基于潮流转移影响因子的N-k预想故障筛选方法与系统与流程

基于潮流转移影响因子的n-k预想故障筛选方法与系统
技术领域
1.本发明涉及电网故障预测技术领域，具体而言，涉及基于潮流转移影响因子的n-k预想故障筛选方法与系统。


背景技术：

2.目前，极端自然灾害种类繁多、复杂多样、破坏力强，极易诱发多重电网故障而破坏电网的网架结构，造成系统潮流重新分布，影响电网的运行状态。当遭到破坏后的薄弱网架与多种安全稳定问题交织耦合，电力系统极易遭受大面积区域性损毁、触发连锁故障而导致发生大面积停电，严重威胁电网运行的安全性和经济性。当前，电力系统鲁棒性设计与评估贯穿于整个系统的规划、运行、设计的过程中，其中预想故障集筛选是它重要一环，并对评估效率和准确度有极大的影响。根据现有n-1故障下安全运行准则，智能电网应当确保在任何单一故障条件下，电网均能处于安全稳定运行状态。随着电网鲁棒性的不断提升，电网具有较强的调控能力，即使单个元件故障，绝大多数情况下不会造成系统其它元件越限引起电网的负荷损失。因此单一元件故障对电力系统安全运行的影响并不大。然而智能电网是一个复杂系统，它由许多不同的支路组成，当k个支路同时失效时潮流重新分配而可能导致其他支路严重过载，从而引发连锁故障。此类故障称为n-k故障。
3.因此对电力系统安全要求不仅仅满足于n-1安全条件，还需降低n-k故障对系统正常运行带来的影响。目前对此有许多分析方法，其中解析法通过对n-k故障状态枚举，其筛选准确度高，但面对数千台机组、数万个节点的大电网，n-k故障组合数目很大，对每个n-k故障都进行详细的计算是不必要和不切实际的。因此，在现有技术中，继续通过状态枚举法进行n-k故障检验的计算量呈几何级数增长，容易引起“维数灾”，无法实现n-k故障快速筛选。
4.有鉴于此，特提出本技术。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是现有技术中，通过状态枚举法对电网中的多个支路进行n-k故障筛选，因电网支路过多，n-k故障检验的计算量呈几何级数增长，容易引起“维数灾”，无法实现n-k故障快速筛选，目的在于提供基于潮流转移影响因子的n-k预想故障筛选方法与系统，提高了对电网n-k故障筛选的准确性，增加了n-k故障筛选的精确度。
6.本发明通过下述技术方案实现：
7.一种基于潮流转移影响因子的n-k预想故障筛选方法，方法步骤包括：
8.获取n个线路组，每个所述线路组为电网系统中，预选的k条断开支路组合；
9.选择任意一个线路组，计算因该线路组故障而潮流越限的线路总功率值(即受影响线路总功率值)，遍历n个线路组，选取受影响线路总功率值大于阈值功率的线路组作为新的集合，获得第一预想故障线路组集合；
10.选择任意一个线路组，计算该线路组中每条支路断开后导致潮流越限的支路影响
域，并基于所述支路影响域计算该线路组之间的关联程度，遍历n个所述线路组，选取关联程度大于阈值关联程度的线路组作为新的集合，获得第二预想故障线路组集合；
11.取所述第一预想故障线路组集合与所述第二预想故障线路组集合的并集，获得预想故障线路组集。
12.传统的在对电网中的n-1故障进行筛选的时候，通常采用的是状态枚举法对n-1故障进行筛选，但是当对n-k(k》1)故障进行检测的时候，若继续采用状态枚举法进行检测，会面临电网线路多，线路复杂，导致n-k故障检验的计算量呈几何级数增长，无法实现n-k故障快速筛选；本发明提供了一种基于潮流转移影响因子的n-k预想故障筛选方法，通过对电网中的线路进行线路分组的形式，并筛选出受线路组故障而潮流越限的线路总功率值大且几条线路之间的关联程度强的线路组为n-k故障，提高了对电网n-k故障筛选的准确性，增加了n-k故障筛选的精确度。
13.优选地，所述第一预想故障线路组集合获得的具体子步骤包括：
14.选择任意一个线路组，计算该线路组与电网系统中其他支路之间的潮流转移影响因子；
15.根据潮流转移影响因子的大小，判断每个潮流转移影响因子对应支路是否会因该线路组故障而发生潮流越限；
16.将所有的会发生潮流越限线路的功率进行求和计算，获得受影响线路总功率值；遍历n个线路组，获得n个受影响线路总功率值；
17.选取受影响线路总功率值大于阈值功率的线路组作为新的集合，获得第一预想故障线路组集合。
18.优选地，根据潮流转移影响因子的大小，计算每个潮流转移影响因子对应支路是否会因该线路组故障而发生潮流越限的子步骤具体为：
19.判断潮流转移影响因子与门限值之间的大小，若潮流转移影响因子大于门限值，则对应支路会发生潮流越限；若潮流转移影响因子小于门限值，则对应支路不会发生潮流越限。
20.优选地，所述关联程度计算子步骤包括：
21.选择任意一个线路组，计算该线路组中，每条支路断开后受到其影响导致潮流越限的支路影响域；
22.取k条支路影响域的交集影响域与并集影响域；
23.计算交集影响域与上并集影响域之间的比例，获得关联程度。
24.优选地，所述k＝2。
25.优选地，所述受影响线路总功率值的具体计算表达式为：
[0026][0027]f(ij，rk)，mn
为受影响线路总功率值，n为电网支路数值，w为参数值取值为0或1，p
mn
为支路功率。
[0028]
优选地，所述潮流转移影响因子的具体表达式为：
[0029][0030]
ptif
(ij，rk)，mn
为潮流转移影响因子，(ij，rk)为两组支路名称，mn为除开线路组外的任意一条支路，p
ij
为ij的初始潮流，p
rk
为rk的初始潮流，m
mn
为线路mn的剩余容量，lodfs
(ij，rk)，mn
为线路组开断的分布因子。
[0031]
本发明还提供了一种基于潮流转移影响因子的n-k预想故障筛选系统，包括线路获取模块、第一计算模块、第二计算模块、故障线路计算模块；
[0032]
所述线路获取模块，用于获取n个线路组，每个所述线路组为电网系统中，预选的k条断开支路组合；
[0033]
所述第一计算模块，用于选择任意一个线路组，计算该线路组与其他线路之间的受影响线路总功率值，遍历n个线路组，选取受影响线路总功率值大于阈值功率的线路组作为新的集合，获得第一预想故障线路组集合；
[0034]
所述第二计算模块，用于选择任意一个线路组，计算该线路组中每条支路断开后导致潮流越限的支路影响域，并基于所述支路影响域计算该线路组之间的关联程度，遍历n个所述线路组，选取关联程度大于阈值关联程度的线路组作为新的集合，获得第二预想故障线路组集合；所述故障线路计算模块，用于取所述第一预想故障线路组集合与所述第二预想故障线路组集合的并集，获得预想故障线路组集。
[0035]
优选地，所述第一计算模块包括潮流转移影响因子计算模块、受影响线路总功率值计算模块、求和模块、遍历模块、选取模块；所述潮流转移影响因子计算模块，用于选择任意一个线路组，计算该线路组与电网系统中其他支路之间的潮流转移影响因子；
[0036]
所述受影响线路总功率计算模块，用于根据潮流转移影响因子的大小，判断每个潮流转移影响因子对应支路是否会因该线路组故障而发生潮流越限；
[0037]
所述求和模块，用于将所有的发生潮流越限线路的功率进行求和计算，获得受影响线路总功率值；
[0038]
所述遍历模块，用于遍历n个线路组，获得n个受影响线路总功率值；
[0039]
所述选取模块，用于选取受影响线路总功率值大于阈值功率的线路组作为新的集合，获得第一预想故障线路组集合。
[0040]
本发明还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的预测方法。
[0041]
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0042]
本发明提供的基于潮流转移影响因子的n-k预想故障筛选方法与系统，通过对电网中的线路进行线路分组的形式，并筛选出受线路组故障而潮流越限的线路总功率值大且几条线路之间的关联程度强的线路组为n-k故障，提高了对电网n-k故障筛选的准确性，增加了n-k故障筛选的精确度。
附图说明
[0043]
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可
以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0044]
图1为预想故障筛选方法示意图；
[0045]
图2为线路的影响域及关联程度低的“线路组”示意图；
[0046]
图3为线路的影响域及关联程度高的“线路组”示意图。
具体实施方式
[0047]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0048]
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
[0049]
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
[0050]
在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”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保护范围的限制。
[0051]
实施例一
[0052]
传统的在对电网中的n-1故障进行筛选的时候，通常采用的是状态枚举法对n-1故障进行筛选，但是当对n-k(k》1)故障进行检测的时候，若继续采用状态枚举法进行检测，会面临电网线路多，线路复杂，n-k故障检验的计算量呈几何级数增长，无法实现n-k故障快速筛选。
[0053]
本实施例公开了一种基于潮流转移影响因子的n-k预想故障筛选方法，通过对电网中的线路进行线路分组的形式，并筛选出受线路组故障而潮流越限的线路总功率值大且几条线路之间的关联程度强的线路组为n-k故障，提高了对电网n-k故障筛选的准确性，增加了n-k故障筛选的精确度；本实施例中的预想故障筛选方法如图1所示，方法步骤包括：
[0054]
s1：获取n个线路组，每个所述线路组为电网系统中，预选的k条断开支路组合；所述k＝2。
[0055]
在步骤s1中，组成的线路组中，是在电网系统中任意k条支路组成的，若干个线路组之间的支路可以重复，但是任意两个线路组中的支路没有重复的线路；k可以区任意数值，但是其数值要小于n，本实施例是以筛选断开两条支路的情况为例，对整个电网系统的故障进行筛选做例子，但是不仅限于等于2。
[0056]
s2：选择任意一个线路组，计算计算因该线路组故障而潮流越限的线路总功率值
(即受影响线路总功率值)，遍历n个线路组，选取受影响线路总功率值大于阈值功率的线路组作为新的集合，获得第一预想故障线路组集合；
[0057]
所述第一预想故障线路组集合获得的具体子步骤包括：
[0058]
选择任意一个线路组，计算在该线路组中，与电网系统中其他支路之间的潮流转移影响因子；具体计算过程为：
[0059]
首先，计算支路开断分布因子lodf，即一条线路断开后其他每一条线路各自的有功潮流变化量；基于lodf的安全校核法则是通过lodf和基态潮流计算故障后电网其余在线线路的潮流分布，以判断系统是否产生越限。在直流潮流模型中，由于lodf仅与系统的网架结构和线路参数有关，与系统当前的运行状态无关，因此可以离线求取；因而在故障校验过程中，只需要根据事前计算的lodf就可以快速求解某个故障场景下电网剩余线路的潮流分布。
[0060]
计算lodf的具体方法为：转移因子sf的定义与计算：
[0061]
转移因子sf是指当节点i流入单位有功功率，平衡节点流出单位有功功率时，线路mn的有功潮流的变化量。其计算公式为：
[0062][0063]
x表示线路mn的电抗；x
mi
和x
ni
都是矩阵x里的元素；矩阵x是节点电纳矩阵的逆矩阵。
[0064]
功率传输分布因子ptdf的定义与计算：功率传输分布因子ptdf是指节点i注入单位有功功率，节点j取出单位有功潮流时，线路mn的有功潮流的变化量。其计算公式为：
[0065][0066]
功率路开断分布因子lodf的定义与计算：支路开断分布因子lodf是指线路ij开断后线路mn的有功潮流的变化量，其计算公式为：
[0067][0068]
潮流转移影响因子ptif的定义与计算：
[0069]
计算出由任意两条支路组成的“线路组”(即：n-2故障)同时断开后引起其他每一条支路的有功潮流变化量。由于线路上的有功潮流是有方向的，当两条线路同时断开时，他们会对其他支路的有功潮流变化有一个叠加影响。
[0070]
lodfs
(ij，rk)mn
＝lodf
ij，mn
+lodf
rk，mn
[0071]
为了表征任意n-2故障对其他每一条支路潮流波动的程度，结合线路的传输容量，定义潮流转移影响因子ptif，来衡量线路ij和线路rk组成的“线路组”(ij，rk)开断后引起的线路mn的有功潮流变化程度。其计算公式为：
[0072][0073]
其中p
ij
和p
rk
为线路ij和线路rk的初始潮流，m
mn
为线路mn的剩余容量。
[0074]
根据潮流转移影响因子的大小，判断每个潮流转移影响因子对应支路是否会因该
线路组故障而发生潮流越限，将所有的会发生潮流越限线路的功率进行求和计算，获得受影响线路总功率值；遍历n个线路组，获得n个受影响线路总功率值；选取受影响线路总功率值大于阈值功率的线路组作为新的集合，获得第一预想故障线路组集合。
[0075]
在该步骤中，阈值功率指的是当该线路组对周围支路造成很大影响与没有影响之间的临界功率，而门限值是对潮流转移影响因子对周围支路评价的标准，判定ptif
(ij，rk)，mn
是否大于门限值t1(t1＝1)？若ptif
(ij，rk)，mn
大于t1，即“支路对”(ij，rk)故障时，线路mn的潮流变化量大于其本身的线路剩余容量，此时线路mn没有多余的容量承担其功率的变化量，则线路mn会发生潮流越限，进而导致连锁故障；按此规则，当“线路组”(ij，rk)故障时，逐个判断其余每一条线路是否发生潮流越限。
[0076]
对于故障后果严重程度的评定，不仅考虑会因为“线路组”(ij，rk)断开而导致潮流越限的线路数量，还考虑越限的线路本身的重要程度；如果受到影响的线路功率小，则当该线路越限时，对整个网络潮流产生的波动就会小，如果受到影响的线路功率大，则当该线路越限时，对整个网络潮流产生的波动就会大，极有可能引发后续的一系列连锁故障；因此，对于故障后果严重程度的评定，要同时考虑其影响的线路数量和受影响线路的功率。
[0077]
受该线路组故障而潮流越限的线路总功率值即所述受影响线路总功率值的具体计算表达式为：
[0078][0079]f(ij，rk)，mn
为受影响线路总功率值，n为电网支路数值，w为参数值取值为0或1，p
mn
为支路功率。
[0080]
判断潮流转移影响因子与门限值之间的大小，若潮流转移影响因子大于门限值，则对应参数值w取值为1；若潮流转移影响因子小于门限值，则对应参数值w取值为0。
[0081]
当计算获得的功率值越大，则该线路组合故障对整个网络的影响最大，因此在电网系统进行运行的时候，就需要对该线路组采取相应的预防措施。
[0082]
s3：选择任意一个线路组，计算该线路组中每条支路断开后导致潮流越限的支路影响域，并基于所述支路影响域计算该线路组之间的关联程度，遍历n个所述线路组，选取关联程度大于阈值关联程度的线路组作为新的集合，获得第二预想故障线路组集合；
[0083]
所述关联程度计算子步骤包括：选择任意一个线路组，计算该线路组中，每条支路断开后受到其影响导致潮流越限的支路影响域；取k条支路影响域的交集影响域与并集影响域；计算交集影响域与上并集影响域之间的比例，获得关联程度。
[0084]
基于潮流转移影响因子ptif，在每个线路组中，求得每一条支路断开之后的影响范围，根据不同支路的影响范围，求得任意两条支路的关联程度，筛选出关联程度强的n-2组合，为上一步骤的筛选结果做一个修正和完善。具体步骤为：
[0085]
线路影响域的定义与计算：首先，定义一条线路α断开后会受到其影响并且导致潮流越限的线路所构成的集合为线路α的影响域s
α
：s
α
＝{γ|ptif
α，γ
≥1，γ∈n}，其中，ptif
α，γ
为线路α断开之后线路γ的潮流转移影响因子，n为所有线路的集合。
[0086]
线路关联程度的定义与计算：如果同时故障的两条线路关联程度很弱，两条线路同时断开时不会对同一条线路产生较大影响，如图2所示，此时这种n-2故障的后果就可以
视为两个n-1故障的后果叠加，如果同时故障的两条线路关联程度强，如图3所示，可能由于关联紧密造成潮流大范围转移，从而触发连锁过载事故。此时，利用两个n-1故障后叠加来判断n-2故障后果，极有可能存在误差。因此，将关联程度强的两条线路视为严重n-2故障，以便进一步详细分析。
[0087]
计算两条线路的关联程度方法为：计算线路α影响域和线路β影响域交集和并集的比值大小，通过判断n-2组合中支路故障影响域彼此之间的重叠关系来获取线路之间的关联程度。
[0088][0089]
预想故障集精筛方法：计算每一种n-2故障组合的关联程度，当c
αβ
越大，则线路α和线路β关联程度较高，它们同时故障时越容易引起连锁故障的发生，此时线路α和线路β的组合应被关注以便采取相应措施预防该故障的发生。对所有n-2故障关联程度进行排序，根据网络规模确定筛选个数，根据排序结果得到严重n-2预想故障集合b，即第二预想故障线路集合。
[0090]
s4：取所述第一预想故障线路组集合与所述第二预想故障线路组集合的并集，获得预想故障线路组集。
[0091]
将第一预想故障线路组集合与第二预想故障线路组集合求并集，同时考虑到故障后果严重的n-2故障和关联程度强的n-2故障，得到准确、完善的高风险预想故障集c。c＝a∪b
[0092]
同时，基于本发明方法可生成其他n-k故障筛选方法，不仅考虑k个故障同时发生时的近似叠加影响，同时也考虑k个故障的关联程度。进而筛选出严重的n-k故障。
[0093]
本实施例公开的基于潮流转移影响因子的n-k预想故障筛选方法，可根据系统的固定参数对故障时场景潮流分布情况进行计算并快速筛选出高风险故障集合；不仅考虑了故障叠加后果的严重程度，还考虑了线路之间关联关系紧密程度带来的影响，提升高风险故障集合筛选的准确性。
[0094]
实施例二
[0095]
本实施例公开了基于潮流转移影响因子的n-k预想故障筛选系统，本实施例是为了实现如实施例一种的预测方法，包括线路获取模块、第一计算模块、第二计算模块、故障线路计算模块；
[0096]
所述线
[0097]
路获取模块，用于获取n个线路组，每个所述线路组为电网系统中，预选的k条断开支路组合；
[0098]
所述第一计算模块，用于选择任意一个线路组，计算该线路组与其他线路之间的受影响线路总功率值，遍历n个线路组，选取受影响线路总功率值大于阈值功率的线路组作为新的集合，获得第一预想故障线路组集合；
[0099]
所述第二计算模块，用于选择任意一个线路组，计算该线路组中每条支路断开后导致潮流越限的支路影响域，并基于所述支路影响域计算该线路组之间的关联程度，遍历n个所述线路组，选取关联程度大于阈值关联程度的线路组作为新的集合，获得第二预想故障线路组集合；
[0100]
所述故障线路计算模块，用于取所述第一预想故障线路组集合与所述第二预想故障线路组集合的并集，获得预想故障线路组集。
[0101]
所述第一计算模块包括潮流转移影响因子计算模块、受影响线路总功率值计算模块、求和模块、遍历模块、选取模块；
[0102]
所述潮流转移影响因子计算模块，用于选择任意一个线路组，计算在该线路组中，与电网系统中其他支路之间的潮流转移影响因子；
[0103]
所述受影响线路总功率值计算模块，用于根据潮流转移影响因子的大小，判断每个潮流转移影响因子对应支路是否会因该线路组故障而发生潮流越限；
[0104]
所述求和模块，用于将所有的发生潮流越限线路的功率进行求和计算，获得受影响线路总功率值；
[0105]
所述遍历模块，用于遍历n个线路组，获得n个受影响线路总功率值；
[0106]
所述选取模块，用于选取受影响线路总功率值大于阈值功率的线路组作为新的集合，获得第一预想故障线路组集合。
[0107]
实施例三
[0108]
本实施例公开了一种计算机存储介质，其上存储有计算程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如实施例一所述的方法。
[0109]
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。
[0110]
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发布指令实现流程图和/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发布指令到通用计算机、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发布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。
[0111]
这些计算机程序发布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发布指令产生包括发布指令装置的制造品，该发布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。
[0112]
这些计算机程序发布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发布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。
[0113]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含
在本发明的保护范围之内。