一種交直流電網(wǎng)連鎖故障關(guān)鍵線路辨識(shí)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)連鎖故障預(yù)防與防御技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種交直流電網(wǎng)連 鎖故障關(guān)鍵線路辨識(shí)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 大規(guī)模電網(wǎng)的特殊結(jié)構(gòu)決定了網(wǎng)絡(luò)中聯(lián)絡(luò)線路在承擔(dān)輸電任務(wù)方面的非均質(zhì)特 性。在交直流電網(wǎng)中，大部分直流線路和少量高電壓等級(jí)的交流線路具有很高的負(fù)荷水平， 它們?cè)诒ＷC電網(wǎng)正常輸電任務(wù)的同時(shí)卻對(duì)連鎖故障傳播起到推動(dòng)作用。高負(fù)荷的交流線路 發(fā)生故障可能會(huì)引起電氣距離較近的直流系統(tǒng)換流器換相失敗，導(dǎo)致直流線路閉鎖；直流 線路閉鎖又進(jìn)一步引起潮流分布發(fā)生變化并導(dǎo)致有功潮流在其它交流線路上重新分配；這 部分先前正常運(yùn)行的交流線路如果不能承受多余的有功潮流將會(huì)相繼斷開，從而造成有功 潮流的又一次轉(zhuǎn)移，并可能導(dǎo)致其他直流線路因?yàn)殡妷哼^低相繼閉鎖，引起系統(tǒng)發(fā)生連鎖 故障，最終導(dǎo)致大停電事故的發(fā)生。
[0003] 大停電事故一般由個(gè)別元件故障開始，引發(fā)連鎖反應(yīng)故障最終導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，其 中極少數(shù)起關(guān)鍵作用的線路的斷開對(duì)大停電事故的發(fā)展與傳播往往起到推波助瀾的作用。 如何尋找這些關(guān)鍵線路對(duì)預(yù)防與控制連鎖故障具有十分重要的意義。
[0004] 目前對(duì)電網(wǎng)連鎖故障傳播過程中的關(guān)鍵線路的辨識(shí)，大體上可以分為潮流分布方 法和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法。潮流分布方法是考慮電網(wǎng)某條線路斷開后，電網(wǎng)的潮流重新分配，并 得出線路過負(fù)荷、電壓越限等一系列指標(biāo)，并對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，用一個(gè)綜合指標(biāo)來 定量判斷線路的關(guān)鍵程度；復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法基于圖論，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行一些簡(jiǎn)化以后，研究電網(wǎng)的 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并考慮實(shí)際電網(wǎng)的電氣特性，從而得出一個(gè)指標(biāo)來定量判斷線路的關(guān)鍵程度。但 是，以上方法只適用于純交流系統(tǒng)，如果系統(tǒng)中包含少量直流線路，以上方法則對(duì)直流線路 進(jìn)行交流線路等值或者其他替代方法，并沒有充分考慮直流線路的實(shí)際運(yùn)行特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有方法存在的上述問題，本發(fā)明提出了一種交直流電網(wǎng)連鎖故障關(guān)鍵 線路辨識(shí)方法，包括：
[0006] 步驟1 :計(jì)算交直流電網(wǎng)中每條交流線路的權(quán)重值；
[0007] 步驟2 :計(jì)算某條直流線路或者交流線路發(fā)生故障跳閘后的電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定過程， 統(tǒng)計(jì)電網(wǎng)中除故障線路以外剩余所有交流線路的負(fù)載率；
[0008] 步驟3 :暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算過程結(jié)束后，計(jì)算這條故障線路有功功率改變所引起周圍 線路傳輸容量裕度變化量；
[0009] 步驟4 :計(jì)算這條故障線路對(duì)周圍線路的潮流轉(zhuǎn)移關(guān)聯(lián)度；
[0010] 步驟5 :通過這條故障線路對(duì)周圍線路的潮流轉(zhuǎn)移關(guān)聯(lián)度與電網(wǎng)所有線路對(duì)周圍 線路潮流轉(zhuǎn)移關(guān)聯(lián)度之和的平均值的比值，來計(jì)算線路比值；
[0011] 步驟6、重復(fù)步驟2~5,獲得所有線路比值，比值最大者即為關(guān)鍵程度最高的線 路。
[0012] 所述線路的權(quán)重值是指該線路電抗標(biāo)幺值的倒數(shù)，其具體計(jì)算利用公式
其中，a i為線路j的權(quán)重值，Ub為基準(zhǔn)電壓，X j為線路j的電抗，SbS基準(zhǔn)容 量。
[0013] 所述暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算是指在電網(wǎng)潮流計(jì)算的穩(wěn)態(tài)結(jié)果的基礎(chǔ)上，突然受到大的干擾 后，計(jì)算電網(wǎng)的持續(xù)變化過程；所述大的干擾包括：發(fā)生短路故障、負(fù)荷瞬間發(fā)生較大的突 變、切除大容量的發(fā)電、輸電或變電設(shè)備。
[0014] 所述線路傳輸容量裕度變化量是指線路實(shí)際運(yùn)行容量裕度與額定電流下的容量 裕度的差值；線路傳輸容量裕度變化量的計(jì)算公式為
；其中，表示線 路i故障后，線路j的實(shí)際運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)值；??:表示線路i故障前，線路j的實(shí)際運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)值， &為線路j運(yùn)行在額定電流時(shí)的事故風(fēng)險(xiǎn)。
[0015] 所述潮流轉(zhuǎn)移關(guān)聯(lián)度用于定量表征直流線路和交流線路i因故障斷開后，對(duì)周圍 線路j的沖擊力度；線路i對(duì)線路j的潮流轉(zhuǎn)移關(guān)聯(lián)度越大，線路i斷開后因潮流轉(zhuǎn)移而給 j線路帶來的影響就越大，其具體計(jì)算公式為L(zhǎng) 1^= a RIP」；其中，α ,是線路j的權(quán)重值， F,為線路j的傳輸容量裕度變化量，P ,為線路j的傳輸功率的標(biāo)幺值。
[0016] 所述傳輸容量裕度變化量只考慮交流線路的傳輸容量裕度變化，不考慮直流線路 周圍線路故障開斷對(duì)直流線路產(chǎn)生潮流轉(zhuǎn)移。
[0017] 所述線路比值具體計(jì)算公式為：
[0018]
[0019] 其中，Lli j為線路i對(duì)線路j的潮流轉(zhuǎn)移關(guān)聯(lián)度，N。為與線路i相連的線路j的總 數(shù)，N1為線路總數(shù)。
[0020] 本發(fā)明的有益效果在于：通過計(jì)算計(jì)算交直流電網(wǎng)中每條交流線路的權(quán)重值、線 路故障后的電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定、故障線路引起周圍線路傳輸容量裕度的變化量以及潮流轉(zhuǎn)移關(guān) 聯(lián)度，最終計(jì)算得到故障線路的線路比值；既考慮了連鎖故障發(fā)生過程中的潮流轉(zhuǎn)移，又考 慮了直流系統(tǒng)運(yùn)行特性，能快捷方便的對(duì)所有線路對(duì)于電網(wǎng)安全的關(guān)鍵性進(jìn)行定量分析， 對(duì)于電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)運(yùn)營管理中如何預(yù)防與控制連鎖故障具有重要指導(dǎo)意義。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明提供的交直流電網(wǎng)連鎖故障關(guān)鍵線路辨識(shí)方法流程圖；
[0022] 圖2是本發(fā)明提供的線路運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)值與線路的負(fù)載率關(guān)系圖；
[0023] 圖3是本發(fā)明提供的修改的CEPRI 36節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖，對(duì)實(shí)施例作詳細(xì)說明。
[0025] 實(shí)施例1
[0026] 圖1是本發(fā)明提供的交直流電網(wǎng)連鎖故障關(guān)鍵線路辨識(shí)方法流程圖。圖1中，本 發(fā)明提供的交直流電網(wǎng)連鎖故障關(guān)鍵線路辨識(shí)方法包括下列步驟：
[0027] 步驟1 :計(jì)算交直流電網(wǎng)中每條交流線路的權(quán)重值。
[0028] 線路的權(quán)重值是指該線路電抗標(biāo)幺值的倒數(shù)。假設(shè)α ,是線路j的權(quán)重值，則線 路j的權(quán)重值
[0029]
< 1 )
[0030] 在歸算電抗標(biāo)么值時(shí)，基準(zhǔn)電壓仏取為該線路額定電壓，XjS該線路的電抗，基準(zhǔn) 容量S B取100MVA。
[0031] 步驟2 :某條直流線路或者交流線路故障跳閘后，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算。
[0032] 暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算是指在電網(wǎng)潮流計(jì)算的穩(wěn)態(tài)結(jié)果的基礎(chǔ)上，突然受到大的干擾（如 發(fā)生短路故障、負(fù)荷瞬間發(fā)生較大的突變、切除大容量的發(fā)電、輸電或變電設(shè)備等）后，電 網(wǎng)的一個(gè)持續(xù)變化過程的計(jì)算。
[0033] 暫態(tài)穩(wěn)定的數(shù)學(xué)模型可歸結(jié)為網(wǎng)絡(luò)方程和微分方程聯(lián)立求解，即
[0034]
(2)
[0035] 具體的處理方法是：采用梯形隱式積分的迭代法，求解微分方程X ;采用直接三角 分解和迭代相結(jié)合的方法求解網(wǎng)絡(luò)方程Y ;微分方程和網(wǎng)絡(luò)方程兩者交替迭代，直至收斂， 以完成一個(gè)時(shí)段t的求解。
[0036] 步驟3 :暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算過程結(jié)束后，計(jì)算這條故障線路有功功率改變引起周圍線 路傳輸容量裕度的變化量。
[0037] 線路傳輸容量裕度是指線路實(shí)際運(yùn)行容量裕度與額定電流下的容量裕度的差值。 線路的傳輸容量裕度越大，其運(yùn)行狀態(tài)越安全，在連鎖故障傳播過程中越不容易因?yàn)檫^載 而切除。
[0038] 假設(shè)為線路j實(shí)際運(yùn)行時(shí)的傳輸容量裕度，定義
[0039]
[0040]
[0041]
[0042] 其中Rniax表示線路的最大運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)值，R s表示線路額定運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)值，％表示線路 實(shí)際運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)值。Mj表示額定運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)值（此時(shí)線路負(fù)載率為1)與線路的實(shí)際運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn) 值（此時(shí)線路負(fù)載率為r時(shí)）的差值。
[0043] 借用微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)中風(fēng)險(xiǎn)效用函數(shù)理論，認(rèn)為線路的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)值與線路的負(fù)載率是 邊際效用遞增的規(guī)律。如圖2所示，不妨假設(shè)線路的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)值R與線路的負(fù)載率r滿足 如下關(guān)系
[0044] R = er (4)
[0045] 實(shí)際上線路的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)值R與線路的負(fù)載率r可能并非滿足嚴(yán)格的指數(shù)函數(shù)關(guān) 系，但指數(shù)函數(shù)是滿足邊際效用遞增的，因此，這里不妨假設(shè)線路的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)值R與線路的 負(fù)載率r滿足式（4)對(duì)應(yīng)的關(guān)系。
[0046] 根據(jù)式⑶和式（4)，可知
[0047]
(5)
[0048] 假設(shè)Fj為線路i故障后，線路j的傳輸容量裕度的變化量，定義
[0049] Fj = M j 前-Mj 后（6)
[0050] 線路故障前后，額定的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)值只與線路運(yùn)行在額定電流情況下的負(fù)載率有 關(guān)。一般來說，線路的額定電流是不變的，因此，線路故障前后的額定運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)值也是固定 不變的。綜合式（5)和式（6)可知
[0051] C 7)
[0052] 其中，4后表示線路i故障后，線路j的實(shí)際運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)值'iir;表示線路i故障前， 線路j的實(shí)際運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)值。
[0053] 將式（7)與線路額定運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)值'進(jìn)行比較，重新獲得：
[0054] (8)
[0055] 式⑶可以看至I」，線路運(yùn)行在額定電流時(shí)的事故風(fēng)險(xiǎn)4?樾大，它的容量裕度就越 小，