一种基于时间的初期电网连锁故障模拟仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种基于时间的初期电网连锁故障模拟仿真方法，其包括用公式表示线路过载的热效应对线路的影响,分别分析线路的参数；在对电网故障建模时，考虑连锁故障，而不是单一故障对系统的影响；提出电网故障过负荷严重度指标；考虑负荷曲线随时间的变化对系统的影响；重新计算网络的潮流，并利用计算结果形成过负荷指标来判别线路是否因时间的推移而导致第m次故障，以此来实现对电网故障期间负荷过载监视；本发明专利技术为电网规划设计人员优化电网结构，提升电网抗灾害能力提供帮助，可以更全面，更准确，更细致的描述电网故障前期演变过程，为电网规划设计和研究人员提供参考。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及一种基于时间的初期电网连锁故障模拟仿真方法，属于电力系统运行安全分析

技术介绍
：随着经济社会的发展，各行各业对电力的需求量不断增加，为解决电力供应问题，以超高压、远距离输电、大容量机组为特征的现代电力系统的建设成为必然趋势；同时，我国受特殊的地理环境影响，各种灾害性天气频发，一些自然灾害的力度和频度已超出当年电力系统设计所能承受能力，使得电力系统的运行越来越接近于极限水平，其安全问题受到严峻的考验。研究并模拟电网在可能发生的连锁故障面前的表现，通过数学手段简化在线潮流计算量，以便为电网运行人员能够及时掌握故障期间的系统运行状态，采取及时有效的措施，防止故障恶化，为大规模停电事故提供帮助；同时也为电网规划设计人员校核设备参数提供参考，为运行人员提供及时准确的预警，具有一定的现实意义。电力系统是一个实时的，动态的系统，在电网的实际运行中的夏大，夏小等运行方式的选择，也隐含着基于时间过程的思想，但是只选取的某一时间段上的典型运行方式，不能很好的反应负荷随时间连续变化的规律。因此，如何尽可能的模拟电力系统在时间轴上的状态变化，需要我们进一步的研究。现有的传统电力系统静态安全分析采用的是某一特定时间断面上的系统运行状态，这类方法对电力系统各要素在时间轴上的连续变化无法有效的监视和控制，无法满足现代社会政治经济条件下对电力系统运行可靠性的要求。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于克服上述已有技术的不足而提供一种基于时间的初期电网连锁故障模拟仿真方法，本方法综合考虑了故障初期线路的热效应和负荷曲线，可以在故障情况下为电网调度运行人员提供宝贵的预警时间；同时，在综合考虑了故障初期线路的热效应和负荷曲线前提下，对初期电网连锁故障模拟仿真，为电网规划设计人员优化电网结构，提升电网抗灾害能力提供帮助。电网故障静态安全分析的初期电网故障模拟仿真方法可以更全面，更准确，更细致的描述电网故障前期演变过程，为电网规划设计和研究人员提供参考。本专利技术的目的可以通过如下措施来达到：一种基于时间的初期电网连锁故障模拟仿真方法，其特征在于其包括如下步骤：1）取第m次故障发生，第m＋1次故障尚未发生的时段T作为研究对象，用公式表示线路过载的热效应对线路的影响,分别分析线路的参数：Ⅰ、线路的电阻：（1）其中L为线路的长度（km），为线路在20摄氏度下的单位长度电阻（），为当下的线路温度（℃），为电阻的温度系数；线路过载在时间T内所产生的热量（J）：（2）其中I为流过线路的电流（A），R为线路的电阻（），T为从第m次故障发生到第m＋1次连锁故障发生之前的时间（S）；线路积累的热量应为：（3）其中为线路所散失的热量（J）；=Cm△t（4）其中C为线路导体的比热容J/(kg·℃)，m为线路的质量(kg)，△t为温度的增量（℃）；由式（2）（3）（4）得：（5）随着时间T的增长，在升高，可知线路的电阻会变大；Ⅱ、线路的电抗：（6）其中为线路间的几何间距（mm），为线路的半径（mm），c为与线路排列方式有关的常数；可知线路的电抗值不随时间T的增长而变化；Ⅲ、线路的电导和电纳：线路的电导和电纳不随时间T的变化而变化；Ⅳ：系统负荷：潮流计算时的负荷（PQ节点）以如下形式表示：（7）其中，为日有功负荷曲线数据构成的函数，为日无功负荷曲线数据构成的随时间变化的函数；2）、电网故障过负荷严重度指标的提出：定义为连锁事件的第m次连锁故障中第i条线路上的过负荷的严重度:（8）式中：为在第m次连锁故障阶段第i条线路上的复功率；为在第m-1次连锁故障阶段第i条线路上的复功率；为在发生第m-1次连锁故障阶段的继发事件的基础上，线路k发生故障，其上的复功率分配到第i条线路上的复功率；为第i条线路所能承载的复功率极限；当系统一条或多条线路发生故障跳闸，则对该条线路的相关线路集中所有的线路计算相应的过负荷的严重度值（），并进行排序，以判断下一阶段的过负荷跳闸线路；≥1表示线路上的潮流超过其所能承载极限；而1>>0表示线路运行在功率约束条件范围内；3）、算法流程及仿真：定义了过负荷严重度指标后，当第m-1次故障发生时，以m-1次故障后的潮流分布为基础，以考虑时间过程的数学模型修改后的线路阻抗值包含电阻电抗电导电纳四个参数和传输功率P，重新计算网络的潮流，并利用计算结果形成过负荷指标来判别线路是否因时间的推移而导致第m次故障，以此来实现对电网故障期间负荷过载监视；需要对处于临近输电走廊内的所有线路进行安全性评估，分析这批线路故障后对电网的影响；算法流程及仿真过程具体步骤如下：（1）读入系统潮流计算所需网络数据；（2）选取故障线路L进行系统潮流计算；（3）根据IEEE标准节点模型提供的负荷数据以及调度EMS系统中的历史负荷曲线根据数读取线路L故障时当日负荷预测数据，并确定当日故障的时间t；（4）求t+tΔ时取线路阻抗的变化，并取负荷曲线上t+tΔ时刻的负荷值赋予PQ节点并重新计算系统潮流；（5）根据Sa（Sa=1-）值是否＜=0判断有无线路过载？（6）如果有线路过载，更新过载线路数目K-K+1，然后判断相继发生线路过载的时间tk+1-tk是否小于ε，ε=5min或者其他运行单位认为适宜的时间，若小于ε则认为发生了连锁故障，计算终止，判断系统发生连续故障；（7）如果无线路过载，将i+1，t+tΔ，返回步骤4进行计算。为了进一步实现本专利技术的目的，所述的电阻的温度系数铝取0.0036，铜取0.00382。为了进一步实现本专利技术的目的，所述的c取0.0157。本专利技术同已有技术相比可产生如下积极效果：母线故障、线路故障、断路器故障、继电保护误动和拒动以及突然的大负荷转移都是引起系统事故的主要原因。根据国内外的大停电事故后的分析报告可以看出，事故并非一瞬间形成的，在大停电事故的前期，系统一般不会表现出暂态失稳的特征，取而代之的是一系列的线路开断形成的潮流再分布现象。分析电网故障过程中的事件发生顺序和过程中潮流的变化，可知系统中有大潮流在断面间来回窜动，是造成大量线路相继跳闸以及局部系统和大网解列的罪魁祸首，而随后因频率和电压崩溃导致局部系统全停现象，是造成大停电事故的主要原因。通过以上分析可知，在电网故障的前期系统所面临的问题主要是功率的不平衡问题。本专利技术以面向时间的角度，考虑了电力系统在初始扰动发生后的时间过程，并分析了随着时间的推移，对负荷等因素在静态安全分析过程中所产生的影响。本专利技术广泛应用于电力系统故障过程的推演、仿真、分析和计算，在综合考虑了故障初期线路的热效应和负荷曲线前提下，对初期电网连锁故障模拟仿真，以便为电力系统运行人员能够及时掌握故障期间的系统运行状态，采取及时有效的措施，防止故障恶化为大规模停电事故提供帮助；同时也为电力系统规划设计人员校核设备参数提供参考。本专利技术及时有效的从时间的推移的角度，解决研究灾害条件下电网故障演变考虑因素不全面的问题，并在此基础上提出了一种初期电网连锁故障模拟仿真方法。该方法可以根据系统负荷和线路参数随时间变化的规律，在初始故障发生后，根据在时间轴上由量变引起质变的过程，模拟电网故障发生的过程。同时在计算线路潮流时考虑了时间因素，可以更科学的分析电网故障发展过程。其具有：1.用公式表示线路过载的热效应对线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于时间的初期电网连锁故障模拟仿真方法，其特征在于其包括如下步骤：1）取第m次故障发生，第m＋1次故障尚未发生的时段T作为研究对象，用公式表示线路过载的热效应对线路的影响,分别分析线路的参数：Ⅰ、线路的电阻：（1）其中L为线路的长度（km），为线路在20摄氏度下的单位长度电阻（），为当下的线路温度（℃），为电阻的温度系数；线路过载在时间T内所产生的热量（J）：（2）其中I为流过线路的电流（A），R为线路的电阻（），T为从第m次故障发生到第m＋1次连锁故障发生之前的时间（S）；线路积累的热量应为：（3）其中为线路所散失的热量（J）；= Cm△t                         （4）其中C为线路导体的比热容J/(kg·℃)，m为线路的质量(kg)，△t为温度的增量（℃）；由式（2）（3）（4）得：（5）随着时间T的增长，在升高，可知线路的电阻会变大；Ⅱ、线路的电抗：（6）其中为线路间的几何间距（mm），为线路的半径（mm），c为与线路排列方式有关的常数；可知线路的电抗值不随时间T的增长而变化；Ⅲ、线路的电导和电纳：线路的电导和电纳不随时间T的变化而变化；Ⅳ：系统负荷：潮流计算时的负荷（PQ节点）以如下形式表示：（7）其中，为日有功负荷曲线数据构成的函数，为日无功负荷曲线数据构成的随时间变化的函数；2）、电网故障过负荷严重度指标的提出：定义为连锁事件的第m次连锁故障中第i条线路上的过负荷的严重度:（8）式中：为在第m次连锁故障阶段第i条线路上的复功率；为在第m‑1次连锁故障阶段第i条线路上的复功率；为在发生第 m‑1次连锁故障阶段的继发事件的基础上，线路k发生故障，其上的复功率分配到第i条线路上的复功率；为第i条线路所能承载的复功率极限；当系统一条或多条线路发生故障跳闸，则对该条线路的相关线路集中所有的线路计算相应的过负荷的严重度值（），并进行排序，以判断下一阶段的过负荷跳闸线路；≥1表示线路上的潮流超过其所能承载极限；而1>>0表示线路运行在功率约束条件范围内；3）、算法流程及仿真：定义了过负荷严重度指标后，当第m‑1次故障发生时，以m‑1次故障后的潮流分布为基础，以考虑时间过程的数学模型修改后的线路阻抗值包含电阻电抗电导电纳四个参数和传输功率P，重新计算网络的潮流，并利用计算结果形成过负荷指标来判别线路是否因时间的推移而导致第m次故障，以此来实现对电网故障期间负荷过载监视；需要对处于临近输电走廊内的所有线路进行安全性评估，分析这批线路故障后对电网的影响；算法流程及仿真过程具体步骤如下：读入系统潮流计算所需网络数据；选取故障线路L进行系统潮流计算；根据IEEE标准节点模型提供的负荷数据以及调度EMS系统中的历史负荷曲线根据数读取线路L故障时当日负荷预测数据，并确定当日故障的时间t；求t+tΔ时取线路阻抗的变化，并取负荷曲线上t+tΔ时刻的负荷值赋予PQ节点并重新计算系统潮流；根据Sa（Sa=1‑）值是否＜=0判断有无线路过载？如果有线路过载，更新过载线路数目K‑K+1，然后判断相继发生线路过载的时间tk+1‑tk是否小于ε，ε=5min或者其他运行单位认为适宜的时间，若小于ε则认为发生了连锁故障，计算终止，判断系统发生连续故障；如果无线路过载，将i+1，t+tΔ，返回步骤4进行计算。...

【技术特征摘要】
1.一种基于时间的初期电网连锁故障模拟仿真方法，其特征在于其包括如下步骤：1）取第m次故障发生，第m＋1次故障尚未发生的时段T作为研究对象，用公式表示线路过载的热效应对线路的影响,分别分析线路的参数：Ⅰ、线路的电阻：（1）其中L为线路的长度（km），为线路在20摄氏度下的单位长度电阻（），为当下的线路温度（℃），为电阻的温度系数；线路过载在时间T内所产生的热量（J）：（2）其中I为流过线路的电流（A），R为线路的电阻（），T为从第m次故障发生到第m＋1次连锁故障发生之前的时间（S）；线路积累的热量应为：（3）其中为线路所散失的热量（J）；=Cm△t（4）其中C为线路导体的比热容J/(kg·℃)，m为线路的质量(kg)，△t为温度的增量（℃）；由式（2）（3）（4）得：（5）随着时间T的增长，在升高，可知线路的电阻会变大；Ⅱ、线路的电抗：（6）其中为线路间的几何间距（mm），为线路的半径（mm），c为与线路排列方式有关的常数；可知线路的电抗值不随时间T的增长而变化；Ⅲ、线路的电导和电纳：线路的电导和电纳不随时间T的变化而变化；Ⅳ：系统负荷：潮流计算时的负荷（PQ节点）以如下形式表示：（7）其中，为日有功负荷曲线数据构成的函数，为日无功负荷曲线数据构成的随时间变化的函数；2）、电网故障过负荷严重度指标的提出：定义为连锁事件的第m次连锁故障中第i条线路上的过负荷的严重度:（8）式中：为在第m次连锁故障阶段第i条线路上的复功率；为在第m-1次连锁故障阶段第i条线路上的复功率；为在发生第m-1次连锁故障阶段的继发事件的基础上，线路k发生故障，其上的复功率分配到第i条线路上的复功率；为第i条线路所能承载的复功率极限；当系统一条或多条线路发生故障跳闸，则对该条线路...

【专利技术属性】
技术研发人员：廉伟，杨毅，吴雷平，康凯，宋峰，张明耀，徐桢，刘杰，陈陶，刘亭亭，张婷婷，曹检德，吕卫民，田书然，刘俊旭，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司烟台供电公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：山东;37