本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種電力系統(tǒng)最優(yōu)緊急控制策略快速搜索方法。

背景技術(shù)：

隨著新型設(shè)備的投入，特高壓交直流混合電網(wǎng)的建立，跨區(qū)電網(wǎng)的互聯(lián)，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定控制越來(lái)越復(fù)雜。其中，傳統(tǒng)安全穩(wěn)定控制措施之一：電力系統(tǒng)緊急控制，在保護(hù)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。電力系統(tǒng)緊急控制措施包括切機(jī)、切負(fù)荷、直流調(diào)制、快關(guān)氣門(mén)、串聯(lián)或并聯(lián)補(bǔ)償、備用電源投入、解列等。近年來(lái)，大型能源基地的開(kāi)發(fā)、新能源大規(guī)模外送、全國(guó)電網(wǎng)互聯(lián)等，電網(wǎng)運(yùn)行復(fù)雜性大大提高，出現(xiàn)一些新型安全穩(wěn)定問(wèn)題，這對(duì)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的要求更高。而緊急控制措施也出現(xiàn)一些新特征，比如直流緊急功率調(diào)制已經(jīng)作為交直流輸電通道故障時(shí)的緊急控制手段之一，facts裝備、大功率儲(chǔ)能也能提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。那么如何從這些緊急控制措施之中快速搜索出性?xún)r(jià)比高的控制措施并制定最優(yōu)緊急控制策略尤為重要，對(duì)提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性意義重大。

電力系統(tǒng)緊急控制策略的形式主要有“離線(xiàn)預(yù)決策，實(shí)時(shí)匹配”、“在線(xiàn)預(yù)決策，實(shí)時(shí)匹配”、“實(shí)時(shí)計(jì)算,實(shí)時(shí)控制”三種。后兩種對(duì)控制算法和硬件設(shè)施要求極高，還沒(méi)有廣泛應(yīng)用，第一種緊急控制策略依賴(lài)于離線(xiàn)生成的策略表。目前常用的緊急控制策略搜索方法有枚舉法、性?xún)r(jià)比法和二分法。

枚舉法雖然算法簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，但是對(duì)于實(shí)際電網(wǎng)，枚舉法計(jì)算量過(guò)大，運(yùn)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)用起來(lái)比較難，并且枚舉法一般不考慮不同緊急控制措施的性能差異；性?xún)r(jià)比法雖然考慮到各個(gè)緊急控制措施的性能差異，搜索速度快，但是按照性?xún)r(jià)比由高到低逐個(gè)采取緊急控制措施，直至?xí)簯B(tài)穩(wěn)定裕度高于事先所設(shè)定的下限，存在過(guò)控現(xiàn)象，得到的緊急控制策略不一定是最優(yōu)的；二分法在搜索之前需要重新排列候選控制空間，每次改變候選緊急控制措施均需重新排列計(jì)算量較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：為克服傳統(tǒng)緊急控制措施策略搜索方法難以兼顧搜索精度和速度，提出了一種電力系統(tǒng)最優(yōu)緊急控制策略快速搜索方法。該方法可用于離線(xiàn)緊急控制策略整定或在線(xiàn)預(yù)決策緊急控制策略快速搜索，有利于提高緊急控制策略搜索的精度和速度，使系統(tǒng)運(yùn)行更具有安全性和經(jīng)濟(jì)性。

本發(fā)明是采用以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，包括下列步驟：

1)針對(duì)預(yù)想故障，進(jìn)入步驟2)；

2)根據(jù)預(yù)想故障和當(dāng)前已經(jīng)實(shí)施的緊急控制策略，確定緊急控制搜索空間，計(jì)算緊急控制搜索空間中每一控制措施的性能指標(biāo)，進(jìn)入步驟3)；

3)根據(jù)緊急控制時(shí)刻omib等值機(jī)的功率差，根據(jù)約束條件確定候選控制措施，由候選控制措施組成候選控制措施空間，計(jì)算每一個(gè)候選控制措施的性?xún)r(jià)比指標(biāo)，并按照候選控制措施的性?xún)r(jià)比由高到低進(jìn)行排序，進(jìn)入步驟4)；

4)判斷候選控制措施空間是否為空，若候選控制措施空間為空，則發(fā)出無(wú)法找到合適的緊急控制策略警告，結(jié)束本方法，否則進(jìn)入步驟5)；

5)選擇性?xún)r(jià)比最高的緊急控制措施加入之前的緊急控制策略形成當(dāng)前緊急控制策略，并利用eeac求得實(shí)施當(dāng)前緊急控制策略后的穩(wěn)定裕度η，進(jìn)入步驟6)；

6)判斷實(shí)施當(dāng)前緊急控制策略后的穩(wěn)定裕度η是否滿(mǎn)足要求，若不滿(mǎn)足要求，則在緊急控制搜索空間中剔除當(dāng)前緊急控制策略中的控制措施，返回步驟2)；若滿(mǎn)足要求，確定緊急控制策略，進(jìn)入步驟7)；

7)判斷當(dāng)前緊急控制策略是否需要修正，若不需要?jiǎng)t說(shuō)明當(dāng)前緊急控制策略為最優(yōu)緊急控制策略，結(jié)束本方法，否則進(jìn)入步驟8)；

8)對(duì)當(dāng)前緊急控制策略進(jìn)行修正，結(jié)束本方法。

上述技術(shù)方案的進(jìn)一步特征在于，所述步驟2)中，緊急控制搜索空間中每一控制措施的性能指標(biāo)的計(jì)算公式如下：

上式中，γ為每一控制措施的性能指標(biāo)，δη為實(shí)施緊急控制前后系統(tǒng)穩(wěn)定裕度的變化量；a3為實(shí)施緊急控制后omib等值機(jī)增加的減速面積；為對(duì)應(yīng)控制措施下omib等值機(jī)的加速面積；δp為每一控制措施的控制量。

上述技術(shù)方案的進(jìn)一步特征在于，所述步驟3)中，確定候選控制措施空間的約束條件為：

γi為第i個(gè)控制措施的性能指標(biāo)，為采取第i個(gè)控制措施后omib等值機(jī)功率差變化量，ε1取0.01，ε2取0.1；

各候選控制措施性?xún)r(jià)比指標(biāo)計(jì)算公式如下：

其中，αi為第i個(gè)候選控制措施的性?xún)r(jià)比指標(biāo)，ci為第i個(gè)候選控制措施的控制代價(jià)。

上述技術(shù)方案的進(jìn)一步特征在于，所述步驟7)中，判斷當(dāng)前緊急控制策略是否需要修正的條件為：

η>η3(4)

其中，η3為設(shè)置的安全暫態(tài)穩(wěn)定裕度范圍上限。

上述技術(shù)方案的進(jìn)一步特征在于，所述步驟8)中，對(duì)當(dāng)前緊急控制策略進(jìn)行修正的方法為：

定義第i個(gè)候選控制措施的有效控制量為：

δpi為第i個(gè)候選控制措施的控制量；

則當(dāng)前緊急控制策略的修正有效控制量之和為：

其中，j為緊急控制策略不修正時(shí)總共采取的控制措施數(shù)；為第j個(gè)候選控制措施的有效控制量；η1為加入第j-1個(gè)候選控制措施后的暫態(tài)穩(wěn)定裕度；η2為設(shè)置的安全暫態(tài)穩(wěn)定裕度范圍下限,η4為加入第j個(gè)候選控制措施后的暫態(tài)穩(wěn)定裕度；

修正緊急控制策略的數(shù)學(xué)模型為：

其中，δp′為總控制量，q為候選控制措施數(shù)量；若第i個(gè)候選控制措施被執(zhí)行則ni＝1，否則ni＝0。

上述技術(shù)方案的進(jìn)一步特征在于，所述步驟8)中，采用貪心算法求解修正緊急控制策略數(shù)學(xué)模型。

本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明能夠快速確定最優(yōu)緊急控制策略，為制定穩(wěn)控措施提供決策依據(jù)，有利于提高緊急控制策略搜索的精度和速度，特別適用于離線(xiàn)緊急控制策略整定或在線(xiàn)預(yù)決策緊急控制策略的快速搜索，使系統(tǒng)運(yùn)行更具安全性和經(jīng)濟(jì)性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明方法的流程示意圖。

圖2為簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)示意圖。

圖3為切除不同性能指標(biāo)發(fā)電機(jī)的功角曲線(xiàn)。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖并結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。但是本發(fā)明不限于所給出的例子。

本實(shí)施例以圖2所示簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)為例。該系統(tǒng)中g(shù)1～g10為同步發(fā)電機(jī)，g1～g10有功出力分別為84mw、84mw、336mw、336mw、84mw、84mw、336mw、336mw、1054mw、2000mw。g11、g12、g13為風(fēng)力發(fā)電機(jī)，g11、g12每臺(tái)有功出力為210mw，g13有功出力420wm，母線(xiàn)5與母線(xiàn)6之間通過(guò)直流直接連接。

圖1中步驟1描述的是，針對(duì)預(yù)想故障，進(jìn)入步驟2)開(kāi)始本方法。電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，常見(jiàn)故障有單相短路、相間短路、三相短路，變壓器故障，發(fā)電機(jī)組故障，母線(xiàn)故障等等，現(xiàn)在隨著特高壓交直流的大電網(wǎng)逐步成型，發(fā)生閉鎖故障、換相失敗故障、重啟動(dòng)失敗故障的風(fēng)險(xiǎn)逐漸提高，區(qū)域電網(wǎng)之間單一故障轉(zhuǎn)化成多重故障、相繼故障的概率增加。

本實(shí)施例為說(shuō)明起見(jiàn)，利用時(shí)域仿真法對(duì)預(yù)想故障集中的故障進(jìn)行暫態(tài)仿真，任意選擇某一失穩(wěn)算例作為預(yù)想故障，以此對(duì)本方法的以下步驟進(jìn)行說(shuō)明。如設(shè)本實(shí)施例中，0s時(shí)刻母線(xiàn)1至母線(xiàn)2之間的一條線(xiàn)路靠近母線(xiàn)2的地方發(fā)生三相短路故障，0.1s斷開(kāi)該線(xiàn)路故障消除。仿真計(jì)算可得的系統(tǒng)暫態(tài)功角失穩(wěn)，穩(wěn)定裕度為-24.05％。

圖1中步驟2描述的是，根據(jù)預(yù)想故障和當(dāng)前已經(jīng)實(shí)施的緊急控制策略，確定可行的控制措施，形成緊急控制搜索空間，并計(jì)算緊急控制搜索空間中每一控制措施的性能指標(biāo)，進(jìn)入步驟3。常見(jiàn)的用于緊急控制的電力系統(tǒng)控制措施包括切機(jī)、切負(fù)荷、直流調(diào)制、快關(guān)氣門(mén)、串聯(lián)或并聯(lián)補(bǔ)償、備用電源投入、解列等。

緊急控制搜索空間中每一控制措施的性能指標(biāo)的計(jì)算公式如下：

上式中，γ為每一控制措施的性能指標(biāo)，δη為實(shí)施緊急控制前后系統(tǒng)穩(wěn)定裕度的變化量；a3為實(shí)施緊急控制后omib等值機(jī)增加的減速面積；為對(duì)應(yīng)控制措施下omib等值機(jī)的加速面積；δp為每一控制措施的控制量。

本實(shí)施例中，為簡(jiǎn)便分析只考慮切除同步發(fā)電機(jī)措施，則緊急控制搜索空間為[g1，g2，g3，g4，g5，g6，g7，g8]。利用式(1)計(jì)算緊急控制搜索空間各控制措施的性能指標(biāo)可得g1～g8的性能指標(biāo)為[0.17540.17540.15610.15610.13440.13440.13070.1307]。

由性能指標(biāo)結(jié)果可知：發(fā)電機(jī)g1～g4的性能指標(biāo)均要高于發(fā)電機(jī)g5～g8。發(fā)電機(jī)g1和g5的有功出力相同，但是性能指標(biāo)不一樣，切除性能指標(biāo)不一樣的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的功角曲線(xiàn)是不相同的。從圖3中很明顯看出，切除發(fā)電機(jī)g1比切除發(fā)電機(jī)g5的dsp點(diǎn)更大，減速面積更大，切除g1比切除g5效果更好，系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性更高。

圖1中步驟3描述的是，根據(jù)緊急控制時(shí)刻omib等值機(jī)的功率差，根據(jù)約束條件確定候選控制措施，由候選控制措施組成候選控制措施空間，計(jì)算每一個(gè)候選控制措施的性?xún)r(jià)比指標(biāo)，并按照候選控制措施的性?xún)r(jià)比由高到低進(jìn)行排序，進(jìn)入步驟4。

確定候選控制措施空間的約束條件為：

γi為第i個(gè)控制措施的性能指標(biāo)，為采取第i個(gè)控制措施后omib等值機(jī)功率差變化量，ε1取0.01，ε2取0.1；

各候選控制措施性?xún)r(jià)比指標(biāo)計(jì)算公式如下：

其中，αi為第i個(gè)候選控制措施的性?xún)r(jià)比指標(biāo)，ci為第i個(gè)候選控制措施的控制代價(jià)。

本實(shí)施例中，根據(jù)式(2)可得本實(shí)施例中候選控制措施空間為[g1，g2，g3，g4，g5，g6，g7，g8]。由于g1～g8均為火力發(fā)電廠(chǎng)同步發(fā)電機(jī)組，可近似認(rèn)為g1～g8的切機(jī)代價(jià)相同，為了方便計(jì)算，不妨假設(shè)ci＝1萬(wàn)元/mw，i＝0,1,2,3…..8。根據(jù)式(3)可得到緊急控制搜索空間中各措施的性?xún)r(jià)比，如圖2所示。按照性?xún)r(jià)比由高到低得到候選控制空間為[g1，g2，g3，g4，g5，g6，g7，g8]。

圖1中步驟4描述的是，判斷候選控制措施空間是否為空，若候選控制措施空間為空，則發(fā)出無(wú)法找到合適的緊急控制策略警告，結(jié)束本方法，否則進(jìn)入步驟5。

本實(shí)施例中，候選控制措施空間顯然不為空，故進(jìn)入步驟5。

圖1中步驟5描述的是，更新當(dāng)前緊急控制策略，即選取性?xún)r(jià)比最高的緊急控制策略加入到之前的緊急控制策略中，得到新的緊急控制策略。然后利用擴(kuò)展等面積方法(eeac)進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定裕度量化評(píng)估，求得實(shí)施當(dāng)前緊急控制策略后的穩(wěn)定裕度η，進(jìn)入步驟6。其中暫態(tài)穩(wěn)定裕度量化評(píng)估，為成熟現(xiàn)有技術(shù)，可見(jiàn)《運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性量化理論——非自治非線(xiàn)性多剛體系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析》(薛禹勝著，南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，1999.12版)。

本實(shí)施例中，系統(tǒng)不采取緊急控制措施，暫態(tài)穩(wěn)定裕度為-24.05％，系統(tǒng)失穩(wěn)；選擇候選控制措施空間性?xún)r(jià)比最高的緊急控制措施：切除發(fā)電機(jī)g1。切除發(fā)電機(jī)g1后暫態(tài)穩(wěn)定裕度為-9.32％。

圖1中步驟6描述的是，判斷實(shí)施當(dāng)前緊急控制策略后的穩(wěn)定裕度η是否滿(mǎn)足要求，若不滿(mǎn)足要求，則在緊急控制搜索空間中剔除當(dāng)前控制策略中的控制措施，返回步驟2；若滿(mǎn)足要求，確定新的緊急控制策略，進(jìn)入步驟7。

我國(guó)現(xiàn)行的《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的暫態(tài)穩(wěn)定裕度有一定的要求，規(guī)定系統(tǒng)必須能夠承受一定的擾動(dòng)。本實(shí)施例設(shè)定暫態(tài)穩(wěn)定裕度范圍為20％～50％，暫態(tài)穩(wěn)定裕度低于20％，系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力不足，失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)過(guò)大，暫態(tài)穩(wěn)定裕度高于50％，緊急控制量過(guò)大，造成緊急控制代價(jià)過(guò)大。切除g1后暫態(tài)穩(wěn)定裕度為-9.32％，系統(tǒng)不穩(wěn)定；根據(jù)候選控制措施空間性?xún)r(jià)比排列順序，需繼續(xù)切除發(fā)電機(jī)g2、g3，切除g3后暫態(tài)穩(wěn)定裕度為76.68％，滿(mǎn)足最小穩(wěn)定裕度20％的要求，緊急控制策略為切除[g1，g2，g3]，總控制量為504mw，控制代價(jià)為504萬(wàn)元。

圖1中步驟7描述的是，判斷當(dāng)前緊急控制策略是否需要修正，若不需要?jiǎng)t說(shuō)明當(dāng)前緊急控制即為最優(yōu)緊急控制策略，結(jié)束本方法，否則進(jìn)入步驟8)。

判斷當(dāng)前緊急控制策略是否需要修正的條件為：

η>η3(4)

其中，η3為設(shè)置的安全暫態(tài)穩(wěn)定裕度范圍上限。

本實(shí)施例設(shè)定的穩(wěn)定裕度上限為50％，切除g3后，暫態(tài)穩(wěn)定裕度大于50％，緊急控制措施過(guò)切，需要對(duì)現(xiàn)有緊急控制策略進(jìn)行修正，進(jìn)入步驟8)。

圖1中步驟8描述的是，對(duì)當(dāng)前緊急控制策略進(jìn)行修正，得到最優(yōu)緊急控制策略。對(duì)當(dāng)前緊急控制策略進(jìn)行修正的方法為：

定義第i個(gè)候選控制措施的有效控制量為：

δpi為第i個(gè)候選控制措施的控制量；

則當(dāng)前緊急控制策略的修正有效控制量之和為：

其中，j為緊急控制策略不修正時(shí)總共采取的控制措施數(shù)；為第j個(gè)候選控制措施的有效控制量；η1為加入第j-1個(gè)候選控制措施后的暫態(tài)穩(wěn)定裕度；η2為設(shè)置的安全暫態(tài)穩(wěn)定裕度范圍下限,η4為加入第j個(gè)候選控制措施后的暫態(tài)穩(wěn)定裕度；

修正緊急控制策略的數(shù)學(xué)模型為：

其中，δp′為總控制量，q為候選控制措施數(shù)量；若第i個(gè)候選控制措施被執(zhí)行則ni＝1，否則ni＝0。

根據(jù)式(5)和式(6)可得各控制措施的有效控制量為：[14.7314.7352.4552.4511.2911.2943.9243.92]。

采用貪心算法求解上述修正緊急控制策略數(shù)學(xué)模型。貪心算法又稱(chēng)貪婪算法，是一種常用的求解問(wèn)題的算法，其思路是通過(guò)一系列的分級(jí)處理來(lái)得到待解決問(wèn)題的最優(yōu)解，它的每一次選擇是在當(dāng)前狀態(tài)下的最優(yōu)選擇，也就是貪心選擇，先求出每個(gè)問(wèn)題的局部最優(yōu)解，繼而得到整個(gè)問(wèn)題的最優(yōu)解。

也就是說(shuō)，控制策略修正過(guò)程就是在緊急控制代價(jià)和暫態(tài)穩(wěn)定裕度之間找到平衡。其主要步驟為：首先根據(jù)候選控制空間緊急控制措施的性?xún)r(jià)比從大到小排列各控制措施，性?xún)r(jià)比值放在向量a中，位置向量放在向量b中，按照貪心策略，首先考慮性?xún)r(jià)比最高的控制措施，即控制措施b(n)，當(dāng)采取該措施后暫態(tài)穩(wěn)定裕度不滿(mǎn)足要求，則累計(jì)采取該措施成本和切機(jī)量，并繼續(xù)采取下一個(gè)緊急控制措施b(n-1)，如此循環(huán)，直至滿(mǎn)足要求。按照這種方法得到緊急切機(jī)控制策略為最優(yōu)控制控制策略。

本實(shí)施例結(jié)合等式(7)和式(8)利用貪心算法求解，求解過(guò)程如下：

候選控制空間中各控制措施的有效控制量如表1所示。根據(jù)公式(6)可求得修正控制量之和性?xún)r(jià)比由低到高排列向量為a＝[0.17540.17540.15610.15610.13440.13440.13070.1307]，位置向量b＝[12345678]。

表1

利用貪心算法求得的終的緊急控制策略為：切除發(fā)電機(jī)g1、g2、g5、g6，總切機(jī)量為336mw，總緊急控制代價(jià)為336萬(wàn)元。與采用性?xún)r(jià)比方法得出的修正前控制策略相比，減控制量168mw，降低控制費(fèi)用168萬(wàn)元。具體對(duì)比結(jié)果如表2所示。

表2

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但實(shí)施例并不是用來(lái)限定本發(fā)明的。在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，所做的任何等效變化或潤(rùn)飾，同樣屬于本發(fā)明之保護(hù)范圍。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本申請(qǐng)的權(quán)利要求所界定的內(nèi)容為標(biāo)準(zhǔn)。