[发明专利]电力系统运行备用安全裕度在线评估方法

摘要

本发明公开了一种电力系统运行备用安全裕度在线评估方法，属于电力系统运行与控制技术领域。本发明提出了通过考虑保护和安自装置动作的时域仿真得到故障后系统稳定运行状态，基于该状态的直流潮流方程计算出运行备用对输电设备和输电通道的有功灵敏度，通过求解考虑运行备用可控区间、输电设备过载限额和输电通道安全稳定限额约束，以运行备用最大为目标的优化函数，得到实际可用于控制稳态频率的运行备用容量最大值，结合功率频率静态特性系数，计算出稳态频率的最大可控量，实现了考虑故障的运行备用安全裕度在线评估。

主权项

1.电力系统运行备用安全裕度在线评估方法，其特征在于，包括如下步骤：1)基于电力系统当前运行状态，针对预想故障进行考虑保护和安自装置动作的时域仿真，直至仿真到各个计算节点频率动态过程中相邻的极大值与极小值之差都小于设定值ε时，终止时域仿真，得到各个计算节点的频率动态过程以及各注入节点和各输电设备的有功动态过程，进入步骤2)；所述注入节点包括发电机节点、负荷节点和等值注入节点；所述输电设备包括线路和变压器；2)针对各个计算节点，分别将步骤1)节点频率动态过程结束时的极大值与极小值二者的平均值作为考虑预想故障后各个计算节点的稳态频率，再将所有计算节点的稳态频率的平均值作为考虑预想故障后电力系统的稳态频率fa；针对各个注入节点，分别将步骤1)注入节点有功动态过程结束时的极大值与极小值二者的平均值分别作为考虑预想故障后该注入节点的稳态有功；针对各个输电设备，分别将步骤1)输电设备有功动态过程结束时的极大值与极小值二者的平均值作为考虑预想故障后该输电设备的稳态有功，再针对各个用于安全稳定监视的输电通道，分别将输电通道中所有输电设备的稳态有功之和作为考虑预想故障后该输电通道的稳态有功，进入步骤3)；3)根据考虑预想故障后各个注入节点的稳态有功和预想故障后电力系统的网络拓扑及模型与参数，形成电力系统的直流潮流方程，进入步骤4)；4)基于电力系统的直流潮流方程，针对注入节点中预先设置的各个有功可控节点，分别计算出有功可控节点对电力系统中各个输电设备有功的灵敏度，进入步骤5)；5)若fa小于等于电力系统额定频率fr与ε/2之差，则通过求解公式(1)表示的优化函数，计算出预想故障后可用于提高电力系统稳态频率的有功注入变化总量ΔPin，进入步骤6)；若fa大于等于fr与ε/2之和，则通过求解公式(2)表示的优化函数，计算出预想故障后可用于降低电力系统稳态频率的有功注入变化总量ΔPde，进入步骤7)；若fa大于fr与ε/2之差且fa小于fr与ε/2之和，则分别通过求解公式(1)和公式(2)表示的优化函数，计算出预想故障后可用于提高电力系统稳态频率的有功注入变化总量ΔPin和可用于降低电力系统稳态频率的有功注入变化总量ΔPde，进入步骤8)；公式(1)和(2)中，I为注入节点中有功可控节点的总数，ΔPi为有功可控节点中第i个节点的有功注入变化量，Pi.0为考虑预想故障后有功可控节点中第i个节点的稳态有功注入量，Pi.max为考虑预想故障后有功可控节点中第i个节点的稳态有功注入量在设定的时长Δt内可控区间的上限，Pi.min为考虑预想故障后有功可控节点中第i个节点的稳态有功注入量在设定的时长Δt内可控区间的下限，J为用于安全稳定监视的输电通道总数，Kj为第j个用于安全稳定监视的输电通道中输电设备的总数，sj.k.i为有功可控节点中第i个节点的有功注入对第j个用于安全稳定监视的输电通道中第k个输电设备有功的灵敏度，ΔPj.k为第j个用于安全稳定监视的输电通道中第k个输电设备有功的变化量，Pj.k.0为考虑预想故障后第j个用于安全稳定监视的输电通道中第k个输电设备的稳态有功，Pj.k.LMT为第j个用于安全稳定监视的输电通道中第k个输电设备的稳态有功限额，ΔPT.j为第j个用于安全稳定监视的输电通道有功的变化量，PT.j.0为考虑预想故障后第j个用于安全稳定监视的输电通道的稳态有功，PT.j.LMT为考虑预想故障后第j个用于安全稳定监视的输电通道的正向安全稳定限额，PT'.j.LMT为考虑预想故障后第j个用于安全稳定监视的输电通道的反向安全稳定限额，将除用于安全稳定监视的输电通道中输电设备之外的输电设备的集合记为B，L为B中输电设备的总数，sb.l.i为有功可控节点中第i个节点的有功注入对B中第l个输电设备有功的灵敏度，ΔPb.l为B中第l个输电设备有功的变化量，Pb.l.0为考虑预想故障后B中第l个输电设备的稳态有功，Pb.l.LMT为B中第l个输电设备的稳态有功限额；6)首先，根据步骤5)计算出的预想故障后可用于提高电力系统稳态频率的有功注入变化总量ΔPin，以及考虑预想故障后电力系统的功率频率静态特性系数kpf，通过公式(3)计算出考虑ΔPin实施后电力系统稳态频率的变化量Δfin，再通过公式(4)计算出考虑预想故障的电力系统运行备用安全裕度η，结束本方法； Δf i n = ΔP i n k p f - - - ( 3 ) ]]> η = f a + Δf i n - f d f r - f d × 100 % - - - ( 4 ) ]]>式中，fd为电力系统稳态频率安全区间的下限；7)首先，根据步骤5)计算出的预想故障后可用于降低电力系统稳态频率的有功注入变化总量ΔPde，以及考虑预想故障后电力系统的功率频率静态特性系数kpf，通过公式(5)计算出考虑ΔPde实施后电力系统稳态频率的变化量Δfde，再通过公式(6)计算出考虑预想故障的电力系统运行备用安全裕度η，结束本方法； Δf d e = ΔP d e k p f - - - ( 5 ) ]]> η = f u - f a - Δf d e f u - f r × 100 % - - - ( 6 ) ]]>式中，fu为电力系统稳态频率安全区间的上限；8)首先，根据步骤5)计算出的预想故障后可用于提高电力系统稳态频率的有功注入变化总量ΔPin，以及考虑预想故障后电力系统的功率频率静态特性系数kpf，通过公式(7)计算出考虑ΔPin实施后电力系统稳态频率的变化量Δfin，据步骤5)计算出的预想故障后可用于降低电力系统稳态频率的有功注入变化总量ΔPde，以及考虑预想故障后电力系统的功率频率静态特性系数kpf，通过公式(8)计算出考虑ΔPde实施后电力系统稳态频率的变化量Δfde，再通过公式(9)计算出考虑预想故障的电力系统运行备用安全裕度η，结束本方法； Δf i n = ΔP i n k p f - - - ( 7 ) ]]> Δf d e = ΔP d e k p f - - - ( 8 ) ]]> η = min ( f a + Δf i n - f d f r - f d × 100 % , f u - f a - Δf d e f u - f r × 100 % ) - - - ( 9 ) ]]>式中，fd为电力系统稳态频率安全区间的下限，fu为电力系统稳态频率安全区间的上限。