc、负荷批量控制系统仍按照原控制策略对电网进行控制；若分析结果表示需对电网进行闭环控制，则向agc、avc和负荷批量控制系统发送策略切换控制命令，将agc、avc和负荷批量控制系统的原控制策略切换为辅助决策策略，根据所述辅助决策策略使电网运行状态恢复正常后，向agc、avc、负荷批量控制系统发送所述策略切换控制命令，将所述辅助决策策略切换为原控制策略；其中，所述策略切换控制命令用于指示agc、avc和负荷批量控制系统在原控制策略与辅助决策策略之间进行切换。进一步地，所述步骤5中的基于agc和负荷批量控制功能的电网频率越限、断面越限和过负荷情况下的紧急闭环控制具体包括：若判定区域电网范围内的电网频率、交流线路、变压器和输电断面负荷越限，则执行步骤1.1和步骤1.2；在执行完所述步骤1.1和步骤1.2后，若在下一个计算周期判定不存在越限问题，则执行步骤1.3；若在下一个计算周期判定仍存在越限问题，则执行步骤1.4和步骤1.5；在执行完步骤1.4和步骤1.5后，若在下一个计算周期判定不存在越限问题，则不再下发控制目标给负荷批量控制系统；其中，所述步骤1.1至步骤1.5分别为：步骤1.1、计算区域电网范围内的发电机出力对越限设备的灵敏度，选择灵敏度大于设定阈值的发电机作为控制机组；步骤1.2、计算出所述控制机组中需要控制出力的发电机集合，将所述发电机集合和各发电机的出力限值发送给agc，由agc按照限制发电机上限和/或下限的方式进行闭环控制；步骤1.3、下发控制指令给agc解除对所述发电机集合中各发电机出力上限和/或下限的闭环控制；步骤1.4、计算负荷批量控制系统中各个负荷控制节点对越限设备的灵敏度，选择灵敏度大于设定阈值的负荷控制节点作为控制对象；步骤1.5、计算出需要控制功率的负荷节点集合，将需要控制的负荷节点集合及需要切除的负荷量发送给负荷批量控制系统，由负荷批量控制系统对负荷节点的负荷进行控制。进一步地，所述步骤5中的基于avc的电网电压越限情况下的紧急闭环控制具体包括：若判定区域电网范围内母线电压越限，则执行步骤2.1；在执行完所述步骤2.1后，若在下一个计算周期判定不存在母线电压越限问题，则执行步骤2.2；其中，所述步骤2.1和步骤2.2分别为：步骤2.1、筛选出越限的母线节点，将所述母线节点及电压控制范围发送给avc，由avc按照控制母线电压上限和/或下限的方式进行闭环控制；步骤2.2、下发控制指令给avc解除对所述母线节点的母线电压上限和/或下限的闭环控制。进一步地，所述步骤5中的基于agc、avc的电网预防性闭环控制具体包括：若判定预想故障后区域电网存在功角失稳问题，则执行步骤3.1和步骤3.2；在执行完所述步骤3.1和步骤3.2后，若在下一个计算周期判定预想故障后区域电网不存在功角失稳问题，则执行步骤3.3；其中，所述步骤3.1至步骤3.3分别为：步骤3.1、计算区域电网各发电机出力对功角失稳的灵敏度，选择灵敏度大于设定阈值的机组作为控制机组；步骤3.2、计算出所述控制机组中需要控制出力的发电机集合，将所述发电机集合及各发电机的出力上限值发送给agc，由agc按照控制发电机出力上限值的方式进行闭环控制；步骤3.3、下发指令给agc解除对所述发电机集合中各发电机出力上限值的闭环控制。进一步地，所述步骤5中的基于agc、avc的电网预防性闭环控制具体还包括：若判定预想故障后区域电网存在电压失稳问题，则执行步骤4.1和步骤4.2；在执行完所述步骤4.1和步骤4.2后，若在下一个计算周期判定预想故障后区域电网不存在电压失稳问题，则执行步骤4.3；其中，所述步骤4.1至步骤4.3分别为：步骤4.1、计算各母线节点电压对电压失稳的灵敏度，筛选出灵敏度大于设定阈值的关键母线；步骤4.2、计算出需要控制电压的母线节点，将需要控制电压的母线节点及电压控制下限发送给avc，由avc按照控制母线电压下限的方式进行闭环控制；步骤4.3、下发指令给avc解除对所述母线节点的母线电压下限的闭环控制。本发明的有益效果：本发明提供的自动协调控制的电网故障快速稳定控制方法，通过综合利用现有的电网在线安全分析系统、agc、avc和电网负荷批量控制系统，在电网特高压交直流混联接入的大环境下，当电网出现或即将出现故障情况下时，无需额外增加新的电网设备，即可实现对电网故障的在线安全预警决策闭环控制，以适应当前特高压互联电网调度控制运行需要。本发明对于促进特高压互联电网调度技术的发展，加强和提升调控机构对电网的分析评估和电网严重故障快速处置能力，保障电网安全稳定运行，实现人员素质、技术支撑、调度控制运行水平等方面的全面提高具有重要意义。附图说明图1为本发明实施例提供的自动协调控制的电网故障快速稳定控制方法的流程示意图；图2为本发明又一实施例提供的自动协调控制的电网故障快速稳定控制方法的流程示意图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明提出的自动协调控制的电网故障快速稳定控制方法，首先，进行电网在线安全分析和预想故障安全分析，发现电网实时状态和预想故障下的安全问题，提出辅助决策方案；然后，根据辅助决策方案，利用agc和负荷批量控制功能实现电网频率越限、输电断面越限以及设备过负荷情况下的紧急闭环控制，利用avc实现电网电压越限情况下的紧急闭环控制，以及利用agc和avc进行预防性闭环控制，消除功角失稳、电压失稳等预想故障下的安全问题。图1为本发明实施例提供的自动协调控制的电网故障快速稳定控制方法的流程示意图。如图1所示，该方法包括以下步骤：s101、每隔第一预设时间段获取区域电网模型和区域电网状态估计数据；s102、每隔第二预设时间段获取包含外网的全网模型和全网状态估计数据；具体地，第一设时间段一般小于第二预预设时间段，可选地，第一预设时间段设定为2分钟，第二预设时间段设定为5分钟。区域电网模型和区域电网状态估计数据是由其它相关应用软件以约定的名称、类型和格式自动生成的文件，并放置于指定的存储位置，其获取时间段由其它相关应用软件的文件生成周期决定；包含外网的全网模型和全网状态估计数据是由上级调度机构以约定的名称、类型和格式定时传送的文件，并放置于指定的存储位置，其获取时间段由上级调度机构可支持的文件传送周期时间决定。s103、根据电网在线安全分析和预想故障安全分析需求的不同，分别选用所述区域电网模型和区域电网状态估计数据或所述包含外网的全网模型和全网状态估计数据分别作为计算用在线数据；需要说明的是，如果获取包含外网的全网模型和全网状态估计数据的第二预设时间段可以达到第一预设时间段的要求时，可仅采用包含外网的全网模型和全网状态估计数据作为通用的计算用在线数据。s104、根据所述计算用在线数据，进行电网在线安全分析和预想故障安全分析，得到分析结果和辅助决策策略；s105、根据所述分析结果，通过agc、avc和负荷批量控制系统按照所述辅助决策策略对电网进行闭环控制。本发明提出的自动协调控制的电网故障快速稳定控制方法，通过综合利用现有的电网在线安全分析系统、agc、avc和电网负荷批量控制系统，在电网特高压交直流混联接入的大环境下，当电网出现或即将出现故障情况下时，无需额外增加新的电网设备，即可实现对电网故障的在线安全预警决策闭环控制，以适应当前特高压互联电网调度控制运行需要。在上述实施例的基础上，本发明提供另一实施例，结合图2，该实施例主要包括以下步骤：s201至s203：同步骤s101至步骤s103；s204、电网在线安全分析，主要涉及以下分析目标：判断区域电网范围内的电网频率、交流线路、变压器和输电断面负荷是否超过各自的预设限值，以及区域电网范围内母线电压是否在预设允许范围内；以及，预想故障安全分析，主要涉及以下分析目标：对区域电网范围内的交流线路预想故障、变压器预想故障和特高压交直流闭锁预想故障，进行暂态稳定评估和静态安全分析，判断预想故障后区域电网是否存在功角失稳问题和/或电压失稳问题。辅助决策策略主要包括：基于agc和负荷批量控制功能的电网频率越限、断面越限和过负荷情况下的紧急闭环控制和基于avc的电网电压越限情况下的紧急闭环控制以及基于agc和avc的电网预防性闭环控制。具体地，该辅助决策策略的目的在于：首先，计算得到电网中的需要进行控制的待控制对象(例如需要控制的发电机集合、母线节点和负荷节点集合等)及控制目标值(例如发电机集合中各发电机的出力限值、母线电压限值和负荷节点集合中各负荷节点的负荷量等)；然后，将该待控制对象和控制目标值发送至agc、avc和负荷批量控制系统；最后，利用agc、avc和负荷批量控制系统对电网进行闭环控制，使电网恢复正常。s205、若分析结果(例如，区域电网范围内的电网频率、交流线路、变压器和输电断面负荷，以及母线电压均均未越线或者均处于允许范围内)表示无需对发电机出力、母线电压、输电断面负荷进行控制，则不向agc、avc和负荷批量控制系统发送策略切换控制命令，agc、avc、负荷批量控制系统仍按照原控制策略对电网进行控制；若分析结果(例如，区域电网范围内的电网频率、交流线路、变压器和输电断面负荷，以及母线电压中的至少一个越线或者超出允许范围，电网运行状态不正常)表示需按照辅助决策策略对电网进行闭环控制，则向agc、avc和负荷批量控制系统发送策略切换控制命令，将agc、avc和负荷批量控制系统的原控制策略切换为辅助决策策略，根据所述辅助决策策略进行闭环控制使电网运行状态恢复正常后，自动(也可经人工确认后)向agc、avc、负荷批量控制系统发送所述策略切换控制命令，将所述辅助决策策略切换为原控制策略；其中，所述策略切换控制命令用于指示agc、avc和负荷批量控制系统在原控制策略与辅助决策策略之间进行切换。由上述内容可知，在特高压交直流混联接入的大环境下，本发明通过构建一个在线安全预警及辅助决策闭环控制技术实现框架，能够适应大电网运行控制需要，且在电网发生严重故障时可通过“一键式”操作实现电网的快速稳定控制。下面对上述各实施例中涉及到的辅助决策策略进行具体介绍。该辅助决策策略包括：基于agc和负荷批量控制功能的电网频率越限、断面越限和过负荷情况下的紧急闭环控制和基于avc的电网电压越限情况下的紧急闭环控制以及基于agc和avc的电网预防性闭环控制。其中，(1)基于agc和负荷批量控制功能的电网频率越限、断面越限和过负荷情况下的紧急闭环控制具体包括：若判定区域电网范围内的电网频率、交流线路、变压器和输电断面负荷越限，则执行步骤1.1和步骤1.2；在执行完所述步骤1.1和步骤1.2后，若在下一个计算周期判定不存在越限问题，则执行步骤1.3；若在下一个计算周期判定仍存在越限问题，则执行步骤1.4和步骤1.5；在执行完步骤1.4和步骤1.5后，若在下一个计算周期判定不存在越限问题，则不再下发控制目标给负荷批量控制系统。具体地，计算周期是指步骤s101至步骤s104所组成的执行过程。也就是说，当电网故障时，通过采用紧急闭环控制(例如步骤1.1、步骤1.2、步骤1.4和步骤1.5)，接着需要对控制结果进行验证，查验电网在下一个计算周期是否恢复正常，若恢复正常，则解除闭环控制。其中，所述步骤1.1至步骤1.5分别为：步骤1.1、计算区域电网范围内的发电机出力对越限设备的灵敏度，选择灵敏度大于设定阈值的发电机作为控制机组；步骤1.2、计算出所述控制机组中需要控制出力的发电机集合，将所述发电机集合和各发电机的出力限值发送给agc，由agc按照限制发电机上限和/或下限的方式进行闭环控制；步骤1.3、下发控制指令给agc解除对所述发电机集合中各发电机出力上限和/或下限的闭环控制；步骤1.4、计算负荷批量控制系统中各个负荷控制节点对越限设备的灵敏度，选择灵敏度大于设定阈值的负荷控制节点作为控制对象；步骤1.5、计算出需要控制功率的负荷节点集合，将需要控制的负荷节点集合及需要切除的负荷量发送给负荷批量控制系统，由负荷批量控制系统对负荷节点的负荷进行控制。(2)基于avc的电网电压越限情况下的紧急闭环控制具体包括：若判定区域电网范围内母线电压越限，则执行步骤2.1；在执行完所述步骤2.1后，若在下一个计算周期判定不存在母线电压越限问题，则执行步骤2.2；其中，所述步骤2.1和步骤2.2分别为：步骤2.1、筛选出越限的母线节点，将所述母线节点及电压控制范围发送给avc，由avc按照控制母线电压上限和/或下限的方式进行闭环控制；步骤2.2、下发控制指令给avc解除对所述母线节点的母线电压上限和/或下限的闭环控制。(3)基于agc和avc的电网预防性闭环控制，针对功角失稳问题和电压失稳问题分别采用两种不同的预防闭环控制流程。针对功角失稳问题，预防闭环控制流程具体包括：若判定预想故障后区域电网存在功角失稳问题，则执行步骤3.1和步骤3.2；在执行完所述步骤3.1和步骤3.2后，若在下一个计算周期判定预想故障后区域电网不存在功角失稳问题，则执行步骤3.3；其中，所述步骤3.1至步骤3.3分别为：步骤3.1、计算区域电网各发电机出力对功角失稳的灵敏度，选择灵敏度大于设定阈值的机组作为控制机组；步骤3.2、计算出所述控制机组中需要控制出力的发电机集合，将所述发电机集合及各发电机的出力上限值发送给agc，由agc按照控制发电机出力上限值的方式进行闭环控制；步骤3.3、下发指令给agc解除对所述发电机集合中各发电机出力上限值的闭环控制。针对电压失稳问题，预防闭环控制流程具体包括：若判定预想故障后区域电网存在电压失稳问题，则执行步骤4.1和步骤4.2；在执行完所述步骤4.1和步骤4.2后，若在下一个计算周期判定预想故障后区域电网不存在电压失稳问题，则执行步骤4.3；其中，所述步骤4.1至步骤4.3分别为：步骤4.1、计算各母线节点电压对电压失稳的灵敏度，筛选出灵敏度大于设定阈值的关键母线；步骤4.2、计算出需要控制电压的母线节点，将需要控制电压的母线节点及电压控制下限发送给avc，由avc按照控制母线电压下限的方式进行闭环控制；步骤4.3、下发指令给avc解除对所述母线节点的母线电压下限的闭环控制。为了验证本发明提供的自动协调控制的电网快速稳定控制方法的有效性，以河南电网某日负荷高峰时段的运行数据为例进行分析。通过预想故障分析发现的安全稳定问题如表1所示。采用本发明的方法进行计算，得到预防控制措施如表2所示。通过在线安全分析发现的安全稳定问题如表3所示。采用本发明的方法进行计算，得到紧急控制措施如表4所示。表1河南电网预想故障安全问题序号故障描述安全稳定问题1华中.济牡ⅱ线、华中.济牡ⅰ线双回线故障功角失稳2天中直流双极闭锁豫南电压失稳表2河南电网预想故障辅助决策措施表3河南电网实时安全问题序号安全稳定问题1马寺东送断面越限100mw2河南.桂园站/220kv.桂220kv南母电压小于210kv表4河南电网紧急控制决策措施由上述内容可知，本发明提供的自动协调控制的电网故障快速稳定控制方法，具有以下有益效果：1)能够基于电网实时运行状态，通过在线安全分析和预想故障安全分析，发现电网的安全问题。2)能够针对河南电网故障状态下的安全问题，通过协调agc、avc和负荷批量控制系统，实现对频率越限、线路断面和设备越限、电压越限等紧急状态的闭环控制，快速使电网恢复到正常运行状态。3)能够针对电网预想故障下的安全问题，通过agc、avc实现对功角失稳、电压失稳的预防控制闭环，提高电网的安全稳定水平。最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。当前第1页12