一種基于灰色關(guān)聯(lián)分析法的電壓穩(wěn)定故障篩選與排序方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于灰色關(guān)聯(lián)分析法的電壓穩(wěn)定故障篩選與排序方法，確定電力系統(tǒng)中電壓穩(wěn)定故障嚴重程度的指標；計算得到各指標的值；根據(jù)各指標形成初始化決策矩陣；標準化初始化決策矩陣，得到標準化決策矩陣；根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析法計算關(guān)聯(lián)系數(shù)及灰色關(guān)聯(lián)度；篩選得到故障篩選綜合指標，并根據(jù)故障篩選綜合指標得到故障嚴重程度排序結(jié)果。本發(fā)明提出的方法更全面、有效的反映故障嚴重情況，以便運行調(diào)度人員及時采取相應(yīng)的預(yù)防校正措施，減少事故擾動對于電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的影響，對于指導(dǎo)實際電網(wǎng)可靠運行具有重要意義。
【專利說明】
一種基于灰色關(guān)聯(lián)分析法的電壓穩(wěn)定故障篩選與排序方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種基于灰色關(guān)聯(lián)分析法的電壓穩(wěn)定故障篩 選與排序方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)運行和規(guī)劃中，分析各種事故狀態(tài)下系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性是一項基本任 務(wù)。近年來，由于電壓穩(wěn)定問題引起了多起大停電事故，因此電壓穩(wěn)定安全評估也越來越受 到運行人員和研究人員的重視，這對電壓穩(wěn)定分析的方法和結(jié)果也提出了更高的要求。電 壓穩(wěn)定分析重要內(nèi)容之一是故障篩選與排序。在復(fù)雜的電力系統(tǒng)中，預(yù)想故障的數(shù)目龐大， 而對于某一運行方式下，只有很少部分的故障對系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有較大影響，屬嚴重故障， 需要深入研究。如何快速而準確地識別出這些嚴重事故，以滿足電壓穩(wěn)定分析要求，對于指 導(dǎo)實際電網(wǎng)可靠運行具有重要意義。
[0003] 電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性與負荷特性、負荷容量、發(fā)電機無功支撐情況及輸電線路情 況密切相關(guān)。對于短路后的感應(yīng)電動機負荷而言，其在系統(tǒng)短路故障后的電壓恢復(fù)過程中 要從電網(wǎng)吸收大量無功功率，區(qū)域無功功率平衡惡化，容易引起電壓失穩(wěn)。通常，短路故障 后各類負荷的有功功率和無功功率會以或快或慢的速度恢復(fù)到一定的水平短路，若系統(tǒng)無 功不足，負荷的恢復(fù)特性會引起負荷母線電壓下降。發(fā)電機對負荷的無功支撐作用也是影 響系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的重要因素，受端電網(wǎng)無功缺額大時，發(fā)電機的勵磁裝置可通過快速勵磁 調(diào)節(jié)系統(tǒng)使發(fā)電機節(jié)向系統(tǒng)提供較大無功支撐，并使機端電壓維持一定水平。不同輸電線 路故障對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定影響程度也不同，在同一節(jié)點不同線路上發(fā)生短路故障時，周圍發(fā) 電機對故障節(jié)點的無功功率傳輸路徑不同，若大量無功功率遠距離傳輸將造成線路較大壓 降，對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性造成嚴重影響。因此，從負荷特性、負荷容量、發(fā)電機無功支撐情況及 輸電線路情況來評估故障嚴重程度可以使篩選結(jié)果更加合理有效。
[0004]目前已有不少關(guān)于故障篩選與排序方法，大部分采用求解事故前及事故后的潮流 解來評估故障嚴重情況，方法較為單一且在全面反映故障特征方面稍有欠缺。因此，尋求一 種能夠從多方面考慮電壓穩(wěn)定相關(guān)因素的綜合故障篩選與排序計算方法尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明提供的一種基于灰色關(guān)聯(lián)分析法的電壓穩(wěn)定故障篩選與排序方 法，該方法更全面、有效的反映故障嚴重情況，以便運行調(diào)度人員及時采取相應(yīng)的預(yù)防校正 措施，減少事故擾動對于電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的影響，對于指導(dǎo)實際電網(wǎng)可靠運行具有重要意義。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0007] -種基于灰色關(guān)聯(lián)分析法的電壓穩(wěn)定故障篩選與排序方法，所述方法包括如下步 驟：
[0008] 步驟1.確定電力系統(tǒng)中電壓穩(wěn)定故障嚴重程度的指標；
[0009]步驟2.計算得到各所述指標的值；
[0010] 步驟3.根據(jù)各所述指標形成初始化決策矩陣；
[0011] 步驟4.標準化所述初始化決策矩陣，得到標準化決策矩陣；
[0012] 步驟5.根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析法計算關(guān)聯(lián)系數(shù)及灰色關(guān)聯(lián)度；
[0013] 步驟6.篩選得到故障篩選綜合指標，并根據(jù)所述故障篩選綜合指標得到故障嚴重 程度排序結(jié)果。
[0014] 優(yōu)選的，所述步驟1包括：
[0015] 根據(jù)感應(yīng)電動機端電壓、電力系統(tǒng)短路故障后的各類負荷的有功功率和無功功 率、及輸電線路發(fā)生故障退出運行后會引起的所述電力系統(tǒng)的潮流轉(zhuǎn)移，確定電力系統(tǒng)中 電壓穩(wěn)定故障嚴重程度的指標；
[0016] 所述電壓穩(wěn)定故障嚴重程度的指標包括感應(yīng)電動機的反饋短路電流量化指標、節(jié) 點注入功率量化指標及支路感應(yīng)電動機反饋短路電流量化指標。
[0017] 優(yōu)選的，所述步驟2包括：
[0018] 2-1.計算所述感應(yīng)電動機的反饋短路電流量化指標：
[0019] Imfi = Imfil-Imf i2 (1)
[0020] 式（1)中，Imfi為節(jié)點i感應(yīng)電動機反饋短路電流，Imfii為節(jié)點i計入感應(yīng)電動機負 荷時節(jié)點短路電流，Imfi2為節(jié)點i不計感應(yīng)電動機負荷時節(jié)點短路電流；
[0021 ] 2-2. i+宣所i術(shù)書' ?炸入功率量化指標：
[0022]
(.2):
[0023] 式(2)中，P/為考慮發(fā)電機無功支撐作用的節(jié)點i注入功率和，Pi為節(jié)點i及與其存 在電氣距離的其他節(jié)點的注入功率和，Pcj為節(jié)點i在標準范圍內(nèi)的發(fā)電機容量，ki為發(fā)電機 支撐系數(shù)，η為發(fā)電機臺數(shù)，j為某臺發(fā)電機；
[0024] 2-3.計算所述支路感應(yīng)電動機反饋短路電流量化指標：
[0025] Izln= Izlnl-Izln2 (3)
[0026] 式(3)中，Izln為支路η感應(yīng)電動機反饋短路電流，Izlnl為計入感應(yīng)電動機負荷時支 路η短路電流，I zln2為不計感應(yīng)電動機負荷時支路η短路電流。
[0027]優(yōu)選的，所述步驟3包括：
[0028] 根據(jù)所述反饋短路電流量化指標、節(jié)點注入功率量化指標及支路感應(yīng)電動機反饋 短路電流量化指標，建立初始化決策矩陣X:
[0029] X=(xi，y )n，Xm， (4)
[0030] 式(4)中，r/為評價對象個數(shù)，n/為指標個數(shù)，X1'/為對應(yīng)的各指標原始數(shù)值，且I [0031]優(yōu)選的，所述步驟4包括：
[0032] 4-1.標準化所述初始化決策矩陣，得到標準化決策矩陣R= (ivy Vxv ,ivy e [0， 1];
[0033]其中，標準化決策矩陣R中的元素的計算公式為：
[0034]
(5〉
[0035] 4-2.根據(jù)所述標準化決策矩陣R，得到各個所述指標的最優(yōu)值r*/及虛擬理想解 R*y :
[0036]
(6.)
[0037] 4-3.將所述虛擬理想解繪制為參考序列曲線。
[0038]優(yōu)選的，所述步驟5包括：
[0039] 5-1.計算得到所述灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，并建立評價對象與所述虛擬理想解的灰色關(guān)聯(lián) 系數(shù)矩陣；
[0040] 5-2.計算所述評價對象與所述虛擬解的灰色關(guān)聯(lián)度。
[00411優(yōu)選的，所述5-1包括：
[0042] a.計算第V個評價對象在第Υ個指標上與所述虛擬理想解的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)^/:
[0043]
17)
[0044] 式⑴中，pe[0，l為分辨系數(shù)，n'為評價對象個數(shù)，n/為指標個數(shù)，1彡i'彡n'，1彡 Jv Sm，為標準化決策矩陣R中的元素，為各個所述指標的最優(yōu)值。
[0045] b.建立評價對象與所述虛擬理想解的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣R+:
[0046] R+= [EijJn7 Xm7 (8) 0
[0047] 優(yōu)選的，所述5-2包括：
[0048]根據(jù)權(quán)重向量，計算第V個評價對象與所述虛擬理想解的灰色關(guān)聯(lián)度61':
[0049]
(9)
[0050] 式(9)中，wy為第y個指標的權(quán)重；ει' y為第V個評價對象在第y個指標上與所述 虛擬理想解的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)。
[0051 ]優(yōu)選的，所述步驟6包括：
[0052] 6-1.根據(jù)仿真計算所得數(shù)據(jù)建立初始決策化矩陣X= (Imf，P人Izi)，其中Imf為節(jié)點 感應(yīng)電動機反饋短路電流列向量，P7為節(jié)點注入功率列向量，Izi為支路感應(yīng)電動機反饋短 路電流列向量；
[0053] 6-2.對所述指標進行標準化處理，得到標準化決策矩陣R= (Imf/，Pi〃，Izlr/ )，其 中R中的故障篩選綜合指標Imf/、Pi"及Izi/的計算公式為：
[0054]
(105
[0055] 式（10)中，Imf/為標準化節(jié)點感應(yīng)電動機反饋短路電流列向量，Pi"為標準化節(jié)點 注入功率列向量，Izlr/為標準化支路感應(yīng)電動機反饋短路電流列向量；
[0056] 6-3.建立評價對象與理想解的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣i?+計算各所述 1Mf Ij 2Zl 故障篩選綜合指標F mf、p〃及V Zi的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)氣·/，&及4,: (11)
[0057]
[0058] 式（11)中，pe[0, I ]為分辨系數(shù)，氣_,為感應(yīng)電動機反饋短路電流關(guān)聯(lián)系數(shù)列向 量，i為節(jié)點下注功率關(guān)聯(lián)系數(shù)列向量，氣,為支路感應(yīng)電動機反饋短路電流關(guān)聯(lián)系數(shù)列向 量；
[0059] 6-4.根據(jù)權(quán)重向量，計筧i及I的灰色關(guān)聯(lián)度Gi':
[0060]
(12)
[0061] 式（12)中，W1為感應(yīng)電動機反饋短路電流的權(quán)重，w2為節(jié)點注入功率的權(quán)重，奶為 支路感應(yīng)電動機反饋短路電流的權(quán)重；
[0062] 6-5.根據(jù)所述灰色關(guān)聯(lián)度G 〃值，綜合故障多方面因素對其嚴重程度進行篩選與排 序，得到故障嚴重程度排序結(jié)果。
[0063] 從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供了一種基于灰色關(guān)聯(lián)分析法的電壓穩(wěn)定 故障篩選與排序方法，確定電力系統(tǒng)中電壓穩(wěn)定故障嚴重程度的指標;計算得到各指標的 值;根據(jù)各指標形成初始化決策矩陣;標準化初始化決策矩陣，得到標準化決策矩陣;根據(jù) 灰色關(guān)聯(lián)分析法計算關(guān)聯(lián)系數(shù)及灰色關(guān)聯(lián)度;篩選得到故障篩選綜合指標，并根據(jù)故障篩 選綜合指標得到故障嚴重程度排序結(jié)果。本發(fā)明提出的方法更全面、有效的反映故障嚴重 情況，以便運行調(diào)度人員及時采取相應(yīng)的預(yù)防校正措施，減少事故擾動對于電網(wǎng)電壓穩(wěn)定 的影響，對于指導(dǎo)實際電網(wǎng)可靠運行具有重要意義。
[0064]與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果：
[0065] 1、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案中，利用感應(yīng)電動機反饋短路電流大小反映感應(yīng)電動 機負荷的多少，表征短路故障對馬達負荷的沖擊影響；利用節(jié)點下注功率描述負荷在故障 后大量吸收無功功率及負荷恢復(fù)特性對電壓穩(wěn)定性影響，并考慮發(fā)電機對負荷的無功支撐 作用；利用各支路感應(yīng)電動機反饋短路電流反映此支路對相應(yīng)節(jié)點短路故障嚴重程度影 響。
[0066] 2、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，綜合感應(yīng)電動機反饋短路電流、節(jié)點注入功率及發(fā) 電機支撐、支路感應(yīng)電動機馬達短路電流三方面因素，給出負荷、發(fā)電機及輸電線路對系統(tǒng) 電壓穩(wěn)定的影響程度，從電壓穩(wěn)定機理上反映故障嚴重情況;針對單一指標的局限性，采用 灰色關(guān)聯(lián)分析法計算故障篩選綜合指標，使該方法更能有效的篩選出系統(tǒng)嚴重故障。
[0067] 3、本發(fā)明提供的技術(shù)方案，應(yīng)用廣泛，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。
【附圖說明】
[0068]圖1是本發(fā)明的一種基于灰色關(guān)聯(lián)分析法的電壓穩(wěn)定故障篩選與排序方法的流程 圖；
[0069] 圖2是本發(fā)明的方法中步驟2的流程示意圖；
[0070] 圖3是本發(fā)明的方法中步驟4的流程示意圖；
[0071] 圖4是本發(fā)明的方法中步驟5的流程示意圖；
[0072] 圖5是本發(fā)明的方法中步驟6的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0073]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實 施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0074]如圖1所示，本發(fā)明提供一種基于灰色關(guān)聯(lián)分析法的電壓穩(wěn)定故障篩選與排序方 法，包括如下步驟：
[0075]步驟1.確定電力系統(tǒng)中電壓穩(wěn)定故障嚴重程度的指標；
[0076]步驟2.計算得到各指標的值；
[0077] 步驟3.根據(jù)各指標形成初始化決策矩陣；
[0078] 步驟4.標準化初始化決策矩陣，得到標準化決策矩陣；
[0079] 步驟5.根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析法計算關(guān)聯(lián)系數(shù)及灰色關(guān)聯(lián)度；
[0080] 步驟6.篩選得到故障篩選綜合指標，并根據(jù)故障篩選綜合指標得到故障嚴重程度 排序結(jié)果。
[0081] 其中，步驟1包括：
[0082] 根據(jù)感應(yīng)電動機端電壓、電力系統(tǒng)短路故障后的各類負荷的有功功率和無功功 率、及輸電線路發(fā)生故障退出運行后會引起的電力系統(tǒng)的潮流轉(zhuǎn)移，確定電力系統(tǒng)中電壓 穩(wěn)定故障嚴重程度的指標；
[0083] 電壓穩(wěn)定故障嚴重程度的指標包括感應(yīng)電動機的反饋短路電流量化指標、節(jié)點注 入功率量化指標及支路感應(yīng)電動機反饋短路電流量化指標。
[0084] 如圖2所示，步驟2包括：
[0085] 2-1.計算感應(yīng)電動機的反饋短路電流量化指標：
[0086] Imfi = Imf il~Imf i2 (1)
[0087] 式（1)中，Imfi為節(jié)點i感應(yīng)電動機反饋短路電流，Imfil為節(jié)點i計入感應(yīng)電動機負 荷時節(jié)點短路電流，Imfi2為節(jié)點i不計感應(yīng)電動機負荷時節(jié)點短路電流；
[0088I 2-2.計算節(jié)點注入功率量化指標：
[0089]
(2)
[0090]式(2)中，P/為考慮發(fā)電機無功支撐作用的節(jié)點i注入功率和，Pi為節(jié)點i及與其存 在電氣距離的其他節(jié)點的注入功率和，Pcj為節(jié)點i在標準范圍內(nèi)的發(fā)電機容量，ki為發(fā)電機 支撐系數(shù)，η為發(fā)電機臺數(shù)，j為某臺發(fā)電機；
[0091] 2-3.計算支路感應(yīng)電動機反饋短路電流量化指標：
[0092] IzIn=Izlnl-Izln2 (3)
[0093]式(3)中，Izln為支路η感應(yīng)電動機反饋短路電流，Izlnl為計入感應(yīng)電動機負荷時支 路η短路電流，Izln2為不計感應(yīng)電動機負荷時支路η短路電流。
[0094] 其中，步驟3包括：
[0095] 根據(jù)反饋短路電流量化指標、節(jié)點注入功率量化指標及支路感應(yīng)電動機反饋短路 電流量化指標，建立初始化決策矩陣X:
[0096] X = (x^ y )n7 Xm7 (4)
[0097] 式(4)中，r/為評價對象個數(shù)，n/為指標個數(shù)，X1^為對應(yīng)的各指標原始數(shù)值，且I 。
[0098] 如圖3所示，步驟4包括：
[00"] 4-1.標準化初始化決策矩陣，得到標準化決策矩陣R= (ri'y Vxm^riy e [0，1];
[0100] 其中，標準化決策矩陣R中的元素^，的計算公式為：
[0101]
(5)
[0102] 4-2.根據(jù)標準化決策矩陣R，得到各個指標的最優(yōu)值及虛擬理想解R*y:
[0103]
(6)
[0104] 其中，虛擬理想解R*y為最優(yōu)值r*y的解集；
[0105] 4-3.將虛擬理想解繪制為參考序列曲線。
[0106] 如圖4所示，步驟5包括：
[0107] 5-1.計算得到灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，并建立評價對象與虛擬理想解的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩 陣；
[0108] 5-2.計算評價對象與虛擬解的灰色關(guān)聯(lián)度。
[0109] 其中，5-1包括：
[0110] a.計算第V個評價對象在第y個指標上與虛擬理想解的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù):
[0111]
[0112] 式⑴中，pe[0，l為分辨系數(shù)，n'為評價對象個數(shù)，n/為指標個數(shù)，1彡i'彡n'，1彡 Jv Sm，為標準化決策矩陣R中的元素，為各個指標的最優(yōu)值。
[0113] b.建立評價對象與虛擬理想解的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣R+:
[0114] R+=[ei，y ]n，Xm， （8)。
[0115] 其中，5-2包括：
[0116]根據(jù)權(quán)重向量，計算第V個評價對象與虛擬理想解的灰色關(guān)聯(lián)度G1':
[0117]
(9>
[0118] 式(9)中，wy為第個指標的權(quán)重;為第V個評價對象在第個指標上與虛擬 理想解的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)。
[0119] 如圖5所示，步驟6包括：
[0120] 6-1.根據(jù)仿真計算所得數(shù)據(jù)建立初始決策化矩陣X= (Imf V，Li)，其中Imf為節(jié)點 感應(yīng)電動機反饋短路電流列向量，P7為節(jié)點注入功率列向量，Izi為支路感應(yīng)電動機反饋短 路電流列向量；
[0121] 6-2.對指標進行標準化處理，得到標準化決策矩陣R= ( Imf/，Pi〃，Izlr/ )，其中R中 的故障篩選綜合指標Imf/、Pi"及Izi/的計算公式為：
[0122]
(10)
[0123] 式（10)中，Imf/為標準化節(jié)點感應(yīng)電動機反饋短路電流列向量，Pi"為標準化節(jié) 點注入功率列向量，Izlr/為標準化支路感應(yīng)電動機反饋短路電流列向量；
[0124] 6-3 .建立評價對象與理想解的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣
計算各故障 篩選綜合指標I f、p〃及疒Zi的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)氣# A及氣：
(11)
[0125]
[0126] 式（11)中，pe [0，1]為分辨系數(shù)，氣,,為感應(yīng)電動機反饋短路電流關(guān)聯(lián)系數(shù)列向 量，$為節(jié)點下注功率關(guān)聯(lián)系數(shù)列向量，為支路感應(yīng)電動機反饋短路電流關(guān)聯(lián)系數(shù)列向 量；
[0127] 6-4.根據(jù)權(quán)重向量，計算，％及的灰色關(guān)聯(lián)度Gi':
[0128]
(1:2):
[0129] 式（12)中，W1為感應(yīng)電動機反饋短路電流的權(quán)重，w2為節(jié)點注入功率的權(quán)重，奶為 支路感應(yīng)電動機反饋短路電流的權(quán)重；
[0130] 6-5.根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度G 〃值，綜合故障多方面因素對其嚴重程度進行篩選與排序， 得到故障嚴重程度排序結(jié)果。
[0131] 本發(fā)明提供一種基于灰色關(guān)聯(lián)分析法的電壓穩(wěn)定故障篩選與排序方法的具體應(yīng) 用例，如下：
[0132] (1)故障篩選與排序量化指標計算
[0133] (a)確定感應(yīng)電動機的反饋短路電流量化指標
[0134] 感應(yīng)電動機作為電力系統(tǒng)中最主要的動態(tài)負荷，是影響電壓穩(wěn)定的關(guān)鍵因素之 一。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障后，感應(yīng)電動機負荷在故障恢復(fù)期間從系統(tǒng)吸收的無功功率增加， 區(qū)域無功平衡惡化，容易引發(fā)電壓失穩(wěn)。感應(yīng)電動機負荷容量的大小將直接影響其遭受短 路沖擊后多吸無功功率的多少。本文采用短路后感應(yīng)電動機反饋短路電流來表征其容量大 小，原理如下：
[0135] 系統(tǒng)發(fā)生短路瞬間，感應(yīng)電動機端電壓下降，電動機電勢值大于端電壓，電動機處 于發(fā)電機狀態(tài)，向短路點反饋短路電流。感應(yīng)電動機反饋短路電流大小與啟動電抗呈反比； 隨著感應(yīng)電動機容量的增大，啟動電抗減小，反饋的短路電流增大。
[0136] 感應(yīng)電動機反饋短路電流大，則感應(yīng)電動機負荷容量大，短路故障對其造成的沖 擊影響大，在故障恢復(fù)期間吸收無功功率多，使系統(tǒng)電壓穩(wěn)定所受影響嚴重。因此可通過感 應(yīng)電動機反饋短路電流來評估故障嚴重程度。
[0137] 本文感應(yīng)電動機反饋短路電流指標計算公式如下：
[0138] Imfi = Imfil-Imf i2 (1)
[0139] 式中Imfi為節(jié)點i感應(yīng)電動機反饋短路電流，Imfii為節(jié)點i計及感應(yīng)電動機負荷時 節(jié)點短路電流，Imfl2為節(jié)點i不計感應(yīng)電動機負荷時節(jié)點短路電流。該指標為正指標，其值 越大說明短路故障對節(jié)點感應(yīng)電動機負荷沖擊影響大，此站點故障情況嚴重。
[0140] (b)確定節(jié)點注入功率量化指標
[0141] 系統(tǒng)電壓穩(wěn)定與負荷動態(tài)特性密切相關(guān)。短路故障后各類負荷的有功功率和無功 功率會以或快或慢的速度恢復(fù)到一定的水平，當(dāng)系統(tǒng)無功不足時，負荷的恢復(fù)特性會引起 負荷母線電壓下降，負荷越多，其恢復(fù)特性引起的壓降越大，越不利于系統(tǒng)電壓穩(wěn)定。另外， 發(fā)電機對負荷的無功支撐作用也是影響系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的重要因素。不同發(fā)電機容量和勵磁 系統(tǒng)各有差異，若發(fā)電機在節(jié)點短路故障后能夠迅速提供較大無功支撐，則系統(tǒng)電壓易于 恢復(fù)穩(wěn)定。
[0142] 正常運行條件下，節(jié)點注入功率的大小可表征各節(jié)點下負荷的多少。為避免將注 入功率大且周圍有較多發(fā)電機支撐的節(jié)點誤認為故障嚴重節(jié)點，在考慮節(jié)點注入功率時還 要計及周圍發(fā)電機的無功支撐作用?？紤]發(fā)電機支撐作用的節(jié)點注入功率為：
[0143]
(.:2)
[0144] 式中P/為考慮發(fā)電機無功支撐作用的節(jié)點i注入功率和，P1為節(jié)點i及距其一定電 氣距離節(jié)點的注入功率和，Pcj為節(jié)點i 一定范圍內(nèi)的發(fā)電機容量，ki為節(jié)點i 一定范圍內(nèi)的 發(fā)電機在短路故障后一定時間內(nèi)提供的無功功率超過其容量的倍數(shù)，這里定義為發(fā)電機支 撐系數(shù)，η為發(fā)電機臺數(shù)。該指標為正指標，其值越大說明此站點負荷重發(fā)電機支撐較弱，此 站點故障情況嚴重。
[0145] (c)確定支路感應(yīng)電動機反饋短路電流量化指標
[0146] 研究分析表明，某些關(guān)鍵輸電線路發(fā)生故障退出運行，可能會引起系統(tǒng)中潮流大 范圍轉(zhuǎn)移，甚至導(dǎo)致其他線路潮流或電壓越限。因此，不同輸電線路故障對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定影 響程度也不同。同一節(jié)點不同線路發(fā)生短路故障時，周圍發(fā)電機對故障節(jié)點的無功功率傳 輸路徑不同，若大量無功功率遠距離傳輸將造成線路較大壓降，對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性造成嚴 重影響。本文采用支路感應(yīng)電動機反饋短路電流表征不同輸電線路對故障嚴重程度的影 響。支路感應(yīng)電動機反饋短路電流計算公式如下：
[0147] Izln= Izlnl-Izln2 (3)
[0148] 式中Izln為支路η感應(yīng)電動機反饋短路電流，IzlnlS計及感應(yīng)電動機負荷時支路η 短路電流，Izin2S不計感應(yīng)電動機負荷時支路η短路電流。該指標為正指標，其值越大說明 此支路故障情況越嚴重。
[0149] (2)灰色關(guān)聯(lián)分析法
[0150] (a)建立決策矩陣及標準化處理
[0151 ]假設(shè)有Y個評價對象，n/個指標，相對應(yīng)的各指標原始數(shù)值為^^ (I< V Sr/，1 彡Jv彡n/ )，建立初始決策矩陣X= (Xl'y Vxm'。由于各指標屬性及量綱不同不具可比性，對 原始指標進行標準化處理。本文全部為正向指標，對于正向指標標準化處理公式如下：
[0152]
⑷
[0153] 原始矩陣X經(jīng)標準化處理后，得到標準化決策矩陣R=(I^y)n'Xn/，ιγ y e [0，1]，由 R可得到每個指標的最優(yōu)值=HiaxiYy及虛擬理想解:R*y =[r*i，r*2,......rw ]，以虛擬 理想解作參考序列曲線。
[0154] 2)計算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)和灰色關(guān)聯(lián)度
[0155] 計算第V個評價對象在第y個指標上與理想解的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)
[0156]
(5)
[0157] 式中pe [0，1 ]為分辨系數(shù)，多數(shù)情況下取值〇. 5。
[0158] 建立評價對象與理想解的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣：
[0159] R+=[ei，y ]n，Xm， (6)
[0160] 引進權(quán)重向量，計算第i '個評價對象與理想解的灰色關(guān)聯(lián)度：
[0161]
[0162] 式中W為第個指標的權(quán)重;G〃可表征評價對象V與理想解的整體關(guān)聯(lián)程度。根 據(jù)計算得出的灰色關(guān)聯(lián)度的大小，可以綜合故障多方面因素對其嚴重程度進行篩選與排 序。
[0163] (3)灰色關(guān)聯(lián)分析法計算故障篩選與排序綜合指標
[0164] (a)建立決策矩陣及標準化處理
[0165] 根據(jù)仿真計算所得數(shù)據(jù)建立初始決策化矩陣X= (Imf，P人Izi)，其中為1^節(jié)點感應(yīng) 電動機反饋短路電流列向量，P7為節(jié)點注入功率列向量，Izi為支路感應(yīng)電動機反饋短路電 流列向量。本文全部為正向指標，對于正向指標標準化處理公式如下：
[0166] (8)
[0167] (9)
[0168] ( ,0)
[0169]原始矩陣X經(jīng)標準化處理后，得到標準化決策矩陣Rza'fyzOjmsrmf 為標準化節(jié)點感應(yīng)電動機反饋短路電流列向量，P"為標準化節(jié)點注入功率列向量，17 Zi為標 準化支路感應(yīng)電動機反饋短路電流列向量。
[0172] ( ! 1 ;>
[0170] 2)計算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)和灰色關(guān)聯(lián)度[0171] 根據(jù)公式(5)計算各指標灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)
[0175] 式中P e [0，1 ]為分辨系數(shù)，多數(shù)情況下取值〇. 5。
[0173] !2；
[0174] U3；
[0176] 建立評價對象與理想解的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩￥
其中氣"為感應(yīng)電 動機反饋短路電流關(guān)聯(lián)系數(shù)列向量，4為節(jié)點下注功率關(guān)聯(lián)系數(shù)列向量，氣,為支路感應(yīng) 電動機反饋短路電流關(guān)聯(lián)系數(shù)列向量。
[0177] 引進權(quán)重向量，計算灰色關(guān)聯(lián)度：
[0178]
[0179] 式中W1為感應(yīng)電動機反饋短路電流的權(quán)重，W2為節(jié)點注入功率的權(quán)重，奶為支路感 應(yīng)電動機反饋短路電流的權(quán)重，G〃可表征故障V的綜合指標。根據(jù)計算得出的G〃大小，可 以綜合故障多方面因素對其嚴重程度進行篩選與排序，Gr越大，故障越嚴重。
[0180] 采用湖南電網(wǎng)2016年某方式下數(shù)據(jù)對所提指標進行驗證，負荷模型為65%感應(yīng)電 動機+35 %恒定阻抗綜合負荷模型。
[0181] (1)應(yīng)用SCCP短路電流計算程序計算各站點短路電流，計算條件為基于潮流結(jié)果、 忽略非標準變比，分別計算計及感應(yīng)電動機負荷與不計感應(yīng)電動機負荷時的站點短路電 流。根據(jù)式(1)，計算感應(yīng)電動機反饋短路電流指標Imf結(jié)果如下：
[0182] 表1感應(yīng)電動機反饋短路電流
[0184] (2)考慮研宄站點周圍220kV層面一定范圍內(nèi)總?cè)萘繛?258MW的機組的無功功率 支撐作用，采用電力系統(tǒng)仿真軟件BPA仿真結(jié)果表明，同一發(fā)電機在不同站點短路時發(fā)電機 支撐系數(shù)k不同。取同一站點短路時所有發(fā)電機支撐系數(shù)平均值作為此站點最終發(fā)電機支 撐系數(shù)值。經(jīng)計算得，鶴嶺短路時k取0.27，星城、沙坪和鼎功短路時k取0.19，民豐短路時k 取0.05。根據(jù)式(2)，計算各站點及距本站一定電氣距離站點的注入功率和P/結(jié)果如下：
[0185] 表2站點注入功率
[0187] (3)根據(jù)式(3)，計算分支的感應(yīng)電動機反饋短路電流結(jié)果如下：
[0188] 表3分支感應(yīng)電動機反饋短路電流
[0190] (4)計算初始決策矩陣及標準化處理
[0191] 由感應(yīng)電動機短路反饋電流、節(jié)點注入功率及支路感應(yīng)電動機短路反饋電流得到 初始決策矩陣：
(15)
[0193] (15)
[0194] 三個指標均為正向指標，按照式(8)、（9)及（10)對原始矩陣進行標準化處理，得到 標準化決策矩陣：
^ 16)
[0196] (5)計算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)及灰色關(guān)聯(lián)度
[0197] 根據(jù)R得到理想解，根據(jù)式（11)、（12)及（13)計算不同故障與理想解的灰色關(guān)聯(lián)系 數(shù)，得到灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣： (17)
[0199] 各指標取相等權(quán)重，根據(jù)式（14)計算不同故障的灰色關(guān)聯(lián)度，并以此為故障篩選 綜合指標，計算結(jié)果與排名如下：
[0200] 表4綜合指標
[0202] (6)綜合指標排序結(jié)果仿真驗證
[0203] 采用PSD-BPA仿真程序仿真驗證不同線路不同側(cè)故障的極限切除時間來描述其故 障嚴重情況。極限切除時間越短說明此故障越嚴重。仿真結(jié)果基本驗證了按指標排序的故 障嚴重情況，說明了此指標的準確性。仿真結(jié)果如下表：
[0204] 表5線路故障極限切除時間
[0207]以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對 本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對本發(fā)明的【具體實施方式】進 行修改或者等同替換，而這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均在 申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于灰色關(guān)聯(lián)分析法的電壓穩(wěn)定故障篩選與排序方法，其特征在于，所述方法 包括如下步驟： 步驟1.確定電力系統(tǒng)中電壓穩(wěn)定故障嚴重程度的指標； 步驟2.計算得到各所述指標的值； 步驟3.根據(jù)各所述指標形成初始化決策矩陣； 步驟4.標準化所述初始化決策矩陣，得到標準化決策矩陣； 步驟5.根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析法計算關(guān)聯(lián)系數(shù)及灰色關(guān)聯(lián)度； 步驟6.篩選得到故障篩選綜合指標，并根據(jù)所述故障篩選綜合指標得到故障嚴重程度 排序結(jié)果。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟1包括： 根據(jù)感應(yīng)電動機端電壓、電力系統(tǒng)短路故障后的各類負荷的有功功率和無功功率、及 輸電線路發(fā)生故障退出運行后會引起的所述電力系統(tǒng)的潮流轉(zhuǎn)移，確定電力系統(tǒng)中電壓穩(wěn) 定故障嚴重程度的指標； 所述電壓穩(wěn)定故障嚴重程度的指標包括感應(yīng)電動機的反饋短路電流量化指標、節(jié)點注 入功率量化指標及支路感應(yīng)電動機反饋短路電流量化指標。3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟2包括： 2-1.計算所述感應(yīng)電動機的反饋短路電流量化指標： Imf i - Imf il-Imf i2 ( 1 ) 式(1)中，Imfi為節(jié)點i感應(yīng)電動機反饋短路電流，Imfil為節(jié)點i計入感應(yīng)電動機負荷時節(jié) 點短路電流，Imfi2為節(jié)點i不計感應(yīng)電動機負荷時節(jié)點短路電流； 2-2.計算所述節(jié)點注入功率量化指標：式(2)中，Pi'為考慮發(fā)電機無功支撐作用的節(jié)點i注入功率和，Pi為節(jié)點i及與其存在電 氣距離的其他節(jié)點的注入功率和，為節(jié)點i在標準范圍內(nèi)的發(fā)電機容量，lu為發(fā)電機支撐 系數(shù)，η為發(fā)電機臺數(shù)，j為某臺發(fā)電機； 2-3.計算所述支路感應(yīng)電動機反饋短路電流量化指標： Izln-Izlnl-Izln2 ( 3 ) 式(3)中，Izln為支路η感應(yīng)電動機反饋短路電流，Izlnl為計入感應(yīng)電動機負荷時支路η短 路電流，I ζιη2為不計感應(yīng)電動機負荷時支路η短路電流。4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟3包括： 根據(jù)所述反饋短路電流量化指標、節(jié)點注入功率量化指標及支路感應(yīng)電動機反饋短路 電流量化指標，建立初始化決策矩陣X: X= (Xi，j，Vxm， (4) 式(4)中，n'為評價對象個數(shù)，m'為指標個數(shù)，Χι?，為對應(yīng)的各指標原始數(shù)值，且l<i'< η '，K j ' '。5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟4包括： 4-1.標準化所述初始化決策矩陣，得到標準化決策矩陣R = (ri1 j1 Vxmsri1 j1 e [〇，1]; 其中，標準化決策矩陣R中的元素^^，的計算公式為：4-2.根據(jù)所述標準化決策矩陣R，得到各個所述指標的最優(yōu)值r*」，及虛擬理想解R*y:4- 3.將所述虛擬理想解繪制為參考序列曲線。6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟5包括： 5- 1.計算得到所述灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，并建立評價對象與所述虛擬理想解的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù) 矩陣； 5- 2.計算所述評價對象與所述虛擬解的灰色關(guān)聯(lián)度。7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述5-1包括： a. 計算第i'個評價對象在第j'個指標上與所述虛擬理想解的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)εη，：式(7)中，P e [〇，1 ]為分辨系數(shù)，η '為評價對象個數(shù)，m'為指標個數(shù)， 1彡V彡Y，1彡j"彡m，1 S/_ , 1 S./ i、，'ri，」，為標準化決策矩陣R中的元素，r*」，為各 個所述指標的最優(yōu)值。 b. 建立評價對象與所述虛擬理想解的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣R+: R+|>i'y ]n'xm' (8) 〇8. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述5-2包括： 根據(jù)權(quán)重向量，計算第i '個評價對象與所述虛擬理想解的灰色關(guān)聯(lián)度仏，：式(9)中，為第j'個指標的權(quán)重；ει?，為第i'個評價對象在第j'個指標上與所述虛擬 理想解的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)。9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟6包括： 6- 1.根據(jù)仿真計算所得數(shù)據(jù)建立初始決策化矩陣X= (Imf，P'，Izi)，其中Imf為節(jié)點感應(yīng) 電動機反饋短路電流列向量，P'為節(jié)點注入功率列向量，Izi為支路感應(yīng)電動機反饋短路電 流列向量； 6-2 .對所述指標進行標準化處理，得到標準化決策矩陣R = ( Imfi '，Pi〃，Izln '），其中R中 的故障篩選綜合指標Imfl '、Pi"及Izln '的計算公式為：式（10)中，Imfi '為標準化節(jié)點感應(yīng)電動機反饋短路電流列向量，Pi"為標準化節(jié)點注入 功率列向量，Izln '為標準化支路感應(yīng)電動機反饋短路電流列向量； 6-3.建立評價對象與理想解的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣= ，計算各所述故障 篩選綜合指標I'mf、P〃及Γζ?的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)氣,'\及氣^ :式（11)中，p e [〇，1 ]為分辨系數(shù)，為感應(yīng)電動機反饋短路電流關(guān)聯(lián)系數(shù)列向量，％ 為節(jié)點下注功率關(guān)聯(lián)系數(shù)列向量，&，為支路感應(yīng)電動機反饋短路電流關(guān)聯(lián)系數(shù)列向量； 6-4.根據(jù)權(quán)重向量，計算氣,,，&及氣,的灰色關(guān)聯(lián)度Gi，： =1,2.3,..*?) (12) 式（12)中，W1為感應(yīng)電動機反饋短路電流的權(quán)重，w2為節(jié)點注入功率的權(quán)重，W1為支路 感應(yīng)電動機反饋短路電流的權(quán)重； 6-5.根據(jù)所述灰色關(guān)聯(lián)度GH直，綜合故障多方面因素對其嚴重程度進行篩選與排序， 得到故障嚴重程度排序結(jié)果。
【文檔編號】G06Q50/06GK106056265SQ201610273045
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】張文朝, 黨杰, 王少博, 徐友平, 陸勇, 韓軍, 朱國平, 奚江惠, 潘曉杰, 潘艷
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 南京南瑞集團公司, 華中電網(wǎng)有限公司, 國網(wǎng)江蘇省電力公司, 國網(wǎng)新疆電力公司疆南供電公司