一种识别预想多重故障后的电网薄弱断面的方法和系统技术方案

本发明专利技术技术方案提供一种识别预想多重故障后的电网薄弱断面的方法和系统，其根据多重故障发生的机理，从对电网影响的角度把多重故障分为多回直流故障、多回交流故障和交直流混合故障，并提出多重故障拓扑变化对电网输电断面稳定极限的影响的量化指标暂态稳定极限影响因子、静态稳定极限影响因子和热稳定极限影响因子，通过确定多重故障后的电网输电断面的有功功率和稳定极限，计算输电断面负载率识别电网的薄弱断面。本发明专利技术所述的方法和系统能够量化评估各种类型多重故障对输电断面暂态稳定极限、静态稳定极限和热稳定极限的影响，并提出了多重故障后输电断面稳定极限和负载率的快速评估方法，能够快速识别多重故障后的电网薄弱输电断面。

A Method and System for Identifying Weak Sections of Power Grid after Predicted Multiple Faults

The technical scheme of the invention provides a method and system for identifying the weak section of power grid after anticipated multiple faults. According to the mechanism of multiple faults, the multiple faults are divided into multiple DC faults, multiple AC faults and AC-DC mixed faults from the perspective of the impact on power grid. The quantitative index of the influence of multiple fault topological changes on the stability limit of power grid transmission section is proposed. By determining the active power and stability limit of the transmission section after multiple faults, the load rate of the transmission section is calculated to identify the weak section of the power grid. The method and system of the invention can quantitatively evaluate the effects of various types of multiple faults on transient stability limit, static stability limit and thermal stability limit of transmission section, and propose a fast evaluation method for stability limit and load rate of transmission section after multiple faults, which can quickly identify weak transmission section of power grid after multiple faults.

【技术实现步骤摘要】
一种识别预想多重故障后的电网薄弱断面的方法和系统
本专利技术涉及电力系统在线安全稳定计算分析领域,并且更具体地，涉及一种识别预想多重故障后的电网薄弱断面的方法和系统。
技术介绍
现有技术中，特高压交直流互联电网规模不断扩大，大电网运行方式和动态行为日趋复杂。一方面特高压电网快速发展，已经投运和正在运行的特高压直流电网中，其中单回直流额定输送容量800万千瓦，后期将提升至1000到1200万千瓦，特高压直流故障闭锁对电网冲击巨大。另一方面输电线路密集通道和交叉跨越大幅增加，220kV及以上交叉跨越点多，单一走廊最大输电容量达2680万千瓦，在极端天气、自然灾害、保护不正确动作等情形下易发生多重故障，存在引发较大电网事故的风险，严重危害电网安全。现有的实时调度技术体系缺少针对大电网多重故障的在线分析和决策技术支撑，调度运行人员无法准确掌握电网发生多重故障的风险及安全稳定隐患，缺乏处置依据、策略和措施等相关指导，根据运行和分析经验确定输电断面薄弱环节等问题，需要研究考虑多重故障的风险分析及处置决策技术，提高应对多重故障的风险防控能力。因此，需要一种技术，能够针对大电网多重故障进行在线分析和决策，从而提高电网应对多重故障的风险防控能力。
技术实现思路
针对现有技术中缺少对大电网多重故障的在线分析和决策支持，从而在电网调度运行中，较多依赖经验确定输电断面薄弱环节的技术问题，本专利技术提供了识别预想多重故障后的电网薄弱断面的方法，所述方法包括：根据发生故障的线路是电网中的直流线路和/或交流线路，对多重故障进行分类，其中，所述多重故障包括多回直流故障、多回交流故障或者交直流混合故障；根据暂态稳定时域仿真的结果，确定输电断面中功角差大于第一设定值的机组对组成危险机组对集合，计算每个危险机组对在多重故障前后的等值阻抗的变化率，并根据所述变化率确定多重故障对输电断面的暂态稳定极限影响因子；根据输电断面首末端等效机组之间在多重故障前后的等值阻抗的变化率确定多重故障对输电断面的静态稳定极限影响因子；根据输电断面的支路开断分布因子和故障支路开断前每个支路的原始有功功率确定故障支路开断后每个正常支路的有功功率，并根据每个正常支路在故障支路开断前后的有功功率变化率确定多重故障对输电断面的热稳定极限影响因子，其中，所述输电断面中每个正常支路确定的故障支路开断后的有功功率和为电网发生交流线路故障时输电断面的交流有功功率；根据输电断面多重故障前的稳定极限以及计算确定的暂态稳定极限影响因子、静态稳定极限影响因子和热稳定极限影响因子确定多重故障后输电断面的稳定极限；根据电网直流故障后输电断面的发电机功率和负荷功率以及送受端产生的不平衡功率确定输电断面的直流有功功率；根据电网多重故障的类型，计算输电断面因直流线路故障而产生的直流有功功率和/或因交流线路故障而产生的交流有功功率的有功功率和；根据输电断面多重故障后的有功功率和与稳定极限计算输电断面多重故障后的负载率，将所述负载率大于第二设定值的输电断面作为多重故障后的电网薄弱断面。进一步地，所述根据暂态稳定时域仿真的结果，确定输电断面中功角差大于第一设定值的机组对组成危险机组对集合，计算每个危险机组对在多重故障前后的等值阻抗的变化率，并根据所述变化率确定多重故障对输电断面的暂态稳定极限影响因子包括：将电网中的送端和受端机组简化为两个同调机群；根据暂态稳定时域仿真的结果，确定输电断面中功角差大于第一设定值的机组对组成危险机组对集合，计算每个危险机组对在多重故障前后的等值阻抗的变化率；将所述变化率中的最大值作为多重故障对输电断面的暂态稳定极限影响因子其计算公式为：式中和分别是多重故障i前后机组对(u1,u2)之间的等值阻抗。进一步地，所述根据输电断面首末端等效机组之间在多重故障前后的等值阻抗的变化率确定多重故障对输电断面的静态稳定极限影响因子包括：通过多端口戴维南等值的方法将输电断面连接的两个多机系统等效为两个基本同调等效机组群，其中，从输电断面m首端，找到一个与输电断面m组成线路首端节点都相连的母线节点，视为首端等效机组，从输电断面m末端，找到一个与输电断面m组成线路末端节点都相连的母线节点，视为末端等效机组，计算输电断面m首末端等效机组之间的等值阻抗Xm；根据所述输电断面m首末端等效机组之间的等值阻抗Xm确定输电断面的静态稳定极限，其公式为：根据输电断面首末端等效机组之间在多重故障前后的等值阻抗的变化率确定多重故障对输电断面的静态稳定极限影响因子其公式为：式中，Pmi,0和分别是电网多重故障前后输电断面m的静态稳定极限。进一步地，所述根据输电断面的支路开断分布因子和故障支路开断前每个支路的原始有功功率确定故障支路开断后每个正常支路的有功功率，并根据每个正常支路在故障支路开断前后的有功功率变化率确定多重故障对输电断面的热稳定极限影响因子包括：当单支路开断后，支路开断分布因子的计算公式为：式中，Xj-k是支路j，k端口对之间的互阻抗，xj是支路j的阻抗；单支路开断后输电断面其他设备的潮流计算公式如下：Pkj＝Pj0+Dj-kPk(5)式中，Pkj是支路j在支路k开断后的有功功率，Pj0是支路j的初始有功功率，Pk是支路k的初始有功功率；双支路开断后的分布因子如下：式中Xj-k是是支路j，k端口对之间的互阻抗，xj是支路j的阻抗，其他类似；多重开断后输电断面其他设备的潮流计算公式如下：式中，Pjkl是支路j在支路k、l开断后的有功功率，Pj、Pk、Pl分别是支路j、k、l的初始有功功率；根据输电断面m中每个正常支路在故障支路开断前后的有功功率变化率确定多重故障对输电断面的热稳定极限影响因子其计算公式为：式中Pji,1是输电断面m组成支路j在多重故障i前后的有功功率。进一步地，所述根据输电断面多重故障前的稳定极限以及计算确定的暂态稳定极限影响因子、静态稳定极限影响因子和热稳定极限影响因子确定多重故障后输电断面的稳定极限，其计算公式为：式中，Plim,m0为输电断面m在多重故障i前的稳定极限，Plim,m1为输电断面m在多重故障后的稳定极限，取将暂态稳定极限影响因子、静态稳定极限影响因子和热稳定极限影响因子分别代入后，根据公式(9)计算得到的最大值。进一步地，所述根据电网直流故障后输电断面的发电机功率和负荷功率以及送受端产生的不平衡功率确定输电断面的直流有功功率包括：当电网发生直流线路故障时，采用计及频率变化的增广潮流来分析系统状态，其中发电机输出功率为：PGi＝P0Gi(1-KGifd)(10)式中，P0Gi为发电机原有功功率，KGi为用标幺值表示的发电机组单位调节功率，fd为频率偏差；负荷静态频率特性模型为：PLi＝P0Li(1+KPifd)(11)式中，P0Li为额定频率下的负荷有功功率，KPi为有功负荷的频率调节系数；直流线路后，送受端电网产生不平衡功率△PDC，机组有功、负荷有功和直流功率的变化量关系满足式(12)：∑(PLi-P0Li)＝∑(PGi-P0Gi)+△PDC(12)联立式(10)至(12)，确定电流直流线路故障后输电断面m的各个发电机和负荷的功率，并确定输电断面各个线路上的直流有功功率。进一步地，所述根据输电断面多重故障后的有功功率和与稳定极限计算输电断面多重故障后的负载率，将所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种识别预想多重故障后的电网薄弱断面的方法，其特征在于，所述方法包括：根据发生故障的线路是电网中的直流线路和/或交流线路，对多重故障进行分类，其中，所述多重故障包括多回直流故障、多回交流故障或者交直流混合故障；根据暂态稳定时域仿真的结果，确定输电断面中功角差大于第一设定值的机组对组成危险机组对集合，计算每个危险机组对在多重故障前后的等值阻抗的变化率，并根据所述变化率确定多重故障对输电断面的暂态稳定极限影响因子；根据输电断面首末端等效机组之间在多重故障前后的等值阻抗的变化率确定多重故障对输电断面的静态稳定极限影响因子；根据输电断面的支路开断分布因子和故障支路开断前每个支路的原始有功功率确定故障支路开断后每个正常支路的有功功率，并根据每个正常支路在故障支路开断前后的有功功率变化率确定多重故障对输电断面的热稳定极限影响因子，其中，所述输电断面中每个正常支路确定的故障支路开断后的有功功率和为电网发生交流线路故障时输电断面的交流有功功率；根据输电断面多重故障前的稳定极限以及计算确定的暂态稳定极限影响因子、静态稳定极限影响因子和热稳定极限影响因子确定多重故障后输电断面的稳定极限；根据电网直流故障后输电断面的发电机功率和负荷功率以及送受端产生的不平衡功率确定输电断面的直流有功功率；根据电网多重故障的类型，计算输电断面因直流线路故障而产生的直流有功功率和/或因交流线路故障而产生的交流有功功率的有功功率和；根据输电断面多重故障后的有功功率和与稳定极限计算输电断面多重故障后的负载率，将所述负载率大于第二设定值的输电断面作为多重故障后的电网薄弱断面。...

【技术特征摘要】
1.一种识别预想多重故障后的电网薄弱断面的方法，其特征在于，所述方法包括：根据发生故障的线路是电网中的直流线路和/或交流线路，对多重故障进行分类，其中，所述多重故障包括多回直流故障、多回交流故障或者交直流混合故障；根据暂态稳定时域仿真的结果，确定输电断面中功角差大于第一设定值的机组对组成危险机组对集合，计算每个危险机组对在多重故障前后的等值阻抗的变化率，并根据所述变化率确定多重故障对输电断面的暂态稳定极限影响因子；根据输电断面首末端等效机组之间在多重故障前后的等值阻抗的变化率确定多重故障对输电断面的静态稳定极限影响因子；根据输电断面的支路开断分布因子和故障支路开断前每个支路的原始有功功率确定故障支路开断后每个正常支路的有功功率，并根据每个正常支路在故障支路开断前后的有功功率变化率确定多重故障对输电断面的热稳定极限影响因子，其中，所述输电断面中每个正常支路确定的故障支路开断后的有功功率和为电网发生交流线路故障时输电断面的交流有功功率；根据输电断面多重故障前的稳定极限以及计算确定的暂态稳定极限影响因子、静态稳定极限影响因子和热稳定极限影响因子确定多重故障后输电断面的稳定极限；根据电网直流故障后输电断面的发电机功率和负荷功率以及送受端产生的不平衡功率确定输电断面的直流有功功率；根据电网多重故障的类型，计算输电断面因直流线路故障而产生的直流有功功率和/或因交流线路故障而产生的交流有功功率的有功功率和；根据输电断面多重故障后的有功功率和与稳定极限计算输电断面多重故障后的负载率，将所述负载率大于第二设定值的输电断面作为多重故障后的电网薄弱断面。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据暂态稳定时域仿真的结果，确定输电断面中功角差大于第一设定值的机组对组成危险机组对集合，计算每个危险机组对在多重故障前后的等值阻抗的变化率，并根据所述变化率确定多重故障对输电断面的暂态稳定极限影响因子包括：将电网中的送端和受端机组简化为两个同调机群；根据暂态稳定时域仿真的结果，确定输电断面中功角差大于第一设定值的机组对组成危险机组对集合，计算每个危险机组对在多重故障前后的等值阻抗的变化率；将所述变化率中的最大值作为多重故障对输电断面的暂态稳定极限影响因子其计算公式为：式中和分别是多重故障i前后机组对(u1,u2)之间的等值阻抗。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据输电断面首末端等效机组之间在多重故障前后的等值阻抗的变化率确定多重故障对输电断面的静态稳定极限影响因子包括：通过多端口戴维南等值的方法将输电断面连接的两个多机系统等效为两个基本同调等效机组群，其中，从输电断面m首端，找到一个与输电断面m组成线路首端节点都相连的母线节点，视为首端等效机组，从输电断面m末端，找到一个与输电断面m组成线路末端节点都相连的母线节点，视为末端等效机组，计算输电断面m首末端等效机组之间的等值阻抗Xm；根据所述输电断面m首末端等效机组之间的等值阻抗Xm确定输电断面的静态稳定极限，其公式为：根据输电断面首末端等效机组之间在多重故障前后的等值阻抗的变化率确定多重故障对输电断面的静态稳定极限影响因子其公式为：式中，Pmi,0和分别是电网多重故障前后输电断面m的静态稳定极限。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据输电断面的支路开断分布因子和故障支路开断前每个支路的原始有功功率确定故障支路开断后每个正常支路的有功功率，并根据每个正常支路在故障支路开断前后的有功功率变化率确定多重故障对输电断面的热稳定极限影响因子包括：当单支路开断后，支路开断分布因子的计算公式为：式中，Xj-k是支路j，k端口对之间的互阻抗，xj是支路j的阻抗；单支路开断后输电断面其他设备的潮流计算公式如下：Pkj＝Pj0+Dj-kPk(5)式中，Pkj是支路j在支路k开断后的有功功率，Pj0是支路j的初始有功功率，Pk是支路k的初始有功功率；双支路开断后的分布因子如下：式中Xj-k是是支路j，k端口对之间的互阻抗，xj是支路j的阻抗，其他类似；多重开断后输电断面其他设备的潮流计算公式如下：式中，Pjkl是支路j在支路k、l开断后的有功功率，Pj、Pk、Pl分别是支路j、k、l的初始有功功率；根据输电断面m中每个正常支路在故障支路开断前后的有功功率变化率确定多重故障对输电断面的热稳定极限影响因子其计算公式为：式中Pji,1是输电断面m组成支路j在多重故障i前后的有功功率。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据输电断面多重故障前的稳定极限以及计算确定的暂态稳定极限影响因子、静态稳定极限影响因子和热稳定极限影响因子确定多重故障后输电断面的稳定极限，其计算公式为：式中，Plim,m0为输电断面m在多重故障i前的稳定极限，Plim,m1为输电断面m在多重故障后的稳定极限，取将暂态稳定极限影响因子、静态稳定极限影响因子和热稳定极限影响因子分别代入后，根据公式(9)计算得到的最大值。6.根据权利要求1所述的方法，其特点在于，所述根据电网直流故障后输电断面的发电机功率和负荷功率以及送受端产生的不平衡功率确定输电断面的直流有功功率包括：当电网发生直流线路故障时，采用计及频率变化的增广潮流来分析系统状态，其中发电机输出功率为：PGi＝P0Gi(1-KGifd)(10)式中，P0Gi为发电机原有功功率，KGi为用标幺值表示的发电机组单位调节功率，fd为频率偏差；负荷静态频率特性模型为：PLi＝P0Li(1+KPifd)(11)式中，P0Li为额定频率下的负荷有功功率，KPi为有功负荷的频率调节系数；直流线路后，送受端电网产生不平衡功率△PDC，机组有功、负荷有功和直流功率的变化量关系满足式(12)：∑(PLi-P0Li)＝∑(PGi-P0Gi)+△PDC(12)联立式(10)至(12)，确定电流直流线路故障后输电断面m的各个发电机和负荷的功率，并确定输电断面m各个线路上的直流有功功率。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据输电断面多重故障后的有功功率和与稳定极限计算输电断面多重故障后的负载率，将所述负载率大于第二设定值的输电断面作为多重故障后的电网薄弱断面包括：根据输电断面m多重故障后的有功功率和P1m与稳定极限Plim,m1计算输电断面m在多重故障i后的负载率η，其计算公式为：比较所述输电断面m的负载率η和第二设定值的大小，当所述负载率η大于第二设定值时，所述输电断面m即为电网的薄弱断面。8.一种识别预想多重故障后的电网薄弱断面的系统，其特征在于，所述系统包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕颖，侯金秀，王轶禹，田芳，冯长有，于之虹，姚伟锋，谢昶，史东宇，鲁广明，戴红阳，康建东，解梅，高波，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，国网山东省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11