基于eeac和軌跡靈敏度的暫態(tài)穩(wěn)定約束最優(yōu)潮流計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開了基于EEAC(Extended Equal Area Criterion，擴(kuò)展等面積準(zhǔn)則）和 軌跡靈敏度的暫態(tài)穩(wěn)定約束最優(yōu)潮流計(jì)算方法，屬于電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，電力工業(yè)迅猛發(fā)展，電力 新技術(shù)、新措施逐步投入應(yīng)用，給社會(huì)各方面帶來了顯著的效益。但是，由于電力體制改革 的不斷深入，電網(wǎng)運(yùn)營商為了追求更高的經(jīng)濟(jì)效益，使電力系統(tǒng)的運(yùn)行點(diǎn)不斷逼近安全穩(wěn) 定邊界。各區(qū)域電網(wǎng)間互聯(lián)加強(qiáng)以及新技術(shù)的應(yīng)用，導(dǎo)致電網(wǎng)規(guī)模和復(fù)雜性日益增大，使電 力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定問題越來越突出。電力系統(tǒng)中任任意元件發(fā)生故障，都有可能引起事故 擴(kuò)大。如果電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理，或者安全自動(dòng)裝置不夠健全，都有可能使系統(tǒng)陷入穩(wěn)定危機(jī)， 造成穩(wěn)定破壞或大面積停電，給國民經(jīng)濟(jì)帶來重大損失?，F(xiàn)代社會(huì)一旦發(fā)生大停電，其經(jīng)濟(jì) 損失可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過市場競爭可能帶來的經(jīng)濟(jì)收益甚至危及國家和社會(huì)安全。
[0003] 含暫態(tài)穩(wěn)定約束的最優(yōu)潮流（Transient Stability Constrained Optimal power Flow，TSCOPF)可以兼顧系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定離線預(yù)防控 制，成為解決這一問題的有效手段。
[0004] TSCOPF抽象為數(shù)學(xué)模型后，是一個(gè)復(fù)雜的大規(guī)模非線性微分代數(shù)混合約束優(yōu)化問 題。目前計(jì)算的基本解法分為兩類。
[0005] 第一類方法為聯(lián)立求解法，一般是將暫態(tài)微分方程差分化變?yōu)榇鷶?shù)方程后加入最 優(yōu)潮流中聯(lián)立求解。如文獻(xiàn)一《暫態(tài)穩(wěn)定約束下的最優(yōu)潮流》（中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2005年 第25卷第12期第12頁）所述。這類方法原理清晰，但是問題規(guī)模隨著故障數(shù)目和系統(tǒng) 規(guī)模的增大，呈幾何級數(shù)增長，易出現(xiàn)維數(shù)災(zāi)的問題。由于差分化加入最優(yōu)潮流中后，最優(yōu) 化問題龐大，容易出現(xiàn)收斂困難的問題。另外，這類方法的暫態(tài)穩(wěn)定判據(jù)一般為功角閾值， 文獻(xiàn)二《暫態(tài)穩(wěn)定預(yù)防控制和優(yōu)化新進(jìn)展》（電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004年第28卷第10期）所 述，該判據(jù)存在兩個(gè)理論上的問題，一是角度穩(wěn)定是否就意味著系統(tǒng)穩(wěn)定，二是如何選取最 大相對搖擺角。
[0006] 第二類方法是分解迭代求解法，通常將TSCOPF問題分解為暫態(tài)穩(wěn)定評估和最優(yōu) 潮流兩個(gè)子問題，將暫態(tài)穩(wěn)定分析得到的約束式嵌入最優(yōu)潮流問題中迭代求解。這類方法 可有效處理多故障問題、減少計(jì)算維數(shù)。如文獻(xiàn)三《基于單機(jī)無窮大母線等值和軌跡靈敏度 的暫態(tài)穩(wěn)定約束最優(yōu)潮流》（中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011年第31卷第13期）所述，這類解法 可以定義系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定裕度，可得到系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定量化信息，便于優(yōu)化。這類方法通常采用 功角門檻值作為暫態(tài)穩(wěn)定約束，沒有量化穩(wěn)定裕度。文獻(xiàn)三定義了一般不穩(wěn)定和穩(wěn)定情況 下的暫態(tài)穩(wěn)定裕度，構(gòu)造穩(wěn)定性約束，極度失穩(wěn)情況下仍采用功角門檻值構(gòu)造暫態(tài)穩(wěn)定性 約束，采用二次規(guī)劃算法進(jìn)行迭代計(jì)算。最后的算例結(jié)果僅使多個(gè)故障達(dá)到穩(wěn)定，并未滿足 一定的穩(wěn)定性要求。由于各種隨機(jī)因素的存在，必須留有一定的暫態(tài)穩(wěn)定裕度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述【背景技術(shù)】的不足，提供了基于EEAC和軌 跡靈敏度的暫態(tài)穩(wěn)定約束最優(yōu)潮流計(jì)算方法，將暫態(tài)穩(wěn)定約束最優(yōu)潮流分解為暫態(tài)穩(wěn)定評 估、靈敏地分析、最有潮流三個(gè)子問題進(jìn)行迭代求解，解決了現(xiàn)有暫態(tài)穩(wěn)定約束最優(yōu)潮流計(jì) 算復(fù)雜、難以收斂，以功角閾值作為穩(wěn)定判據(jù)不準(zhǔn)確以及選取最大相對搖擺角難的技術(shù)問 題。
[0008] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案：
[0009] 基于EEAC和軌跡靈敏度的暫態(tài)穩(wěn)定約束最優(yōu)潮流計(jì)算方法，包括如下步驟：
[0010] A.以常規(guī)最優(yōu)潮流解為初始運(yùn)行點(diǎn)計(jì)算暫態(tài)初值并設(shè)置預(yù)想故障集；
[0011] B.對預(yù)想故障集中的各故障進(jìn)行暫態(tài)時(shí)域仿真、EEAC等值操作，對故障進(jìn)行分 類，將滿足故障穩(wěn)定裕度要求的故障從預(yù)想故障集中剔除，僅當(dāng)預(yù)想故障集中所有故障都 被剔除時(shí)直接輸出最優(yōu)解；
[0012] C.對于步驟B中不滿足穩(wěn)定裕度要求的故障：計(jì)算各故障的軌跡靈敏度，給出不 同類型下各故障的裕度靈敏度，并根據(jù)各故障的裕度靈敏度構(gòu)建暫態(tài)穩(wěn)定性約束；
[0013] D.將所述暫態(tài)穩(wěn)定性約束嵌入常規(guī)最優(yōu)潮流模型后得到含有簡單暫態(tài)穩(wěn)定約束 的最優(yōu)潮流模型，重新計(jì)算常規(guī)潮流解，返回步驟A。
[0014] 進(jìn)一步的，作為所述暫態(tài)穩(wěn)定約束最優(yōu)潮流計(jì)算方法的優(yōu)化方案，步驟C中所述 暫態(tài)穩(wěn)定性約束為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于EEAC和軌跡靈敏度的暫態(tài)穩(wěn)定約束最優(yōu)潮流計(jì)算方法，其特征在于，包括如下 步驟： A. 以常規(guī)最優(yōu)潮流解為初始運(yùn)行點(diǎn)計(jì)算暫態(tài)初值并設(shè)置預(yù)想故障集； B. 對預(yù)想故障集中的各故障進(jìn)行暫態(tài)時(shí)域仿真、EEAC等值操作，對故障進(jìn)行分類，將 滿足故障穩(wěn)定裕度要求的故障從預(yù)想故障集中剔除，僅當(dāng)預(yù)想故障集中所有故障都被剔除 時(shí)直接輸出最優(yōu)解； C. 對于步驟B中不滿足穩(wěn)定裕度要求的故障：計(jì)算各故障的軌跡靈敏度，給出不同類 型下各故障的裕度靈敏度，并根據(jù)各故障的裕度靈敏度構(gòu)建暫態(tài)穩(wěn)定性約束； D. 將所述暫態(tài)穩(wěn)定性約束嵌入常規(guī)最優(yōu)潮流模型后得到含有簡單暫態(tài)穩(wěn)定約束的最 優(yōu)潮流模型，重新計(jì)算常規(guī)潮流解，返回步驟A。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于EEAC和軌跡靈敏度的暫態(tài)穩(wěn)定約束最優(yōu)潮流計(jì)算方法， 其特征在于，步驟C中所述暫態(tài)穩(wěn)定性約束為
，η為各故障穩(wěn)定裕度構(gòu) 成的向量，#為各故障裕度靈敏度構(gòu)成的向量，u為系統(tǒng)控制變量構(gòu)成的向量，Aut為系統(tǒng) CU 控制變量在各故障下的變化量構(gòu)成的向量，nmin為各故障穩(wěn)定裕度最小值構(gòu)成的向量， 各故障穩(wěn)定裕度構(gòu)成的向量η包括：一般失穩(wěn)故障的穩(wěn)定裕度nu、穩(wěn)定故障的穩(wěn)定 裕度n s、極度失穩(wěn)故障的穩(wěn)定裕度n eu:
n eu= -P a (tmin) = -min {PmE (t) -PeE (t), t>tcl}, 其中：tu為等值后系統(tǒng)達(dá)到DSP點(diǎn)的時(shí)刻，Me為發(fā)電機(jī)的等值慣性時(shí)間常數(shù)，ω E(tu)、 S E(tu)分別為tu時(shí)刻發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、功角，'為等值后系統(tǒng)首次達(dá)到FEP點(diǎn)的時(shí)刻，P a (tJ、 S E(tJ為分別為&時(shí)刻的不平衡功率、發(fā)電機(jī)功角，t min為不平衡功率達(dá)到最小值的時(shí)刻， Pa(tmin)為t min時(shí)刻的不平衡功率值，PmE(t)、PeE(t)分別為等值后發(fā)電機(jī)在t時(shí)刻的機(jī)械功 率、電磁功率，為故障清除時(shí)刻。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于EEAC和軌跡靈敏度的暫態(tài)穩(wěn)定約束最優(yōu)潮流計(jì)算方法， 其特征在于，步驟B中所述一般失穩(wěn)故障的穩(wěn)定裕度n u，在其暫態(tài)穩(wěn)定性約束中增加校正 因子λ
其中：λ = 〇. 8~0. 9, Δ%/為系統(tǒng)控制變量在一般失穩(wěn)故障下變化量構(gòu)成的向量， η _"為一般失穩(wěn)故障的穩(wěn)定裕度最小值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于EEAC和軌跡靈敏度的暫態(tài)穩(wěn)定約束最優(yōu)潮流計(jì)算方法， 其特征在于，步驟B中所述EEAC等值操作具體為：將對各故障進(jìn)行暫態(tài)時(shí)域仿真得到的功 角曲線進(jìn)行EEAC等值，發(fā)電機(jī)等值后的模型為：
其中：δΕ、ωΕ、ΡπΕ、ΡεΕ分別為發(fā)電機(jī)的等值功角、等值轉(zhuǎn)速、等值機(jī)械功率、等值電磁功 率，Pa為等值后的不平衡功率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于EEAC和軌跡靈敏度的暫態(tài)穩(wěn)定約束最優(yōu)潮流計(jì)算方法， 其特征在于，步驟B中所述對故障進(jìn)行分類，采用如下判據(jù)： 一般失穩(wěn)故障的判據(jù)
穩(wěn)定故障的判據(jù)
極度失穩(wěn)故障的判據(jù)：忍> ()，Vt < ? < L,/， 其中：Pa(tu)、PmE(tu)、P eE(tu)分別為tu時(shí)刻的不平衡功率、發(fā)電機(jī)機(jī)械功率、發(fā)電機(jī) 電磁功率，Pa(t)、《E(t)分別為t時(shí)刻的不平衡功率、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，h為故障開始時(shí)刻， P mE(tr)、PeE(tr)、〇E(t r)分別為tr時(shí)亥Ij發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率、電磁功率、轉(zhuǎn)速，t end為暫態(tài)時(shí)域 仿真結(jié)束時(shí)刻。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的基于EEAC和軌跡靈敏度的暫態(tài)穩(wěn)定約束最 優(yōu)潮流計(jì)算方法，其特征在于，步驟D中采用非線性原對偶內(nèi)點(diǎn)法求解含有簡單暫態(tài)穩(wěn)定 約束的最優(yōu)潮流模型。
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于EEAC和軌跡靈敏度的暫態(tài)穩(wěn)定約束最優(yōu)潮流計(jì)算方法，屬于電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的技術(shù)領(lǐng)域。所述方法：以常規(guī)最優(yōu)潮流解為初始運(yùn)行點(diǎn)計(jì)算暫態(tài)初值并設(shè)置預(yù)想故障集；對預(yù)想故障集中的各故障進(jìn)行暫態(tài)時(shí)域仿真、EEAC等值操作，對故障進(jìn)行分類，將滿足故障穩(wěn)定裕度要求的故障從預(yù)想故障集中剔除；計(jì)算不滿足穩(wěn)定裕度要求的故障的軌跡靈敏度，給出不同類型下各故障的裕度靈敏度，并根據(jù)各故障的裕度靈敏度構(gòu)建暫態(tài)穩(wěn)定性約束；將所述暫態(tài)穩(wěn)定性約束嵌入常規(guī)最優(yōu)潮流模型后得到含有簡單暫態(tài)穩(wěn)定約束的最優(yōu)潮流模型，避免了只采用功角作為暫態(tài)穩(wěn)定判據(jù)時(shí)無法量化暫態(tài)穩(wěn)定性，減少了計(jì)算復(fù)雜性并解決了收斂困難的問題。
【IPC分類】G06Q50-06, G06Q10-04
【公開號(hào)】CN104766142
【申請?zhí)枴緾N201510190459
【發(fā)明人】趙晉泉, 錢莉
【申請人】河海大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月21日