一种主网在线安全态势及运行经验的获取方法技术

大电网的在线安全态势常处于不确定状态，安全运行越来越困难。本发明专利技术“一种主网在线安全态势及运行经验的获取方法”，通过构建电网的有功路径映射弹性网模型，得到了多等级电网功‑角稳定的充要条件以及主网(一般220kV等级及以上的电网)的安全性特征；从适配性和抗噪性角度选择了等效功角指标，基于分钟级时间步长的主网电源及负荷节点相位角、线路有功功率的实测量，求得等效功角的离散值序列；经曲线拟合得到主网的在线安全态势曲线；基于摄动‑安全态势感知，得到主网的安全运行经验。本发明专利技术提出的基于单一指标的主网安全态势表征，非常便于运行经验的获取和积累，不仅具有现实意义，也为实现“智能电网”提供了一条有前景的探索途径。

A method for obtaining online security situation and operation experience of main network

The online security situation of large power grids is often in an uncertain state, and the safe operation is becoming more and more difficult. By constructing the active path mapping elastic network model of the power grid, the necessary and sufficient conditions for the stability of the power angle of the multi-level power grid and the security characteristics of the main network (generally 220 kV and above) are obtained; and the adaptability and noise resistance are selected. Equivalent power angle index, based on the minute time step of the main network power and load node phase angle, line active power measurement, get the equivalent power angle of the discrete value sequence; through curve fitting to get the main network online security situation curve; based on perturbation security situation awareness, get the safe operation experience of the main network. The security situation representation of the main network based on a single index proposed by the invention is very convenient for obtaining and accumulating operation experience. It not only has practical significance, but also provides a promising exploration way for realizing \smart grid\.

【技术实现步骤摘要】
一种主网在线安全态势及运行经验的获取方法
电力系统(电网)安全性分析。
技术介绍
电网规模的不断扩大和新特性元件的大量接入，导致建模困难及参数不确定，安全稳定分析也难以应对多点随机性变化的情况。故大电网(特别是主网)的在线安全态势常处于不确定状态，安全运行越来越困难。基于摄动(如操作、故障、电源及负荷功率波动等)与主网安全态势的之间关系感知，以获取运行经验，无论对当前运行控制还是智能电网研究，都迫切需要。但经验获取并不容易，目前的瓶颈主要集中在“安全态势感知”方面。电网安全态势包含“态”和“势”两方面内容，即电网的安全水平及其变化趋势。电网安全态势感知主要面临三个问题。首要问题是“态势的描述”。电网整体安全性的描述一直是个难题，由于电网元件和状态量众多，为满足全面性要求，导致指标众多且框架体系复杂，难以得到简明的指标；通过归一化加权得到的单一性指标，权系数选取缺乏理论依据。第二个主要问题是“哪种安全性的态势”。在线运行时，随机扰动无法预知，暂、动态稳定校验(定性判断)容易失效；静态安全性表征的是保持状态量耦合关系平衡的能力，即保持稳定的能力，长期运行经验表明，静态安全性好的电网抗扰动能力强；对主网而言，由于无功补偿容量充足且分散控制，故在线安全态势的主要考核对象应该是静态功-角安全性。第三个问题是数据源的利用方法。近年来，基于PMU(PhasorMeasurementUnit)实测数据的信息挖掘成为电网安全性研究的热点，但目前大数据分析的主要问题是难以得到电网的恒常规律，而且PMU的测量值存在系统误差与随机误差，影响到安全性分析的可信度。利用单一量化指标表征主网的在线安全态势，并基于摄动-态势感知以获取运行经验，是一个好的思路，应用前景广阔，但可行性值得深入研究。电网状态量之间的耦合关系复杂，为直观表征，前期研究中，专利技术专利(授权号：ZL2011101720542、ZL2013104713501)基于拓扑及功-角关系映射，提出了电网的映射弹性(力学)网模型构建方法，进而提出了电网功角安全性的定量分析指标——映射弹性势能。但是，该模型是支路混联网络，无法直观表征多电压等级互联电网的功角稳定性特征；映射弹性势能表征的是负荷与映射弹性网形变的积分效果，针对连续运行的、总负荷不断变化的电网，该指标不适合用于在线电网的安全性分析。另外，电网是分级运行和管理的，主网只是多电压等级互联电网中的局部电网(一般220kV等级及以上)。实际上，有功功率从电源至实际低压用户负荷，一般需穿过500kV、220kV、110kV、10kV等多个电压等级互联电网，分级电网中的有功路径仅仅是完整有功路径中的一段，其功-角稳定并不意味着全电网功-角稳定。故针对主网安全性的量化分析，还需完善基础理论，找到合理的分析方法和理论依据。所以，应首先研究多等级电网功-角安全性的新的描述方法，以得到主网安全性的特征；通过对量化指标的适配性、抗噪性分析，选择并研究合适的安全态势指标；进而研究基于摄动-安全态势感知的经验获取方法。
技术实现思路
本专利技术“一种主网在线安全态势及运行经验的获取方法”，通过构建电网的有功路径映射弹性网模型，得到了多等级电网功-角稳定的充要条件以及主网的安全性特征；从适配性和抗噪性角度选择了等效功角指标，基于分钟级时间步长的主网电源及负荷节点相位角、线路有功功率的实测量，求得等效功角的离散值序列；经曲线拟合得到主网的在线安全态势曲线；基于摄动-安全态势感知，得到主网的安全运行经验。本专利技术提出的基于单一指标的主网安全态势表征，非常便于运行经验的获取和积累，不仅具有现实意义，也为实现“智能电网”提供了一条有前景的探索途径。附图说明图1基于有功路径的映射弹性网模型，(a)电网，(b)映射弹性网，(c)等效弹性支路，(d)基于有功路经的映射弹性网图2基于摄动-安全态势感知的运行经验获取方法流程图图3有功日负荷曲线图4机组1故障后的等效功角曲线图516-21线路断开后的等效功角曲线图6不同运行方式下的等效功角曲线图7IEEE9映射弹性网图8不同路径的长度变化对等效功角的影响，(a)不同路径的长度变化，(b)等效功角的变化图9含随机误差的等效功角曲线图10含系统误差的等效功角曲线具体实施方式1.基于有功路径描述的主网安全性特征当前，对主网的静态功-角安全性存在着不同的看法。由于国内主网线路密集，线路功角(首、末端的相位差)一般最大只有二十多度，远小于静态稳定极限角。故一种看法认为，主网的功-角安全性不用担心，线路的有功限额采用热稳定校核即可。但实际上，主网一般只是1～2个等级的高压(220kV及以上)电网，而有功从电源至实际低压负荷需穿过4～6个电压等级的电网，故完整有功路径的功角经叠加后较大，稳定裕度并不大。由于主网常采用环网结构，导致其分级路径的功角变大，更是占用了有功路径的功角裕度。实际运行经验表明，低频振荡往往发生在功角大的有功路径上。大电网计算时的“潮流病态”，往往也是因为有功路径功角过大导致的强非线性。所以，主网功角安全性问题值得慎重对待，需继续深入研究。前期研究中，专利技术专利(授权号：ZL2011101720542)对图1(a)进行弹性网映射，得到如图1(b)所示的的映射弹性网模型。由于所有弹性支路受力方向的一致性，故专利技术专利(ZL2013104713501)将映射弹性网等效为一条弹性支路，如图1(c)所示，PbotΣ、θeq、Keq分别为总有功负荷、电网的等效功角和等效弹性系数。但是，图1(b)所示的映射弹性网是支路混联网络，无法直观表征多电压等级互联电网的功角稳定性特征。为从路径功-角安全性角度分析电网，需建立新的电网状态拓扑映射模型。由于负荷的有功都来自电源，故分别从每个实际低压负荷节点出发，逆着线路有功方向纵深遍历搜索，直至每个关联的电源节点，基于搜索得到的有功路径和节点相位角，得到基于源-网-荷有功路径的映射弹性网模型，如图1(d)所示。图1(d)中，PPi-j、kPi-j分别为各路径的有功负荷、映射弹性系数；路径长度θPi-j为上、下边界节点的相位角差。基于图1(d)模型分析，可以发现，多电压等级互联电网静态功-角稳定的充要条件是：每条有功路径都满足静态功-角稳定。基于路径的多级电网功-角稳定充要条件，不便直接适用于分级电网的功角安全性评价。但可得到启发：若每个等级电网都满足两个特征，即其所有分级路径的长度较为均衡且整体较短，则多等级电网互联时，所有的路径都可满足静态功-角稳定要求。故分级电网的这两个特征，是多等级互联电网的功-角稳定的充分条件。考虑到电网安全条件的保守性和普适性要求，分级电网须满足这两个特征。所以，主网功-角安全性的量化评价指标应能体现和描述这两个特征。实质上，主网有功路径长度的均衡性表征的就是主网的源-网-荷协调性；整体长度越小，则意味着主网的有功承载裕度越大。2.主网在线安全态势的指标选择及表征方法若采用图1(b)所示的映射弹性网模型，基于能量叠加原理，主网的映射弹性势能ELΣ如下考虑到主网线路的功角一般不大，经功-角关系线性映射后，近似有其中，PLm、θLm是交流支路Lm的有功、相位角差；Ptopi、θtopi为电源节点的注入有功和相位角，Pbotj、θbotj为负荷节点的有功负本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种主网在线安全态势及运行经验的获取方法，该方法特征在于，包括如下步骤：1)取分钟级的时间步长(例如6分钟)，在每个步长终点时刻，基于PMU和线路功率在线测量，得到在线主网的电源及负荷节点的相位角和注入有功功率值，以及总有功负荷值；2)根据公式

【技术特征摘要】
1.一种主网在线安全态势及运行经验的获取方法，该方法特征在于，包括如下步骤：1)取分钟级的时间步长(例如6分钟)，在每个步长终点时刻，基于PMU和线路功率在线测量，得到在线主网的电源及负荷节点的相位角和注入有功功率值，以及总有功负荷值；2)根据公式求得等效功角的时间步长观测值序列θeqG＝{θeqG1,θeqG2,…,θeqGw}，Ptopi、θtopi为主网中电源节点的注入有功和相位角，Pbotj...

【专利技术属性】
技术研发人员：竺炜，
申请(专利权)人：竺炜，
类型：发明
国别省市：湖南,43