一种特高压等级交直流混合电网稳定性分析方法技术

本发明专利技术公开属于电力系统可靠性技术领域的一种基于风险评估的交直流混合特高压稳定性分析方法，该发明专利技术在合理设置系统故障和进行模拟仿真的基础上，引进风险评估指标，包括低电压风险、功角差风险、频率失稳风险等重要组成部分。在确定元件停运模型后，选择系统失效状态并计算它们的概率，进一步仿真评估所选择状态的后果，最后计算风险指标，分析电网的稳定性。与传统电网稳定性分析方法相比，本方法将事故发生的概率及其各类指标损失产生的后果相结合,将风险与效益联系起来,定量地反映了系统的安全指标，因此更适用于复杂混合电网发生连锁故障或大面积停电时的稳定性分析。

【技术实现步骤摘要】
一种特高压等级交直流混合电网稳定性分析方法
本专利技术属于电力系统可靠性
，特别涉及一种特高压等级交直流混合电网稳定性分析方法。
技术介绍
我国能源中心和负荷中心分布不均衡，建设具有远距离、大容量、低损耗输电能力的特高压输电系统，是实现能源优化配置、改善电网结构、经济社会协调发展的必然要求。但随着电网的不断发展，电压等级逐步提高，电力系统的形态更加复杂，显示出强烈的动态、非线性特征。这也导致电网的故障形式、故障传播和故障后果愈加复杂，给系统的安全稳定分析加大了难度。目前，电力系统稳定性评估主要依赖于可靠性理论。可靠性理论具有很好的数学基础，是实际工程领域中应用最早、最成熟的理论之一。可靠性评估已经渗透到电力系统的规划、设计、运行的过程中，以使电力系统的综合效益达到最佳，在电力系统安全可靠运行方面发挥了积极的作用。可靠性分析主要包括解析法和模拟法两类：1.解析法是尽可能地列举出系统的各种故障状态，并按照合适的准则逐个地进行选择，然后评估所选择状态的后果，最后计算系统的风险指标。因此该方法的物理概念十分清晰，理论上可以较好地模拟系统的各种故障状态。但电力系统非常复杂，故障状态数非常庞大，因此该方法在实际应用中会遇到计算量过大的问题，并且难以模拟多重故障的情况。因此，目前解析法只适用于模拟一些简单的规模小的系统。2.模拟法是一种随机模拟数学方法，它首先建立一个概率模拟或随机过程，通过概率抽样来模拟系统的运行状态，根据样本的统计特征计算系统风险指标。只要有足够的样本，就可以比较真实地模拟系统的各种状态，包括多重故障情况，同时避免了计算量过大的问题，因此它在一定程度上克服了解析法的缺点，比较适合于规模大的系统。但该方法本身也有一些缺陷，如收敛速度比较慢、增加样本不一定能减小误差等，从而导致计算精度与计算时间之间的矛盾，以及物理概念不清晰等。然而，随着电力系统的规模越来越大，各种电压等级以及交直流系统混合运行，各种不确定因素对电力系统的影响，这些都使得电力系统成为了世界上最大的非线性复杂系统之一，以至于传统的可靠性评估方法已不能完全满足对电力系统安全性分析的需要。传统的可靠性评估主要是针对事故发生的概率，通常都没有考虑事故引起的后果。这使得在评估一些发生的概率小，但其后果非常严重的事故时，其缺点暴露得尤为明显。风险理论兼顾了事故发生的概率及其引起的后果两个方面，使得实际分析的结果更加合理和具有指导性意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种特高压等级交直流混合电网稳定性分析方法，其特征在于，该方法是基于特高压交直流混合电网的稳定性进行风险评估，尤其是基于特高压电网故障后导致的连锁故障和大规模停电进行分析，准确评估故障后果，提高系统安全稳定分析的充裕性和科学性；具体包括如下步骤：(如图5所示)1)建立确定性的交直流混合特高压电网元件故障模型，形成元件故障集，选择合适的触发事故；2)对系统进行潮流计算和稳定性计算，达到收敛状态；3)根据仿真计算结果，计算系统风险指标；4)根据系统指标阈值，对系统故障进行处理。所述步骤1)建立确定性的交直流混合特高压电网元件故障模型，形成元件故障集，选择合适的触发事故包括：11)获取电源和负荷出力情况、发电机、变压器的型号、电网及线路连接拓扑图；12)建立元件两状态或多状态故障模型，形成元件故障集；13)根据电网N-1、N-2稳定计算结果和历史自然条件，选择电网重要功能的联络线、电压薄弱、灾害事故多发的线路作为触发事故。所述步骤2)对系统进行潮流计算和稳定性计算，达到收敛状态包括：21)采用PSD-BPA程序对交直流特高压系统进行潮流计算，得到收敛的潮流计算结果和地理接线图；22)根据选择的出发事故，填写故障卡，采用PSD-BPA程序对交直流特高压系统进行稳定计算，形成目标电压及目标频率的事故前后暂态变化曲线。23)根据自然条件，选择历史发生过灾害的区域，设置触发事故；其中发生过的灾害为地震、洪水和冰灾。所述步骤3)对根据仿真计算结果，计算系统风险指标包括：31)计算低电压风险指标；32)计算功角差风险指标；33)计算频率失稳风险指标；34)针对各单一风险指标，根据重要性程度设置权重，计算系统总风险指标。所述步骤4)对根据系统指标阈值，对系统故障进行处理包括：41)根据低电压风险阈值设定，判断系统故障后是否存在线路低电压越限，若存在，则进行切负荷操作；42)根据功角差风险阈值设定，判断系统故障后是否存在线路功角差越限，若存在，则进行切机操作；43)根据频率失稳风险阈值设定，判断系统故障后是否存在频率越限，若存在，则进行低频减载操作。所述步骤12)建立元件两状态或多状态故障模型，形成元件故障集，选择合适的触发事故，对可能性与严重性进行综合度量；其计算公式为：式中：Xt,f为系统t时刻的预测状态，一般由上一个时刻系统状态的估计结果及在两时刻间系统的状态变化情况综合求得；Ei为第i个事故，Pr(Ei)为第i个事故发生的概率；Xt,j为t时刻系统可能存在的第j种状态；Pr(Xt,j|Xt,f)为Xt,j出现的概率；Sev(Ei,Xt,j)代表严重程度，包括过载、低电压及失负荷，i＝1,2，-n；j＝1,2-m；n、m为预测状态个数。所述步骤3)对根据仿真计算结果，计算系统风险指标包括：(1)计算低电压风险指标；低电压风险反映了系统发生事故造成系统中母线电压下降的可能性和危害程度。计算公式为Pr(Ei)可由自然灾害下的机组停运情况按照停运率进行计算；在已知哪些机组故障的情况下，假定系统低压减载、继电保护正确动作，则系统的潮流情况是固定的，此时Pr(Uip|Ei,L)应该为1；为低电压严重度函数；(2)计算功角差风险指标；机组功角差反映的是系统发生事故造成机组失稳的可能性和危害程度Pr(δiq|Ei,L)，计算公式为Pr(Ei)由自然灾害下的机组停运情况按照停运率进行计算；在已知哪些机组故障的情况下，假定系统低压减载、继电保护正确动作，则系统的潮流情况应该是固定的，此时Pr(δiq|Ei,L)应该为1；(3)计算频率失稳风险指标，频率是衡量系统稳定与否的重要指标，其风险计算公式为：Pr(Ei)由自然灾害下的机组停运情况按照停运率进行计算；在已知哪些机组故障的情况下，假定系统低压减载、继电保护正确动作，则系统的潮流情况应该是固定的，此时Pr(f|Ei,L)应该为1；f为系统频率；S(f)为系统频率失稳严重度函数；(4)系统总风险连锁故障风险指标是由连锁反应各阶段的低电压风险值和机组失稳风险值累加得到的，计算公式为式中：x为连锁反应的第x个阶段，也可称为连锁故障第x级，x为0时表示初始事故阶段；K为连锁故障的级数。本专利技术的有益效果是通过合理的系统建模、设置故障集和建立一系列风险评估指标，采用PSD-BPA进行潮流计算和稳定性计算，由仿真结果对系统风险进行量化评估，并根据风险指标阈值对故障后果进行分析和处理，实现切机切负荷等操作，使系统恢复正常。该技术方案能有效对交直流混合特高压电网故障后导致的连锁故障和大规模停电进行分析，准确评估故障后果，提高系统安全稳定分析的充裕性和科学性。附图说明图1是低电压严重度函数；其中，(a)离散型严重度函数；(b)连续型严重度函数。图2是机组功角差严重度函数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种特高压等级交直流混合电网稳定性分析方法，其特征在于，该方法是基于特高压交直流混合电网的稳定性进行风险评估，尤其是基于特高压电网故障后导致的连锁故障和大规模停电进行分析，准确评估故障后果，提高系统安全稳定分析的充裕性和科学性；具体包括如下步骤：1)建立确定性的交直流混合特高压电网元件故障模型，形成元件故障集，选择合适的触发事故；2)对系统进行潮流计算和稳定性计算，达到收敛状态；3)根据仿真计算结果，计算系统风险指标；4)根据系统指标阈值，对系统故障进行处理。

【技术特征摘要】
1.一种特高压等级交直流混合电网稳定性分析方法，其特征在于，该方法是基于特高压交直流混合电网的稳定性进行风险评估，尤其是基于特高压电网故障后导致的连锁故障和大规模停电进行分析，准确评估故障后果，提高系统安全稳定分析的充裕性和科学性；具体包括如下步骤：1)建立确定性的交直流混合特高压电网元件故障模型，形成元件故障集，选择合适的触发事故；2)对系统进行潮流计算和稳定性计算，达到收敛状态；3)根据仿真计算结果，计算系统风险指标；4)根据系统指标阈值，对系统故障进行处理。2.根据权利要求1所述一种特高压等级交直流混合电网稳定性分析方法，其特征在于，所述步骤1)建立确定性的交直流混合特高压电网元件故障模型，形成元件故障集，选择合适的触发事故包括：11)获取电源和负荷出力情况、发电机、变压器的型号、电网及线路连接拓扑图；12)建立元件两状态或多状态故障模型，形成元件故障集；13)根据电网N-1、N-2稳定计算结果和历史自然条件，选择电网重要功能的联络线、电压薄弱、灾害事故多发的线路作为触发事故。3.根据权利要求1所述一种特高压等级交直流混合电网稳定性分析方法，其特征在于，所述步骤2)对系统进行潮流计算和稳定性计算，达到收敛状态包括：21)采用PSD-BPA程序对交直流特高压系统进行潮流计算，得到收敛的潮流计算结果和地理接线图；22)根据选择的出发事故，填写故障卡，采用PSD-BPA程序对交直流特高压系统进行稳定计算，形成目标电压及目标频率的事故前后暂态变化曲线。4.根据权利要求1所述一种特高压等级交直流混合电网稳定性分析方法，其特征在于，所述步骤3)对根据仿真计算结果，计算系统风险指标包括：31)计算低电压风险指标；32)计算功角差风险指标；33)计算频率失稳风险指标；34)针对各单一风险指标，根据重要性程度设置权重，计算系统总风险指标。5.根据权利要求1所述一种特高压等级交直流混合电网稳定性分析方法，其特征在于，所述步骤4)对根据系统指标阈值，对系统故障进行处理包括：41)根据低电压风险阈值设定，判断系统故障后是否存在线路低电压越限，若存在，则进行切负荷操作；42)根据功角差风险阈值设定，判断系统故障后是否存在线路功角差越限，若存在，则进行切机操作；43)根据频率失稳风险阈值设定，判断系统故障后是否存在频率越限，若存在，则进行低频减载操作。6.根据权利要求2所述一种特高压等级交直流混合电网稳定性分析方法，其特征在于，所述步骤12)建立元件两状态或多状态故障模型，形成元件故障集，选择合适的触发事故，对可能性与严重性进行综合度量；其计算公式为：式中：Xt,f为系统t时刻的预测状态，由上一个时刻系统状态的估计结果及在两时刻间系统的...

【专利技术属性】
技术研发人员：许云飞，金国锋，党伟，龙日尚，刘阳，蒙园，张建华，李颖超，赵树野，
申请(专利权)人：国网内蒙古东部电力有限公司经济技术研究院，国家电网公司，华北电力大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15