基于軌跡靈敏度的電力系統(tǒng)切機控制決策方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于軌跡靈敏度的電力系統(tǒng)切機控制決策方法，屬于電力系統(tǒng)穩(wěn) 定控制領域。
【背景技術】
[0002] 電力系統(tǒng)是一個復雜的非線性動態(tài)系統(tǒng)，存在著功角穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定等 多種穩(wěn)定性問題，電力系統(tǒng)穩(wěn)定一旦被破壞將造成巨大的經(jīng)濟損失和災難后果。電力系統(tǒng) 切機控制是最常見的電力系統(tǒng)緊急控制方法之一，能夠以較小的經(jīng)濟代價平衡送受兩端的 功率，是保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行的有效手段。
[0003] 分析電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定問題、進行切機控制決策主要有基于直接法和基于時域仿 真法兩種。直接法分析源于李雅普諾夫直接法，能夠快速得到暫態(tài)能量和穩(wěn)定裕度等量化 指標，但對于復雜模型和復雜故障的適應性不好，結果精度不高。時域仿真法能夠模擬各種 不同的元件模型和擾動故障，得到系統(tǒng)精確的暫態(tài)運行軌跡，計算精度高，算法成熟，是電 力系統(tǒng)中廣泛應用的暫態(tài)穩(wěn)定分析方法，但計算大電網(wǎng)時較為耗時，對大量曲線輸出的利 用率較低，不能直接得到穩(wěn)定裕度等量化指標，對于故障導致的電網(wǎng)失穩(wěn)情況也不能給出 具體的緊急控制策略。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：
[0005] 針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于軌跡靈敏度分析的電力系統(tǒng)切 機控制決策方法。
[0006] 技術方案：
[0007] -種基于軌跡靈敏度的電力系統(tǒng)切機控制決策方法，其特征在于：在時域仿真的 輸出曲線基礎上，通過軌跡靈敏度分析方法計算失穩(wěn)的發(fā)電機功角軌跡相對于控制量的靈 敏度，得到指導切機控制決策的量化指標，然后通過并行仿真校驗求得優(yōu)化的切機控制策 略方法。
[0008] 指導切機控制決策方法的軌跡靈敏度量化指標，能夠反映出切除發(fā)電機組對電力 系統(tǒng)功角穩(wěn)定的影響，且不同機組的靈敏度指標可以并行求解。
[0009] 優(yōu)點及效果：
[0010] 本發(fā)明這種基于軌跡靈敏度的電力系統(tǒng)切機控制決策方法，具有以下優(yōu)點和有益 效果：
[0011] (1)針對時域仿真的軌跡結果無法直接用于緊急控制決策的問題，引入了基于軌 跡靈敏度計算的量化分析方法，提出了多機系統(tǒng)的軌跡靈敏度計算公式，并針對切機控制 提出了具體的軌跡靈敏度指標和控制決策方法。
[0012] (2)適應性好，結果精度高，可以直接得到穩(wěn)定裕度等量化指標，對于故障導致的 電網(wǎng)失穩(wěn)情況也能夠給出具體的緊急控制策略方法。
【附圖說明】
[0013] 圖1為發(fā)電機的等效內(nèi)電勢節(jié)點圖。
[0014] 圖2為軌跡靈敏度并行計算圖。
[0015] 圖3為切機控制決策方法流程圖。
【具體實施方式】
[0016] 本發(fā)明針對時域仿真的軌跡結果無法直接用于緊急控制決策的問題，引入了基于 軌跡靈敏度計算的量化分析方法，提出了多機系統(tǒng)的軌跡靈敏度計算公式，并針對切機控 制提出了具體的軌跡靈敏度指標和控制決策方法。
[0017] 具體如下：
[0018] 1、多機電力系統(tǒng)的軌跡靈敏度指標
[0019] 通過動態(tài)系統(tǒng)（1)來說明軌跡關于參數(shù)的靈敏度定義
⑴
[0021] 其中X是η維的狀態(tài)變量向量，y是m維的代數(shù)變量向量，α是p維的系統(tǒng)運行參 教和結構參教向量。定義狀態(tài)變量向量X和代數(shù)變量向量y對參數(shù)向量α的一階偏導數(shù)
為一階軌跡靈敏度。
[0022] 基于發(fā)電機二階模型建立多機電力系統(tǒng)的微分方程組如下
[0024] 其中δ P ωι、Mp Dp P1^ Pm分別為各發(fā)電機的轉(zhuǎn)子角、轉(zhuǎn)子角速度、轉(zhuǎn)動慣量、阻 尼系數(shù)、機械功率和電磁功率。
[0025] 將發(fā)電機等效為內(nèi)電勢節(jié)點，如圖1所示，則全部網(wǎng)絡節(jié)點在內(nèi)的節(jié)點電流和電 壓關系為
[0027] 其中Is、E、Us、隊分別為各發(fā)電機電流、內(nèi)電勢、端電壓和其它節(jié)點電壓向量，Y s、 Ygg、Υα、Yu;、Ya分別為發(fā)電機暫態(tài)電抗對應導納1/貨，&組成的對角矩陣、發(fā)電機端自導納、 發(fā)電機端與其它節(jié)點的互導納、其它節(jié)點自導納。
[0028] 消去式（3)中除內(nèi)電勢節(jié)點以外的所有其它節(jié)點，得到各發(fā)電機電流與內(nèi)電勢之 間的關系
[0029] Ig= Y eE
[0031] 矩陣Y#的元素 Y ^=G1JjBlj (i，j = 1，2, ···，!〇稱為發(fā)電機內(nèi)電勢節(jié)點的輸入 導納（自導納）和轉(zhuǎn)移導納（互導納），\為對稱陣，且一般為滿陣。
[0032] 仿照潮流計算推導相應的功率方程，可得
[0036] 假定發(fā)電機k為功角最小發(fā)電機（參考機）、發(fā)電機1為功角最大發(fā)電機，將式（6) 中所有發(fā)電機功角重寫為相對于發(fā)電機k的相對功角，則系統(tǒng)狀態(tài)向量為
[0037] X = δ lk ... cok 1 δ k l k cok cok+1 δ k+l k ... ωη δ nk]T (7)
[0038] 系統(tǒng)狀態(tài)變量數(shù)為2n_l。
[0039] 根據(jù)上式，可以求解多機電力系統(tǒng)中任意發(fā)電機的功角、轉(zhuǎn)速相對于發(fā)電機出力 的軌跡靈敏度。如果求解最大功角發(fā)電機的功角曲線S lk相對于每一臺發(fā)電機出力Pnii的 軌跡靈敏度
(8；)
[0041] 則可以得到對最大功角影響最大的發(fā)電機出力。軌跡靈敏度數(shù)值越大，則說明該 發(fā)電機出力對最大功角發(fā)電機的功角影響越大。換言之，切除該發(fā)電機能夠有效減小失穩(wěn) 發(fā)電機功角，使系統(tǒng)恢復穩(wěn)定。
[0042] 軌跡靈敏度是時間序列，為了對其進行量化分析，本發(fā)明選擇故障后36個采樣點 (采樣步長l〇ms，共360ms)的時間窗，定義靈敏度指標為
[0044] 值得注意的是，在每一個采樣點處，不同機組的軌跡靈敏度計算過程可以并行處 理，如圖2所示。假設可切機組為r臺，則靈敏度指標計算流程為：
[0045] ①通過時域仿真進行穩(wěn)定性評估，若系統(tǒng)失穩(wěn)，則其失穩(wěn)軌跡將用于后續(xù)靈敏度 計算；
[0046] ②基于式（6)建立軌跡靈敏度的數(shù)學模型，采用梯形隱式積分法進行差分化推 導；
[0047] ③在每一個采樣點，統(tǒng)一計算
[0048] ④匯總所有軌跡靈敏度結果，計算指標1。
[0049] 2、切機控制決策方法
[0050] 基于軌跡靈敏度分析的切機控制決策方法，工作流程如圖3所示，具體步驟如下：
[0051] ①系統(tǒng)故障掃描。
[0052] 在線運行時，定周期獲取系統(tǒng)當前運行工況，并基于實際運行工況進行預想故障 掃描，得到會導致系統(tǒng)失穩(wěn)的故障。
[0053] ②獲取切機控制范圍。
[0054] 可切除的發(fā)電機集合是穩(wěn)定控制系統(tǒng)能夠執(zhí)行切機操作的機組。
[0055] ③軌跡靈敏度求解。
[0056] 建立系統(tǒng)的軌跡靈敏度方程，并行計算軌跡靈敏度指標，即最大發(fā)電機功角相對 于可切除發(fā)電機的軌跡靈敏度。
[0057] ④生成備選切機策略。
[0058] 若可切發(fā)電機數(shù)量較少，則可以通過窮舉法生成備選的切機策略。首先基于軌跡 靈敏度計算結果對可切除機組進行排序，考慮故障線路引起的功率缺額和發(fā)電機出力情 況，窮舉η組切機策略，軌跡靈敏度數(shù)值較大的機組優(yōu)先被切除。
[0059] ⑤暫態(tài)穩(wěn)定校驗。
[0060] 采用基于并行計算的超實時仿真對窮舉的η組切機策略進行穩(wěn)定校驗，能夠使系 統(tǒng)穩(wěn)定的切機策略為有效的切機策略。
[0061] ⑥優(yōu)化策略生成。
[0062] 在所有能使系統(tǒng)穩(wěn)定的策略中挑選出切機容量最小的策略，作為最終的切機控制 策略。
【主權項】
1. 一種基于軌跡靈敏度的電力系統(tǒng)切機控制決策方法，其特征在于：在時域仿真的輸 出曲線基礎上，通過軌跡靈敏度分析方法計算失穩(wěn)的發(fā)電機功角軌跡相對于控制量的靈敏 度，得到指導切機控制決策的量化指標，然后通過并行仿真校驗求得優(yōu)化的切機控制策略 方法。2. 根據(jù)權利要求1所述基于軌跡靈敏度的電力系統(tǒng)切機控制決策方法，其特征在于： 指導切機控制決策方法的軌跡靈敏度量化指標，能夠反映出切除發(fā)電機組對電力系統(tǒng)功角 穩(wěn)定的影響，且不同機組的靈敏度指標可以并行求解。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于軌跡靈敏度的電力系統(tǒng)切機控制決策方法，針對時域仿真的軌跡結果無法直接用于緊急控制決策的問題，引入了基于軌跡靈敏度計算的量化分析方法，推導了多機系統(tǒng)的軌跡靈敏度計算公式，并針對切機控制提出了具體的軌跡靈敏度指標和控制方法。
【IPC分類】H02J3/24
【公開號】CN105098802
【申請?zhí)枴緾N201510493104
【發(fā)明人】張星, 閆殿濤, 于之虹, 田芳, 劉敏, 張濤, 趙鵬, 王超, 張強, 曾輝, 韓子嬌, 程緒可, 禹加
【申請人】中國電力科學研究院, 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司, 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年8月12日