基于并联局域模型的电力系统暂态电压安全裕度评估方法技术方案

本发明专利技术提出一种基于并联局域模型的电力系统暂态电压安全裕度评估方法，以规则形式表达的无功源控制策略，不仅可以量化暂态电压安全裕度，而且可以辅助在线预防控制的决策。该控制策略是故障相依的，而且考虑了多个时间维度。针对并联局域模型输出存在误差的问题，提出了考虑置信水平的暂态电压安全裕度评估方法，可以得出不同保守程度下的暂态电压安全裕度评估结果，进而可以识别由于并联局域模型输出误差而被忽视的暂态电压安全隐患。出误差而被忽视的暂态电压安全隐患。出误差而被忽视的暂态电压安全隐患。

【技术实现步骤摘要】
基于并联局域模型的电力系统暂态电压安全裕度评估方法


[0001]本专利技术属于电力
，具体涉及一种基于并联局域模型的电力系统暂态电压安全裕度评估方法。

技术介绍

[0002]暂态电压安全评估的目标是筛选出对电网暂态电压安全有威胁的严重故障，评估严重故障下的暂态电压安全裕度，为在线控制提供有效信息，进而改善电网的暂态电压安全性。
[0003]在现有暂态电压安全裕度评估研究中，主要使用基于数值仿真的方法或者基于人工智能的方法。由于数值仿真不能直接给出电网安全裕度信息，因此基于数值仿真的方法需要通过迭代搜索来确定暂态电压安全边界，计算复杂度高。基于人工智能的方法通常基于电网样本建立一个从电网特征变量到暂态电压安全裕度的映射关系，计算速度快。不过，当在线应用时机器学习模型可能面临泛化能力差、训练速度慢等问题。目前，现有暂态电压安全裕度评估研究中主要关注对电网运行状态与暂态电压安全边界之间距离的量化，在无功源控制量对暂态电压安全裕度影响方面的研究较少。
[0004]在暂态电压安全裕度评估方面，关键是量化电网运行状态与暂态电压安全边界之间的距离，以及为在线控制提供有效信息。暂态电压安全裕度评估结果是故障相依的，而且计算复杂度与需要考虑的故障数量成正比。现有研究方法中，基于数值仿真的方法计算复杂度高；基于人工智能的方法应用于在线时可能面临泛化能力差、训练速度慢等问题。此外，现有研究中主要关注对电网运行状态与暂态电压安全边界之间距离的量化，为在线控制提供的有效信息较少。因此，如何快速、准确地评估电网暂态电压安全裕度，并且辅助在线决策，是有待进一步研究的问题。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术提出一种基于并联局域模型的电力系统暂态电压安全裕度评估方法，以规则形式表达的无功源控制策略，不仅可以量化暂态电压安全裕度，而且可以辅助在线预防控制的决策。该控制策略是故障相依的，而且考虑了多个时间维度。针对并联局域模型输出存在误差的问题，提出了考虑置信水平的暂态电压安全裕度评估方法，可以得出不同保守程度下的暂态电压安全裕度评估结果，进而可以识别由于并联局域模型输出误差而被忽视的暂态电压安全隐患。
[0006]暂态电压安全裕度评估是在给定的电网运行状态、预想故障、电网参数和控制系统参数条件下，量化电网运行状态与暂态电压安全边界之间的距离，为在线控制提供有效信息。现有研究中，主要关注对电网运行状态与暂态电压安全边界之间的量化，对在线控制提供的有效信息较少。
[0007](1)以规则形式表达的无功源控制策略
[0008]采用了暂态电压安全裕度的量化评估方法和无功源控制量对暂态电压安全裕度
影响的量化评估方法，进而建立了以规则形式表达的无功源控制策略。
[0009](1.1)暂态电压安全裕度的量化评估
[0010]在电网运行层面，故障后的暂态电压过程取决于电网运行状态x0、故障flt和电网拓扑参数topo。因此，存在从x0、flt和topo到TVSI指标的映射，表达式为：
[0011][0012]电网的暂态电压安全性可以基于TVSI指标进行判定。对于预设的TVSI指标阈值TVSI
th
，以及给定的flt和topo，如果电网运行状态x0对应的TVSI指标满足式(2)，则判定为暂态电压不安全；否则，判定为暂态电压安全。
[0013][0014]其中，TVSI1、TVSI2和TVSI3分别是TVSI指标的三个分量，和分别是TVSI指标阈值的三个分量，∨是布尔代数中的“或”运算。
[0015]于是，可以得出基于TVSI指标的暂态电压安全边界，表达式为：
[0016][0017]其中，
[0018][0019]是从x0、flt和topo到TVSI指标第t个分量的映射，是TVSI指标阈值的第t个分量。是位于暂态电压安全边界上的电网运行状态，其物理含义为：TVSI指标某一分量等于TVSI指标阈值，而且TVSI指标其他分量不大于TVSI指标阈值的电网运行状态。
[0020]暂态电压安全裕度是对电网运行状态与暂态电压安全边界之间距离的量化，可以基于x0与之间的距离进行评估。在flt和topo固定的前提下，TVSI指标取决于x0。因此对于一组x0和它们对应的TVSI指标之差TVSI
‑
TVSI
th
确定的。定义暂态电压安全裕度指标TVSI
res
，表达式如下：
[0021][0022]如果TVSI
res
＜0，则满足式(2)，说明电网运行状态是暂态电压不安全的，而且TVSI
res
的值越小说明暂态电压安全性越差；否则，说明电网运行状态是暂态电压安全的，而且TVSI
res
的值越大说明暂态电压安全性越好。因此，TVSI
res
可以用于量化暂态电压安全裕度，TVSI
res
＝0对应于暂态电压安全边界。
[0023]进一步定义与TVSI指标各个时间维度对应的暂态电压安全裕度指标
[0024][0025]其中，TVSI
t
是TVSI指标第t个分量，是TVSI指标第t个分量对应的暂态电压安全裕度，是TVSI指标第t个分量的阈值。
[0026]注意，是在给定flt和topo的前提下计算的，因此暂态电压安全裕度是故障相依的。本专利基于并联局域模型计算TVSI指标，进而用于评估暂态电压安全裕度，计算速度快。
[0027](1.2)无功源控制量对暂态电压安全裕度影响的量化评估
[0028]无功源控制量u属于电网运行状态x0中的一部分。因此如果无功源控制量u改变，则故障后电网的暂态电压过程会发生改变，进而导致暂态电压安全裕度TVSI
res
发生改变。如果给定故障flt和电网拓扑参数topo，并保持电网其他运行控制量不变，则可以建立从u到TVSI
res
的映射f
res
，表达式如下：
[0029]TVSI
res
＝f
res
(u)
ꢀꢀꢀ
(7)
[0030]由于f
res
中包含了电网微分代数方程，因而难以解析求解，而且不够直观、解释性差，难以用于在线决策。为此，本专利基于f
res
的近似表达来量化评估无功源控制量u对暂态电压安全裕度TVSI
res
的影响。
[0031]对f
res
在无功源控制量初值u0附近进行泰勒展开，则可以得到TVSI
res
与u之间的近似函数关系式如下：
[0032][0033]其中，和分别为无功源控制量为u0和u时TVSI指标第t个分量对应的暂态电压安全裕度。
[0034]式(8)中的项数越多，对f
res
的近似程度越高，但是计算复杂度更高、解释性更差。为了便于在线预防控制的决策，本专利仅保留式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于并联局域模型的电力系统暂态电压安全裕度评估方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立以规则形式表达的无功源控制策略采用暂态电压安全裕度的量化评估方法和无功源控制量对暂态电压安全裕度影响的量化评估方法，建立以规则形式表达的无功源控制策略；(2)考虑置信水平的暂态电压安全裕度评估方法计算暂态电压安全裕度评估结果的置信区间下界，以识别由于并联局域模型输出误差而被忽视的暂态电压安全隐患。2.根据权利要求1所述的基于并联局域模型的电力系统暂态电压安全裕度评估方法，其特征在于，步骤(1)建立以规则形式表达的无功源控制策略中，暂态电压安全裕度的量化评估方法，包括：在电网运行层面，故障后的暂态电压过程取决于电网运行状态x0、故障flt和电网拓扑参数topo；存在从x0、flt和topo到TVSI指标的映射，表达式为：电网的暂态电压安全性基于TVSI指标进行判定；对于预设的TVSI指标阈值TVSI
th
，以及给定的flt和topo，如果电网运行状态x0对应的TVSI指标满足式(2)，则判定为暂态电压不安全；否则，判定为暂态电压安全；其中，TVSI1、TVSI2和TVSI3分别是TVSI指标的三个分量，和分别是TVSI指标阈值的三个分量，∨是布尔代数中的“或”运算；得出基于TVSI指标的暂态电压安全边界，表达式为：其中，其中，是从x0、flt和topo到TVSI指标第t个分量的映射，是TVSI指标阈值的第t个分量；是位于暂态电压安全边界上的电网运行状态，其物理含义为：TVSI指标某一分量等于TVSI指标阈值，而且TVSI指标其他分量不大于TVSI指标阈值的电网运行状态；暂态电压安全裕度是对电网运行状态与暂态电压安全边界之间距离的量化，基于x0与之间的距离进行评估；在flt和topo固定的前提下，TVSI指标取决于x0；对于一组x0和它们对应的TVSI指标之差TVSI
‑
TVSI
th
确定的；定义暂态电压安全裕度指标TVSI
res
，表达式如下：
如果TVSI
res
＜0，则满足式(2)，说明电网运行状态是暂态电压不安全的，而且TVSI
res
的值越小说明暂态电压安全性越差；否则，说明电网运行状态是暂态电压安全的，而且TVSI
res
的值越大说明暂态电压安全性越好；TVSI
res
用于量化暂态电压安全裕度，TVSI
res
＝0对应于暂态电压安全边界；定义与TVSI指标各个时间维度对应的暂态电压安全裕度指标定义与TVSI指标各个时间维度对应的暂态电压安全裕度指标其中，TVSI
t
是TVSI指标第t个分量，是TVSI指标第t个分量对应的暂态电压安全裕度，是TVSI指标第t个分量的阈值。3.根据权利要求2所述的基于并联局域模型的电力系统暂态电压安全裕度评估方法，其特征在于，步骤(1)建立以规则形式表达的无功源控制策略中，无功源控制量对暂态电压安全裕度影响的量化评估包括以下步骤：无功源控制量u属于电网运行状态x0中的一部分；给定故障flt和电网拓扑参数topo，并保持电网其他运行控制量不变，则建立从u到TVSI
res
的映射f
res
，表达式如下：TVSI
res
＝f
res
(u)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)基于f
res
的近似表达来量化评估无功源控制量u对暂态电压安全裕度TVSI

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚军，杨立波，马斌，孙广辉，贾亚飞，栗维勋，李一鹏，袁龙，张宗杰，王晓蔚，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：