一种用于电力系统的主动稳定控制方法与流程

1.本发明涉及电力系统安全稳定分析领域，特别涉及一种用于电力系统的主动稳定控制方法。


背景技术：

2.电力系统的频率、功角和电压三种稳定模式中，前者具有易于判别的频率表征，而后两者则具有不易区分的功角和电压强相似性表征，且两种模式容易发生相互转变。在电力系统发生功角失稳或电压失稳情况下，由于针对不同失稳情况的控制措施不同，因此判别主导稳定模式是实施有效控制的前提和基础。在准确判别电力系统主导稳定模式、感知稳定态势的基础上，则需要采取及时、有效的能使电力系统恢复功角、电压稳定的控制措施。
3.根据信息的来源，判别主导稳定模式和实施控制的方法主要分为基于离线数据建立预案(预案式)和基于广域响应信息实时判断(响应式)两种。随着新能源电源固有的功率波动性导致电力系统运行方式随机性增强，交直流、多直流以及直流与新能源之间动态行为深度耦合导致电力系统稳定特性复杂程度加剧，传统预案式的稳定控制难以适应电力系统的这种新变化，响应式的稳定控制已经成为技术发展方向。
4.在准确判别主导稳定模式的前提下，可以实施采取多种措施的多级主动控制策略，也即降低失稳风险的切机、切负荷控制和限制失稳影响范围的线路主动解列控制。通过多重控制措施的保障，能够提高电力系统发生功角或电压失稳情况下所提控制方法实施的有效性和容错率。
5.但在主导模式的判别方面，目前响应式的主导模式判别方法主要有基于人工智能算法、基于发电机受扰信息这两类。基于人工智能算法的方法高度依赖样本与实际电力系统的相关程度，电力系统结构或运行方式显著变化时存在失效的问题；基于发电机受扰信息的方法所需信息量较大且需要进行机群同调聚合等处理，尚难以应用到实际工程中。
6.稳定控制方面，响应式的稳定控制对快速性要求较高，因此难以对控制量和控制对象进行动态优化，存在采取单一控制措施无法使电力系统恢复功角、电压稳定的失效情形。


技术实现要素：

7.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种用于电力系统的主动稳定控制方法，能够适应实际电力系统中不同失稳模式及主导稳定模式变化等复杂情况，准确判断主导稳定模式，并适时、适量实施稳定控制。
8.本发明还提出一种具有上述主动稳定控制方法的装置。
9.根据本发明的第一方面实施例的用于电力系统的主动稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.设置恶化门槛值和类型判定阈值；
11.测量每条支路两端节点的电压幅值和电压相位，并计算每条支路的支路暂态输电能力指数；
12.依据所述每条支路的支路暂态输电能力指数，从多条支路中确定关键支路；
13.计算所述关键支路的幅相相关性系数比；
14.基于所述关键支路的支路暂态输电能力指数与所述恶化门槛值的比较结果，确定电力系统稳定性的恶化程度；
15.依据所述关键支路的幅相相关性系数比和类型判定阈值，确定电力系统的失稳情况；
16.依据所述电力系统稳定性的恶化程度和所述失稳情况，对电力系统进行对应的稳定控制；
17.根据本发明实施例的用于电力系统的主动稳定控制方法，至少具有如下有益效果：该方法利用支路的简化支路暂态输电能力指数判断出发生故障的关键支路，并能够依据关键支路中各种数值的大小判断出故障的种类以及故障的严重程度，然后依据故障种类和故障的严重程度进行对应的补救措施，从而保证电力系统的稳定运行。
18.根据本发明的一些实施例，所述恶化门槛值包括第一恶化门槛值，第二恶化门槛值。
19.根据本发明的一些实施例，所述将所述关键支路的简化支路暂态输电能力指数与所述显著恶化门槛值的大小进行对比，确定系统稳定性的恶化程度的步骤，还包括：
20.依据所述关键支路的简化支路暂态输电能力指数与所述第一恶化门槛值和第二恶化门槛值，确定系统稳定性的恶化程度属于第一恶化程度还是第二恶化程度。
21.根据本发明的一些实施例，当电力系统处于所述第一恶化程度时，需要采取的措施包括切机、切负荷、直流功率紧急回降或提升；当电力系统处于所述第二恶化程度时，需要采取失步解列的措施。
22.根据本发明的一些实施例，所述依据所述每条支路的简化支路暂态输电能力指数，确定关键支路的步骤中，是挑选简化支路暂态输电能力指数最小的支路作为关键支路。
23.根据本发明的一些实施例，所述量测每条支路两端节点的电压幅值和电压相位，并计算该支路的简化支路暂态输电能力指数的步骤中，计算支路i的简化支路暂态输电能力指数的公式为：
[0024][0025]
其中，ψ
ui
为电压因子，ψ
θi
为相位因子。
[0026]
根据本发明的一些实施例，所述计算所述关键支路的幅相相关性系数比的步骤，是通过计算简化支路暂态输电能力指数与电压因子和相位因子的协方差得到的，具体公式为：
[0027]
cc
sbttc
‑
ui
＝cov(sbttc
i
,ψ
ui
)
[0028]
＝e[(sbttc
i
‑
e(sbttc
i
))(ψ
ui
‑
e(ψ
ui
))]
[0029]
cc
sbttc
‑
θi
＝cov(sbttc
i
,ψ
θi
)
[0030]
＝e[(sbttc
i
‑
e(sbttc
i
))(ψ
θi
‑
e(ψ
θi
))]
[0031][0032]
其中，e(sbttc
i
)是sbttc
i
的数学期望，其计算公式如下：
[0033][0034]
根据本发明的一些实施例，所述设置显著恶化门槛值和类型判定阈值的步骤中，还包括，设置启动时间延迟参数。
[0035]
根据本发明的一些实施例，所述设置显著恶化门槛值和类型判定阈值的步骤后，还包括，等待至所述启动时间延迟参数之后。
[0036]
根据本发明的第二方面实施例的电力系统主动稳定控制系统，其特征在于，包括：
[0037]
参数设置模块，能够恶化门槛值和类型判定阈值；
[0038]
简化支路暂态输电能力指数计算模块，能够测量每条支路两端节点的电压幅值和电压相位，并计算每条支路的简化支路暂态输电能力指数；
[0039]
关键支路确定模块，能够依据所述每条支路的简化支路暂态输电能力指数，从多条支路中确定关键支路；
[0040]
幅相相关性计算模块，能够计算所述关键支路的幅相相关性系数比；
[0041]
恶化程度判断模块，能够基于所述关键支路的简化支路暂态输电能力指数与所述显著恶化门槛值的的比较结果，确定电力系统稳定性的恶化程度；
[0042]
失稳情况判断模块，能够依据所述关键支路的幅相相关性系数比和类型判定阈值，确定电力系统的失稳情况；
[0043]
稳定控制模块，能够依据所述电力系统稳定性的恶化程度和所述失稳情况，对系统进行稳定控制。
[0044]
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0045]
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0046]
图1为本发明实施例的用于电力系统的主动稳定控制方法的步骤示意图。
[0047]
其中以较优实施方式描写的改进方法，没有体现在图中。
具体实施方式
[0048]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0049]
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0050]
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0051]
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
[0052]
电力系统在运行过程中，可能会发生失稳的情况，且随着新能源电源的占比增加，使得电力系统的复杂程度加具，传统的预案式稳定控制难以满足现有的需求。所以，提供了一种能够准确判别电力系统失稳的具体情况，做出对应稳定控制的方法。
[0053]
实施例一、
[0054]
参照图1，本技术的实施例提供了一种用于电力系统的主动稳定控制方法，包括以下步骤：
[0055]
步骤s100、设置恶化门槛值和类型判断阈值。
[0056]
其中，恶化门槛值是一个用于判断电力系统是否出现运行失稳的依据，且具体的数据由电力系统平时运行的状态决定的。类型判断阈值是用于在出现失稳情况后，判断失稳的具体因素的一个值。
[0057]
优选的，恶化门槛值包括第一恶化门槛值ε
lth
和第二恶化门槛值ε
asth
，用于区分系统的恶化等级。
[0058]
根据本技术一些较优的实施例，在步骤s100中，还需要设置初始延时时间t
fs
，然后等待至初始延时时间t
fs
之后，再继续下面的步骤，这样可以避免初始阶段电气量波动的影响，造成的判断失准。
[0059]
步骤s200、测量每条支路两端节点的电压幅值和电压相位，并计算每条之路的暂态输电能力指数(simplified branch transient transmission capability sbttc)。
[0060]
针对支路i，测量其两端的电压幅值u
mi
和电压相位u
ni
和电压相位δθ
i
。其中，i＝1、2
…
n，n为系统内支路的总数。
[0061]
δθ
i
＝|δθ
mi
‑
δθ
ni
|，表示支路i两端节点的电压相位差。下标m、n表示一条线路上取的两个量测点的位置，通常取线路的两端作为量测点。u
mi
是支路i上节点m的电压幅值，u
ni
是支路i上节点n的电压幅值，δθ
mi
是支路i上节点m的电压相位，δθ
ni
是支路i上节点n的电压相位。
[0062]
sbttc指数的计算公式如下：
[0063][0064]
其中，ψ
ui
＝u
mi
u
ni
为电压因子，ψ
θi
为相位因子。
[0065]
步骤s300、根据每条支路的支路暂态输电能力指数，从多条支路中确定关键支路。
[0066]
由式(1)可以看出，sbttc指数与ψ
ui
、ψ
θi
之间具有正相关性，即sbttc指数随着ψ
ui
减小而减小，随着ψ
θi
减小而减小。sbttc指数因此可以量化表征功角稳定性和电压稳定性的恶化趋势，并将所有支路中具有最小sbttc指数值的支路定义为关键支路，其支路编号记为k。关键支路的判定公式如下：
[0067][0068]
步骤s400、计算所述关键支路的幅相相关性系数比。
[0069]
在确定关键支路k之后，为了定量评价关键支路k的sbttc指数与其电压因子、相位因子之间的相关程度，还需要通过计算协方差的方法，计算关键支路k的幅相相关性系数比。
[0070]
cc
sbttc
‑
ui
＝cov(sbttc
i
,ψ
ui
)
[0071]
＝e[(sbttc
i
‑
e(sbttc
i
))(ψ
ui
‑
e(ψ
ui
))]
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0072]
cc
sbttc
‑
θi
＝cov(sbttc
i
,ψ
θi
)
[0073]
＝e[(sbttc
i
‑
e(sbttc
i
))(ψ
θi
‑
e(ψ
θi
))]
ꢀꢀꢀ
(4)
[0074]
定义sbttc的幅相相关性系数比ccr
uθi
如下：
[0075][0076]
其中，cc
sbttc
‑
ui
是支路i上电压因子与sbttc的协方差，cc
sbttc
‑
θi
是支路i上相位因子与sbttc的协方差，e(sbttc
i
)是sbttc
i
的数学期望，e(sbttc
i
)的计算公式如下：
[0077][0078]
步骤s500、判断电力系统的恶化程度。
[0079]
功角稳定和电压稳定两种不同模式，随着稳定性恶化，关键支路的sbttc指数均具有单调下降特征，也就是说，可以通过判断sbttc指数的方式，确定系统的恶化程度。
[0080]
当sbttc
i
＜ε
lth
，时，可以认定系统属于第一恶化程度。
[0081]
当sbttc
i
＜ε
asth
，时，可以认定系统属于第二恶化程度。
[0082]
通常来说，为了区分出恶化程度的不同，在步骤s100设置参数的时候，需要使ε
asth
＜ε
lth
。由于随着稳定性恶化，关键支路的sbttc指数均具有单调下降特征，第二恶化程度下的电力系统，失稳情况更加剧烈。
[0083]
优选的，因为在第二恶化程度下需要采取的措施比较激烈，需要确保电力系统的运行已经需要比较极端的手段，在判断系统属于第二恶化程度的时候，将条件改为：
[0084]
满足sbttc
i
＜ε
asth
的同时，还需要确定关键支路k的sbttc指数的幅相系数比ccr
uθi
处于持续增大的趋势。写成公式可以表达为：
[0085][0086]
步骤s600、关键支路的幅相相关性系数比和类型判定阈值，确定电力系统的失稳情况。
[0087]
对电力系统采取紧急控制时，需要根据失稳的原因进行不同的操作。判断的公式如下：
[0088]
ccr
uθi
＞ε
ccrth
ꢀꢀꢀ
(8)
[0089]
关键支路k的sbttc指数，在功角稳定模式中与电压因子、相位因子均强相关，在电压稳定模式中则仅与电压因子强相关。因此，对于功角稳定模式中，，cc
sbttc
‑
ui
和cc
sbttc
‑
θi
大
小相等；对于电压稳定模式中，cc
sbttc
‑
ui
则远大于cc
sbttc
‑
θi
。因此，满足式(8)即判定电力系统为功角失稳，不满足式(8)即判定电力系统为电压失稳。
[0090]
步骤s700、依据电力系统稳定性的恶化程度和所述失稳情况，对电力系统进行对应的稳定控制。
[0091]
当在步骤s500中确定的恶化程度为第一恶化程度的时候，还需要依据步骤s600中确定的失稳情况，综合确定需要进行何种操作。
[0092]
如果失稳情况为功角失稳的状态，则先判断电网中直流功率是否可以紧急提升，如果可以则提升直流功率，如果不能，则采取切机控制。
[0093]
如果失稳情况为电压失稳的状态，则先判断电网中直流功率是否可以紧急回降，如果可以则回将直流功率，如果不能，则采取切负荷控制。
[0094]
其中，本技术中提到的切机控制和切负荷控制，均为现有技术，此处不对其原理和具体操作进行描述。
[0095]
如果在步骤s500中确定的恶化程度为第二恶化程度的时候，则对电力系统进行失步解列，也即断开部分线路，选取能够构成一个割集的线路集合进行解列。
[0096]
失步解列为现有技术，此处不对具体操作方式和原理进行进一步的描述。
[0097]
本技术技术领域的技术人员可以理解到的是，本技术中描述的步骤，通常用计算机来进行实现。而在计算机进行实现的时候，只有具有前后因果关系的步骤是不可以改变顺序的，而本方法中其他的步骤是可以改变计算顺序，或者同时进行来实现的，所以在不改变计算原理的情况下，也是不超出本技术的宗旨的。
[0098]
实施例二、
[0099]
根据本发明第二方面的实施例，还提供了一种系统，该系统包括：
[0100]
参数设置模块，能够设置恶化门槛值和类型判定阈值；
[0101]
简化支路暂态输电能力指数计算模块，能够测量每条支路两端节点的电压幅值和电压相位，并计算每条支路的简化支路暂态输电能力指数；
[0102]
关键支路确定模块，能够依据所述每条支路的简化支路暂态输电能力指数，从多条支路中确定关键支路；
[0103]
幅相相关性计算模块，能够计算所述关键支路的幅相相关性系数比；
[0104]
恶化程度判断模块，能够基于所述关键支路的简化支路暂态输电能力指数与所述显著恶化门槛值的的比较结果，确定电力系统稳定性的恶化程度；
[0105]
失稳情况判断模块，能够依据所述关键支路的幅相相关性系数比和类型判定阈值，确定电力系统的失稳情况；
[0106]
稳定控制模块，能够依据所述电力系统稳定性的恶化程度和所述失稳情况，对系统进行稳定控制。
[0107]
此系统能够以代码的形式模拟实施例一中描述的用于电力系统的主动稳定控制方法，从而根据判断电力系统中关键支路与关键支路的sbttc指数来确定系统的失稳情况，并依据不同的失稳情况进行对应的稳定控制措施。
[0108]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机
可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0109]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0110]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0111]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0112]
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。