一种考虑地理分区边界优化的电网关键断面自动搜索方法技术

一种考虑地理分区边界优化的电网关键断面自动搜索方法，属于电力系统安全运行方法技术领域。对地理分区进行优化；搜索输电断面；得到系统输电断面后，需要根据重要度判据对各个断面的重要度进行计算排序，得到关键断面；断面潮流越重、裕度越小，则重要度越大，需重点监控。本发明专利技术Pimax取断面的静稳极限潮流，采用连续潮流法计算得到。本发明专利技术通过对新英格兰39节点标准系统和华北电网的500kV系统使用本方法进行有效性验证，其断面的自动搜索得到的关键断面与实际运行情况相一致，验证了本发明专利技术准确性。本发明专利技术快速，在电力系统安全运行暨输电断面自动辨识方面具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，属于电力系统安全运行方法
。对地理分区进行优化；搜索输电断面；得到系统输电断面后，需要根据重要度判据对各个断面的重要度进行计算排序，得到关键断面；断面潮流越重、裕度越小，则重要度越大，需重点监控。本专利技术Pimax取断面的静稳极限潮流，采用连续潮流法计算得到。本专利技术通过对新英格兰39节点标准系统和华北电网的500kV系统使用本方法进行有效性验证，其断面的自动搜索得到的关键断面与实际运行情况相一致，验证了本专利技术准确性。本专利技术快速，在电力系统安全运行暨输电断面自动辨识方面具有重要意义。【专利说明】—种考虑地理分区边界优化的电网关键断面自动搜索方法
本专利技术涉及一种基于实际电网地理分区优化与图论算法的快速自动搜索电网关键断面的方法，属于电力系统安全运行方法
。
技术介绍
随着电力系统的规模日益扩大，结构愈加紧密，互联大电力系统是现在的发展趋势。联合电力系统的运行有明显的优越性，然而元件之间的联系越紧密，如果控制不力就很可能发生波及到整个电力系统的大事故。对电网的每个元件进行监控是不可能的，这就表明了在电力系统运行中对关键环节的重点监控和稳定运行控制的必要性。电网的关键断面是电网调度运行监视、控制和稳定性分析的重点对象。实际运行中，运行人员通常结合以往经验及地理区域对电网进行分块分区，着重加强对区域间断面的监控。然而传统的人工识别输电断面的方法越来越难以适应实际电力系统在线实时性分析的需要。因此，输电断面自动辨识问题在近年来有了越来越多的研究。目前的研究主要集中在两类上:在过载线路退出运行的条件下搜索并行输电断面或关键断面、在系统正常运行情况下搜索系统关键输电断面。其中过载线路退出的断面搜索范围很窄，只寻找受线路故障影响较大，被潮流转移较大的支路，在连锁故障紧急控制中有重要的意义，但对于安全运行中的系统参考价值不大。对安全运行方式下的大系统进行关键断面搜索的研究还不够成熟，分区方法、搜索算法、重要度指标等都需要优化，其中在实际电网中的适用性、快速性、准确度都需要进一步提高。极限传输容量(TTC, total transfer capability)是表征系统安全性的主要指标之一。断面的输电裕度是评价断面脆弱程度的关键指标。电力系统静态稳定是指电力系统在受到小干扰时维持同步运行状态的能力。系统中的联络线在正常情况下传输的有功功率必须低于静稳极限传输功率，并且要保留一定的裕度，避免因传输功率或者系统电压等的正常波动导致传输功率超越静稳极限，而使得所连接的两端电源系统间的电势角差非周期的无限增大，导致同步运行稳定性的破坏。本文采用静态稳定传输极限作为断面重要度指标的关键部分。目前，在线运行中使用的TTC是运行方式人员基于典型离线断面通过大量仿真计算得到的。连续潮流(CPF)是另一种经常被采用的TTC计算方法，基本思路就是从当前工作点出发，随负荷不断增加，不断用预测/校准算子来连续求解潮流(系统的运行点)，直至求得电压崩溃点，在得到整条PV曲线的同时，也获得负荷临界状态的潮流解(稳定裕度)。其鲁棒性好，但是一般只模拟一种预定的发电负荷增长模式。PSD-BPA电力系统分析软件(简称BPA)是中国电力科学研究院1980年左右从美国BPA(Bonneville Power Administration)引进的电力系统分析软件包。1984年以来，经过大量的消化吸收、开发创新和推广应用工作，形成了适合我国电力系统计算分析要求的中国版BPA电力系统潮流及暂态稳定分析程序。目前的中国版BPA潮流及暂态稳定程序已经在我国电力系统规划、调度、生产运行及科研等部门得到了广泛的应用。本专利技术采用连续潮流法，以PSD-BPA软件为平台，逐步增加送端机组的功率或减少送端电网负荷，相应地减少受端的机组功率或增加受端的负荷，求得输电线路或断面最大输送功率即为静态功角稳定极限。计算过程中应尽量保证系统的频率和电压在正常范围内，因此，要考虑调速系统和励磁系统，并保证增减功率基本平衡，同时应注意功率的增减方案要符合实际的功率流向。为了得到比较合理的静稳极限传输功率结果，本专利技术的调整方案为选择位于中部的发电机组，以避免结果的极端性。
技术实现思路
本专利技术针对以上所述的研究现状，提出了一种用于电网关键断面快速自动搜索的方法。该方法以电网的实际地理分区为基础，对站点分区进行优化调整，得到复杂电网的简化结构图。提出一种断面搜索算法，将图论原理应用于此算法提高搜索速度，最后利用各个断面的稳态极限潮流和传输容量裕度构造断面的重要度指标，通过计算排序得到关键断面。该搜索方法速度快，适用于电网运行方式下的关键断面搜索。本专利技术的技术方案是:，该方法步骤为:I)对地理分区进行优化(I)确定初始地理分区:根据实际电网数据，得到地理分区数目及各区所包含站点，搜索两端点不在相同分区的支路，得到区域间的联络线，即确定初始地理分区情况。(2)对所得分区结果进行优化:收缩树枝节点、对各分区的边缘节点的区域划分进行优化；以检验联络线潮流一致性、检查边缘节点与两个区域之间的电气距离为原则，对潮流不一致的联络线端点和分区不合理的站点进行分区调整，得到优化后的电网简化结构图；该优化方法的具体步骤为:a.收缩树枝节点:将节点度为I的节点i收缩到与之唯一相连节点j所在分区；设收缩到j所在分区的支路个数为k，若d(j) = 1+k，则j节点仍属于树枝节点，则将节点j划归到与之相连的非收缩节点所在分区，如此类推，直到d(j) > 1+k，即将树枝上的节点收缩到了应在的环路分区内；b.对区域间联络线的潮流一致性进行检验:如果有支路Ih潮流与联络线总体潮流相反，若其潮流的大小在总潮流中所占比重小于一定值(如，取20%)则可以认为联络线潮流方向一致；如果潮流较大，则更改节点所在分区，将节点i并入j所在分区或相反，同时更改两分区间联络线并检验潮流方向，直到潮流一致；优先更改节点度小的节点；c.对区域边界节点进行合理性判断及优化:遍历各区域的边界节点，节点与某分区节点连接的支路数最多，则与此分区联系最紧密，应属于此分区；若存在支路连接数目相同的分区，那么电气距离短的为应属分区；若相连节点中存在收缩节点，其区域按照收缩前考虑；其中，每一条支路的电气距离用其电抗值近似，对于连接到同一分区的多条支路，取其并联值近似为到此分区的电气距离；另外，若此步骤更改会产生与联络线潮流不一致的支路则不进行优化；d.得到优化后的最终分区，各树枝节点都收缩到应在的分区，边界节点属于联系近的分区，联络线潮流保持一致，整个系统的潮流流向清晰明了 ；2)自动搜索输电断面，步骤为:(I)根据电网优化后的分区得到电网简化结构图，以分区为节点，分区联络线为边，结合实际潮流，得到系统的有向拓扑图G (V，E)；(2)潮流流向相同、且能将系统分为两个连通区域的联络线集合为输电断面，自动搜索输电断面，其步骤为:a.遍历区间联络线，以为例；i和j分别为联络线的始端和末端分区；断开联络线Li+如果系统分成了两个独立的系统，则该联络线独自为一个断面；否则，转入步骤b ;b.以Lpj上潮流流出的分区i为中心，将所有潮流流入此分区的区域与分区i看作一个大的供电区Ktl ;搜索潮流流出该区的所有联络线，断开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑地理分区边界优化的电网关键断面自动搜索方法，其特征在于，该方法步骤如下：1)对地理分区进行优化(1)确定初始地理分区：根据实际电网数据，得到地理分区数目及各区所包含站点，搜索两端点不在相同分区的支路，得到区域间的联络线，即确定初始地理分区情况；(2)对所得分区结果进行优化：收缩树枝节点、对各分区的边缘节点的区域划分进行优化；以检验联络线潮流一致性、检查边缘节点与两个区域之间的电气距离为原则，对潮流不一致的联络线端点和分区不合理的站点进行分区调整，得到优化后的电网简化结构图；2)自动搜索输电断面，步骤为：(1)根据电网优化后的分区得到电网简化结构图，以分区为节点，分区联络线为边，结合实际潮流，得到系统的有向拓扑图G(V,E)；(2)潮流流向相同、且能将系统分为两个连通区域的联络线集合为输电断面，自动搜索输电断面，其步骤为：a.遍历区间联络线，以Li?j为例；i和j分别为联络线Li?j的始端和末端分区；断开联络线Li?j，如果系统分成了两个独立的系统，则该联络线独自为一个断面；否则，转入步骤b；b.以Li?j上潮流流出的分区i为中心，将所有潮流流入此分区的区域与分区i看作一个大的供电区K0；搜索潮流流出该区的所有联络线，断开这些联络线，若系统分为了两个或多个独立的系统，则它们是一个或数个输电断面；c.选择下一条区间联络线，重复上述步骤，直到搜索完系统所有的输电断面；3)筛选关键断面，步骤如下：(1)设系统中第i个断面的潮流为Pi，按公式（4）将断面潮流归一化为Pi′；Pi′=Pi-minj{Pj}maxj{Pj}-minj{Pj}j=1,2,...,n---(4)(2)仿真得到第i个断面的极限传输功率为它代表了该断面的传输能力，断面的传输容量裕度为Mi，计算公式为：Mi=Pimax-PiPimax---(5)取断面的静稳极限潮流；(3)计算断面的重要度Ki为：Ki＝Pi“?ln(Mi)????（6）公式（6）表明断面潮流越重、裕度越小，则重要度越大，需重点监控；当断面裕度较大时，断面不易发生潮流过载及系统失稳，裕度对于断面重要度的影响较小，而当其值越小越接近零，其重要度应当急遽加大，采用自然对数函数能够较好体现这一特征；对所有断面重要度排序得到关键断面。FDA0000392350400000014.jpg,FDA0000392350400000013.jpg...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，顾雪平，贾京华，梁海平，高泽明，刘艳，杨兴宇，李渝，高成彬，张尚，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，国家电网公司，国网河北省电力公司，
类型：发明
国别省市：