灾变事故下避免电力系统崩溃的解列方法技术方案

灾变事故下避免电力系统崩溃的解列决策方法属于电力网安全技术领域，其特征在于：它是一种借助ＯＢＤＤ有序二元决策技术，通过计算机多阶段且快速有效地在线搜索大型电力网满足“发电机同步”、“电力平衡”、“传输线安全”三个必要条件的主动解列决策的方法。它由原始电力网预处理及参数初试化，由基于ＯＢＤＤ的算法缩小搜索空间至满足“发电机同步”和“电力平衡”的解列策略集及由快速潮流计算检验“传输线安全”约束并给出候选的合理解列策略共三阶段组成。在时间划分上，计算机将工作按长、短周期离线层和在线层进行分阶段处理。它具有非常适用于大型电力网、进行全策略空间搜索、大大减少ＯＢＤＤ规模及分阶段地在线、离线工作的优点。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

属于电力网安全
在大型电力系统中，严重的局部故障可以导致电力系统的不稳定现象，如发电机组的不同步(失步)、电力供需不平衡、电力频率和电压等指标偏离额定范围等。这些现象的发展可能造成事故的扩大乃至全电力网的崩溃，即大范围的供电中断，造成严重的经济损失。在这种情况下，需要及时采取有效的紧急控制措施以避免电力系统的崩溃瓦解。解列是一种有效地避免电力系统异步运行甚至崩溃的控制措施，其基本的思想是通过主动地切断一些合理选择的输电线将整个电力网分解为若干个互相之间异步的电力孤岛，使全系统工作在一个“准正常”的状态，即各孤岛内部发电机组同步运行，电力供需平衡，满足其他必要的安全约束条件(相对于事故前正常运行的电力系统，某些约束条件和指标可相应放宽)。这样，在其他紧急控制措施的配合下，各孤岛内的子电力系统仍能保持供电，从而避免电力系统崩溃而造成的巨大的经济损失。而在系统故障排除之后，通过恢复控制手段重新同步各个电力孤岛，恢复电网的完整性和全系统正常运行。因此，在某种意义上说，解列控制是在灾变事故发生的情况下保障电力系统安全运行的最后防线。本专利技术针对有可能造成电力网异步甚至崩溃的事故，针对大规模电力网，首次基于有序二元决策技术提出了在线搜索合理的解列策略的新方法，为灾变事故下避免电力系统的崩溃提供了一种快速有效的决策方法。可以看出，现今为止对灾变事故下紧急控制的研究，主要集中在采取事先避免措施、预测引起解列必要性的事故、对分解后孤岛系统的稳定化措施等，而直接对解列策略的快速有效搜索的研究几乎是处于空白的状况。这种现状是首先是由于，大型电力网的解列策略的搜索问题是一个非常复杂的问题，我们在理论上已经证明这是一个NP难题，随着电网规模的增大，备选策略空间将发生指数性爆炸。如对IEEE标准的118个节点186条线路的电力网，其备选策略数可达到2186≈9.8×1055(近似等于1048亿个策略)。其次，合理有效的解列策略必须在很短的时间内(几秒钟甚至1秒钟之内)给出，否则将无法有效地挽救电力系统的崩溃以避免其被动瓦解的发生。而对于如此巨大的策略搜索空间，现今电力工程界所流行的搜索方法都不可能实现快速有效的搜索，更不可能在几秒甚至1秒钟之内在线给出解列策略。目前，由于技术水平的局限，以及通过对实际电网拓扑结构的简化处理，所以，在实际电力系统安全性控制中，通常是离线地在电网的某些关键线路中(例如在各地区电网的交界处)选择若干解列点，而在需要紧急解列的情况下通过简单的判断，直接切断该地方的输电线，以达到解列电网的目的。这种做法把十分复杂的问题在处理上过于简单化，因此几乎不总是有效的。有鉴于此，尽管多年来对电力系统在灾变事故下的解列问题已经做了上述多方面若干研究，但是仍然不能避免电力系统崩溃事故的不断发生。正是在这样的背景下，本专利技术基于主动解列的理念，采用新的搜索方法，直接面对大规模电力网的复杂解列问题，快速实时地提供有效的解列策略，为大电力系统在严重灾变事故下避免崩溃提供了一种可能的有效方法。
技术实现思路
本专利技术的特征在于提供了一种。本专利技术基于主动解列的理念，针对灾变事故发生下的大电力系统，引进有序二元决策技术的搜索方法，采用多阶段搜索的途径，在几秒甚至1秒钟之内在线地给出合理有效的解列策略。基于这种思路，本专利技术吸纳现有成熟的相关理论及研究成果，做到在线搜索大型电力网的满足如下三个必要条件的解列策略1)发电机同步约束(SSC)解列后孤岛内的电力子系统内部，发电机组必须做到同步运行；2)电力平衡约束(PBC)解列后孤岛内，必须做到“发电与用电基本平衡”，也就是子系统频率在允许范围内接近额定频率；3)传输线安全约束(RLC)解列后孤岛内，各传输线路及其它电力设备的负荷必须在其稳态安全约束范围内。本专利技术所给出的解列策略搜索方法，采用多阶段的搜索途径，分阶段地缩小候选策略空间，直至搜索出满足3个必要条件的解列策略。其搜索流程以及策略空间的缩小过程如附图说明图1所示。本专利技术的特征在于1.它是一种借助有序二元决策(OBDD)技术，通过计算机多阶段且快速、有效地在线搜索大型电力网满足以下三个必要条件的主动解列决策的方法(1)发电机同步约束(SSC)解列后孤岛内的电力子系统内部，发电机组必须同步运行； (2)电力平衡约束(PBC)解列后，孤岛内必须使“发电与用电基本平衡”，且子系统频率在允许范围内接近额定频率；(3)传输线安全约束(RLC)解列后，孤岛内各传输线路及其他电力设备的负荷必须在其稳态安全约束范围内；它依次会有以下各个步骤(1)，在离线状态下，对解列后各孤岛电力系统的电力平衡度、电力设备及传输线路的稳态安全约束给出相应的指标频率偏差Δf；孤岛电力系统的等效调差系数σ；所有传输线的稳态安全约束值PSLij及安全系数α；解列后各孤岛电力系统的有功负荷上界设定值PIsland；孤岛电力系统的电力平衡程度即允许的孤岛电力系统的最大发、用电功率偏差d；(2)，在离线状态下对原始电网作必要的预处理(2.1)，按区域合并节点根据下式确定解列后孤岛电力系统的电力平衡程度；d<Δf·PIslandσ·f0,f0=50Hz]]>根据下式确定的不含发电机的“区域”，且合并成相应节点；PArea<Δ·PIslandσ·f0]]>PArea该负荷“区域”的功率最大值；(2.2)，合并各区域内的节点且区域间的冗余传输线路，形成供搜索解列策略的图论模型用N节点的节点赋权无向图G(V，E，W)表示该“供搜索解列策略的图论模型”；其中，V＝{v1，...，vN}为节点集；E为边集，若某两个节点vi和vj间存在边则用eij表示；W＝{w1，...，wN}为节点的权集，节点的权值即为各节点发电功率与负荷功率之差，权值的实数部分代表有功功率；(3)，对于上述“供搜索解列策略的图论模型”，应用基于有序二元决策图(OBDD)的算法，确定所有同时满足“发电机同步约束”和“电力平衡约束”的解列策略；其中，“电力平衡约束”的OBDD离线生成，而“发电机同步约束”的OBDD则在线生成(3.1)，用一个各元素为待定布尔变量或0的对称阵AG表示图模型G的邻接矩阵；其中，若G中节点vi、vj(i＜j，下同)间存在边eij时，其元素(AG)ij和(AG)ji均为待定布尔变量bij＝bji；若G中节点vi、vj间不存在边eij时，其元素(AG)ij和(AG)ij均为0；从而，把求解解列策略的问题转变为确定所有待定布尔变量bij的最终取值(1或0)的问题，即bij＝0表示eij所对应的实际电网中的各条输电线在解列后应被切断，反之则保留； (3.2)，用布尔矩阵BG表示G的所有节点间的连接关系，它的变化就确定了G以及原始电力网拓扑结构的变化，其可由下式求得BG=I⊕AG⊕AG2⊕··&Cent本文档来自技高网...

【技术保护点】
灾变事故下避免电力系统崩溃的解列决策方法属于电力网安全技术领域，其特征在于：它是一种借助有序二元决策（ＯＢＤＤ）技术，通过计算机多阶段且快速、有效地在线搜索大型电力网满足以下三个必要条件的主动解列决策的方法：（１）发电机同步约束（ＳＳＣ ）：解列后孤岛内的电力子系统内部，发电机组必须同步运行；（２）电力平衡约束（ＰＢＣ）：解列后，孤岛内必须使“发电与用电基本平衡”，且子系统频率在允许范围内接近额定频率；（３）传输线安全约束（ＲＬＣ）：解列后，孤岛内各传输线路及其他电 力设备的负荷必须在其稳态安全约束范围内；它依次会有以下各个步骤：（１），在离线状态下，对解列后各孤岛电力系统的电力平衡度、电力设备及传输线路的稳态安全约束给出相应的指标：频率偏差Δｆ；孤岛电力系统的等效调差系数σ；所有传 输线的稳态安全约束值ＰＳＬ↓［ｉｊ］及安全系数α；解列后各孤岛电力系统的有功负荷上界设定值Ｐ↓［Ｉｓｌａｎｄ］；孤岛电力系统的电力平衡程度即允许的孤岛电力系统的最大发、用电功率偏差ｄ；（２），在离线状态下对原始电网作必要的预处理 ：（２．１），按区域合并节点：根据下式确定解列后孤岛电力系统的电力平衡程度；ｄ＜Δｆ.Ｐ↓［Ｉｓｌａｎｄ］／σ.ｆ↓［０］，ｆ↓［０］＝５０Ｈｚ根据下式确定的不含发电机的“区域”，且合并成相应节点；Ｐ↓［Ａｒｅａ］＜Δｆ .Ｐ↓［Ｉｓｌａｎｄ］／σ.ｆ↓［０］Ｐ↓［Ａｒｅａ］：该负荷“区域”的功率最大值；（２．２），合并各区域内的节点且区域间的冗余传输线路，形成供搜索解列策略的图论模型：用Ｎ节点的节点赋权无向图Ｇ（Ｖ，Ｅ，Ｗ）表示该“供搜索解列策 略的图论模型”；其中，Ｖ＝｛ｖ↓［１］，…，ｖ↓［Ｎ］｝为节点集；Ｅ为边集，若某两个节点ｖ↓［ｉ］和ｖ↓［ｊ］间存在边则用ｅ↓［ｉｊ］表示；Ｗ＝｛ｗ↓［１］，…，ｗ↓［Ｎ］｝为节点的权集，节点的权值即为各节点发电功率与负荷功率之 差，权值的实数部分代表有功功率；（３），对于上述“供搜索解列策略的图论模型”，应用基于有序二元决策图（ＯＢＤＤ）的算法，确定所有同时满足“发电机同步约束”和“电力平衡约束”的解列策略；其中，“电力平衡约束”的ＯＢＤＤ离线生成，而“发电机 同步约束”的ＯＢＤＤ则在线生成；（３．１），用一个各元素为待定布尔变量或０的对称阵Ａ↓［Ｇ］表示图模型Ｇ的邻接矩阵；其中，若Ｇ中节...

【技术特征摘要】
1.灾变事故下避免电力系统崩溃的解列决策方法属于电力网安全技术领域，其特征在于它是一种借助有序二元决策(OBDD)技术，通过计算机多阶段且快速、有效地在线搜索大型电力网满足以下三个必要条件的主动解列决策的方法(1)发电机同步约束(SSC)解列后孤岛内的电力子系统内部，发电机组必须同步运行；(2)电力平衡约束(PBC)解列后，孤岛内必须使“发电与用电基本平衡”，且子系统频率在允许范围内接近额定频率；(3)传输线安全约束(RLC)解列后，孤岛内各传输线路及其他电力设备的负荷必须在其稳态安全约束范围内；它依次会有以下各个步骤(1)，在离线状态下，对解列后各孤岛电力系统的电力平衡度、电力设备及传输线路的稳态安全约束给出相应的指标频率偏差Δf；孤岛电力系统的等效调差系数σ；所有传输线的稳态安全约束值PSLij及安全系数α；解列后各孤岛电力系统的有功负荷上界设定值PIsland；孤岛电力系统的电力平衡程度即允许的孤岛电力系统的最大发、用电功率偏差d；(2)，在离线状态下对原始电网作必要的预处理(2.1)，按区域合并节点根据下式确定解列后孤岛电力系统的电力平衡程度；d<Δf·PIslandσ·f0,f0=50Hz]]>根据下式确定的不含发电机的“区域”，且合并成相应节点；PArea<Δf·PIslandσ·f0]]>PArea该负荷“区域”的功率最大值；(2.2)，合并各区域内的节点且区域间的冗余传输线路，形成供搜索解列策略的图论模型用N节点的节点赋权无向图G(V，E，W)表示该“供搜索解列策略的图论模型”；其中，V＝｛v1，...，vN｝为节点集；E为边集，若某两个节点vi和vj间存在边则用eij表示；W＝{w1，...，wN}为节点的权集，节点的权值即为各节点发电功率与负荷功率之差，权值的实数部分代表有功功率；(3)，对于上述“供搜索解列策略的图论模型”，应用基于有序二元决策图(OBDD)的算法，确定所有同时满足“发电机同步约束”和“电力平衡约束”的解列策略；其中，“电力平衡约束”的OBDD离线生成，而“发电机同步约束”的OBDD则在线生成(3.1)，用一个各元素为待定布尔变量或0的对称阵AG表示图模型G的邻接矩阵；其中，若G中节点vi、vj(i＜j，下同)间存在边eij时，其元素(AG)ij和(AG)ji均为待定布尔变量bij＝bji；若G中节点vi、vj间不存在边eij时，其元素(AG)ij和(AG)ji均为0；从而，把求解解列策略的问题转变为确定所有待定布尔变量bij的最终取值(1或0)的问题，即bij＝0表示eij所对应的实际电网中的各条输电线在解列后应被切断，反之则保留；(3.2)，用布尔矩阵BG表示G的所有节点间的连接关系，它的变化就确定了G以及原始电力网拓扑结构的变化，其可由下式求得BG=I⊕AG⊕AG2⊕···⊕AGL]]>其中，L为G中最长的一条不经过重复节点的路的长度；I为布尔单位矩阵，对角元为1，其余为0；AG2和AGL表示布尔矩阵AG的2次乘方和L次乘方(分别将布尔“与”运算“”和布尔“或”运算“”视为“乘法”和“加法”运算)，即BG是将AG的从0至L各次乘方矩阵取“或”求得的；AG的l次乘方AG1的第i行第j列元素(AG1)ij是一个关于“”和“”运算的多项式，它可确定所有从节点vi到节点vj的长度等于l的路，因此，BG的第i行第j列元素(BG)ij确定了从节点vi到vj的所有路；(3.3)，用BG把“发电机同步约束”和“电力平衡约束”表示成布尔函数表达式 其中，IG表示G中所有“发电机类节点”的序列号集，IA和IS分别表示G中两个互相间异步的“发电机群”(分别属于G1和G2)的序列号集，有IG＝IA∪IS，而iA∈IA，iS∈IS；m表示任一负荷类节点编号；上式中第一项和第二项分别表示“所有属于发电机群IA或IS的发电机类节点均相连”；第三项表示“任一负荷类节点不能同时与发电机群IA和发电机群IS中的节点相连”；(3.3.2)，为表达“电力平衡约束”，定义 ，则在发电机同步状态下，IA、IS未知时，PBC=Πi∈NG⊗<|(BG)i*·W|≤d>]]> 表示BG的第i行，w＝[w1，…，wN]T表示所有节点的权值组成的列矩阵；上式PBC表示与任一发电机类节点相连的所有节点权的代数和的绝对值应小于电力平衡程度d；当“发电机同步约束”满足，且IA、IS已知时，PBC=<|Σk∉IG(BG)iS,k·wk...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵千川，孙凯，郑大钟，卢强，马进，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]