暫態(tài)安全穩(wěn)定在線預(yù)警預(yù)見故障集的自適應(yīng)篩選方法

0基于dsa的預(yù)錯(cuò)篩選隨著能源系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，能源市場(chǎng)運(yùn)行機(jī)制的不斷擴(kuò)大，可支配能源裝置的逐步開放，在線評(píng)估能源系統(tǒng)的安全穩(wěn)定是能源系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)計(jì)劃的一項(xiàng)緊迫和發(fā)展方向。構(gòu)建在線安全預(yù)警和協(xié)調(diào)防御系統(tǒng)已成為國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)運(yùn)行單位、研究機(jī)構(gòu)和專家學(xué)者的共識(shí)。但要實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的在線評(píng)估,計(jì)算周期一般要求不大于10min。而在10min之內(nèi)完成大電網(wǎng)的成千上萬(wàn)個(gè)預(yù)想故障的安全穩(wěn)定評(píng)估,計(jì)算負(fù)擔(dān)十分沉重。實(shí)際上,對(duì)所有故障進(jìn)行詳細(xì)分析既不現(xiàn)實(shí)也無(wú)必要?，F(xiàn)有的解決方法是電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行人員憑經(jīng)驗(yàn)篩選出少量的預(yù)想故障進(jìn)行在線安全穩(wěn)定評(píng)估,而篩選掉的大量預(yù)想故障就不進(jìn)行在線評(píng)估了,其可靠性與電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)緊密相關(guān)。因此,亟需提出電力系統(tǒng)在線安全穩(wěn)定評(píng)估預(yù)想故障集自適應(yīng)篩選方法,擺脫預(yù)想故障集的設(shè)置對(duì)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行人員經(jīng)驗(yàn)的依賴。目前用于動(dòng)態(tài)安全分析(DSA)的預(yù)想故障篩選及排隊(duì)算法主要是基于人工智能和暫態(tài)能量函數(shù)的方法。人工智能法容易產(chǎn)生誤分類問(wèn)題,從而造成對(duì)嚴(yán)重故障的漏選。文獻(xiàn)利用模糊子集理論及Taylor級(jí)數(shù),通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)反映系統(tǒng)穩(wěn)定度的連續(xù)分布的穩(wěn)定指標(biāo),并設(shè)計(jì)一個(gè)相對(duì)保守的門檻值來(lái)進(jìn)行預(yù)想故障的篩選。文獻(xiàn)提出了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)與短時(shí)仿真相結(jié)合的混合故障篩選方法,克服了單純使用ANN方法不能產(chǎn)生連續(xù)分類指標(biāo),從而導(dǎo)致誤分類的問(wèn)題。文獻(xiàn)根據(jù)故障清除時(shí)刻轉(zhuǎn)子角度和速度,計(jì)算出故障清除時(shí)刻與故障前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角度差值的絕對(duì)值之和、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角度差值的絕對(duì)值最大值等6個(gè)性能指標(biāo),將每個(gè)故障在不同性能指標(biāo)下由小到大排序的序號(hào)相加,獲得該故障在綜合性能指標(biāo)下的序號(hào),并由小到大重新排序,然后根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模的大小判定排在設(shè)定數(shù)目之前的故障為無(wú)害或不嚴(yán)重故障。文獻(xiàn)將時(shí)域仿真與直接法相結(jié)合,計(jì)算出各個(gè)預(yù)想故障的臨界切除時(shí)間和穩(wěn)定裕度,用于非嚴(yán)重故障篩選、嚴(yán)重故障篩選,以及潛在故障的甄別。以上方法應(yīng)用于在線系統(tǒng),在力求保留嚴(yán)重故障詳細(xì)仿真的前提下,可以從一定程度上降低評(píng)估計(jì)算的規(guī)模。但都沒(méi)有充分利用在線運(yùn)行歷史結(jié)果信息以及當(dāng)前運(yùn)行方式相對(duì)于歷史運(yùn)行方式的變化信息,因此很難協(xié)調(diào)好篩選效率與篩選正確性的矛盾。文獻(xiàn)提出了將DSA系統(tǒng)不斷運(yùn)行過(guò)程中獲得的結(jié)果信息不斷反饋到預(yù)想故障篩選環(huán)節(jié),以完善預(yù)想故障集生成,但沒(méi)有指出如何利用DSA歷史結(jié)果信息進(jìn)行預(yù)想故障集自動(dòng)生成。本文提出了依據(jù)電網(wǎng)上一輪安全穩(wěn)定在線評(píng)估給出的各個(gè)預(yù)想故障的安全穩(wěn)定裕度和模式,來(lái)確定本輪安全穩(wěn)定在線評(píng)估需要重新計(jì)算的故障集的方法。1預(yù)先確定的失敗記錄的自適應(yīng)設(shè)計(jì)1.1ocs的子問(wèn)題集預(yù)想故障集(contingencyset,CS)依據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)生成。在線預(yù)想故障集(onlinecontingencyset,OCS)對(duì)應(yīng)于電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài),是CS的子集,通?？梢园凑找欢ǖ囊?guī)則生成,其故障數(shù)目對(duì)于在線評(píng)估而言也相當(dāng)大。OCS篩選的目的是篩選出電網(wǎng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)下真正嚴(yán)重的故障,以便進(jìn)行詳細(xì)的安全穩(wěn)定分析?？紤]到電網(wǎng)正常運(yùn)行狀態(tài)下,大部分在線預(yù)想故障是非嚴(yán)重故障,用于在線安全預(yù)警系統(tǒng)評(píng)估的故障集應(yīng)該由嚴(yán)重故障組成,是OCS的子集,可稱之為安全預(yù)警預(yù)想故障集(safe-evaluatingcontingencyset,SECS)。SECS與電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)和安全穩(wěn)定特性密切相關(guān)。1.2前運(yùn)行狀態(tài)清除自適應(yīng)篩選過(guò)程如圖1所示。首先通過(guò)故障過(guò)濾模塊按照一定的規(guī)則生成OCS,例如根據(jù)電網(wǎng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)剔除掉與停運(yùn)元件關(guān)聯(lián)的故障集。自適應(yīng)篩選模塊依據(jù)在線安全穩(wěn)定預(yù)警系統(tǒng)歷史運(yùn)行過(guò)程中的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)及評(píng)估結(jié)果信息(包括各個(gè)預(yù)想故障下的穩(wěn)定裕度和穩(wěn)定模式),以及當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)相對(duì)于電網(wǎng)歷史運(yùn)行狀態(tài)的變化信息,確定本輪需要重新進(jìn)行安全穩(wěn)定計(jì)算的SECS。2穩(wěn)定性指標(biāo)的選擇電網(wǎng)安全穩(wěn)定裕度和安全穩(wěn)定模式是電網(wǎng)安全穩(wěn)定程度的量化指標(biāo),以安全穩(wěn)定裕度為指標(biāo),結(jié)合安全穩(wěn)定模式和電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的變化程度,實(shí)現(xiàn)本輪CS自適應(yīng)篩選。具體方法如下。2.1暫態(tài)功能模式分析基于穩(wěn)定性量化分析方法提供的各個(gè)預(yù)想故障下的安全穩(wěn)定裕度和穩(wěn)定模式信息,真正反映了不同的機(jī)組出力、不同母線負(fù)荷和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的變化對(duì)安全穩(wěn)定影響程度的差異,并能夠界定電網(wǎng)安全穩(wěn)定的薄弱環(huán)節(jié)。基于時(shí)域仿真得到系統(tǒng)故障后的運(yùn)行軌跡,采用安全穩(wěn)定性的定量分析理論挖掘安全穩(wěn)定裕度和安全穩(wěn)定模式信息?；跀U(kuò)展等面積準(zhǔn)則(EEAC)理論,進(jìn)行暫態(tài)功角穩(wěn)定裕度計(jì)算和安全穩(wěn)定模式分析;基于暫態(tài)電壓跌落可接受性和電動(dòng)機(jī)負(fù)荷的穩(wěn)定性定量分析方法,進(jìn)行暫態(tài)電壓安全穩(wěn)定性的量化分析和模式分析;基于暫態(tài)頻率偏移可接受性定量分析方法,進(jìn)行暫態(tài)頻率安全性的量化分析和模式分析。本文基于安全穩(wěn)定性量化分析方法提供的穩(wěn)定裕度和穩(wěn)定模式,結(jié)合運(yùn)行狀態(tài)變化的大小實(shí)現(xiàn)CS自適應(yīng)篩選。2.2下式計(jì)算分析采用安全穩(wěn)定性量化分析算法,獲得上一輪在線評(píng)估的各個(gè)故障下的安全穩(wěn)定裕度、模式和輸電斷面極限功率,確定對(duì)安全穩(wěn)定裕度影響比較大的元件,本文稱之為關(guān)鍵元件。關(guān)鍵元件分為發(fā)電機(jī)、母線以及安全穩(wěn)定輸電斷面。對(duì)于發(fā)電機(jī),利用下式計(jì)算其對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定裕度的影響程度:Gi=n∑j=1kij(1-ηj)(1)Gi=∑j=1nkij(1?ηj)(1)式中:ηj為故障j發(fā)生后的功角穩(wěn)定裕度;kij為故障j的功角穩(wěn)定模式中發(fā)電機(jī)i的參與因子。對(duì)于母線,利用下式計(jì)算其對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定裕度的影響程度:Bi=n∑j=1kij(1-ηj)(2)Bi=∑j=1nkij(1?ηj)(2)式中:ηj為故障j發(fā)生后母線i的暫態(tài)電壓和/或頻率安全穩(wěn)定裕度;kij為故障j的暫態(tài)電壓和/或頻率安全穩(wěn)定模式中母線i的參與因子。對(duì)于安全穩(wěn)定輸電斷面,采用下式計(jì)算其潮流變化對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定裕度的影響程度(影響程度大的那些元件即為關(guān)鍵元件):Li=ΡiΡi.lmt(3)Li=PiPi.lmt(3)式中:Pi為斷面i的有功潮流;Pi.lmt為斷面i的有功潮流安全穩(wěn)定極限值。2.3根據(jù)憲網(wǎng)電網(wǎng)中各重要元件的變化的靜接合力關(guān)鍵元件是基于對(duì)安全穩(wěn)定的影響程度確定的,因此其運(yùn)行狀態(tài)變化必然影響預(yù)想故障下安全穩(wěn)定裕度和模式,進(jìn)而影響輸電斷面極限。本文依據(jù)當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)相對(duì)于前一輪電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵元件運(yùn)行狀態(tài)的變化,如關(guān)鍵元件的投停、關(guān)鍵發(fā)電機(jī)出力變化量、關(guān)鍵母線電壓變化和關(guān)鍵斷面潮流變化量等,采用下式確定需要重新計(jì)算預(yù)想故障安全穩(wěn)定裕度和模式的裕度門檻值:ηcr=ηcr0+h∑i(gi|xi.2-xi.1|xiB)(4)式中:xi.1為對(duì)安全穩(wěn)定裕度影響比較大的元件i的狀態(tài)量上一輪在線評(píng)估中的值;xi.2為相應(yīng)的狀態(tài)量在本輪在線評(píng)估中的值;xiB為相應(yīng)狀態(tài)量的基準(zhǔn)值;gi為上述發(fā)電機(jī)、母線和輸電斷面潮流對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定裕度影響程度因子;h為把電網(wǎng)安全穩(wěn)定裕度影響程度換算成安全穩(wěn)定裕度的換算因子;ηcr0為裕度門檻的低限值(通常設(shè)為0.2);ηcr為故障篩選裕度門檻值。2.4在線估算標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)安全穩(wěn)定裕度隨時(shí)間增大其可信度下降的特性,采用安全穩(wěn)定裕度隨時(shí)間增大而減小的裕度—時(shí)間函數(shù),在前一輪每個(gè)故障的安全穩(wěn)定裕度的基礎(chǔ)上,采用下式分別直接估算CS中每個(gè)故障的安全穩(wěn)定裕度(其安全穩(wěn)定模式保持不變):ηt2=ηt1-k(t2-t1)(5)式中:ηt1為上一輪在線計(jì)算出的安全穩(wěn)定裕度;t1為相應(yīng)的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻;ηt2為本輪在線估算出的安全穩(wěn)定裕度;t2為本輪所計(jì)算的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻;k為裕度隨時(shí)間下降的斜率,具體數(shù)值需要依據(jù)電網(wǎng)安全穩(wěn)定特性來(lái)確定,通?？稍O(shè)為每分鐘裕度下降1.2%。2.5將原有設(shè)置的故障納入secs處理對(duì)于當(dāng)前所有預(yù)想故障,本輪預(yù)估裕度小于裕度門檻值的則納入SECS,進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算;對(duì)于當(dāng)前狀態(tài)下新增加的故障,直接納入SECS,進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。對(duì)于篩選掉的預(yù)想故障,其安全穩(wěn)定裕度以式(5)估算出的裕度表示,其安全穩(wěn)定模式保持不變;對(duì)于篩選出的預(yù)想故障,其安全穩(wěn)定裕度和模式以重新詳細(xì)計(jì)算出的裕度和模式表示。SECS自適應(yīng)篩選的計(jì)算流程如圖2所示。3暫態(tài)安全穩(wěn)定校核將上述方法應(yīng)用到實(shí)際電網(wǎng)在線預(yù)警系統(tǒng),并進(jìn)行了篩選效果的測(cè)試。統(tǒng)計(jì)約1h內(nèi)2個(gè)實(shí)際電網(wǎng)預(yù)想故障在線篩選情況,記錄了各個(gè)輪次的保留故障數(shù),詳細(xì)的篩選結(jié)果見表1。電網(wǎng)1的計(jì)算規(guī)模為3336個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn),416臺(tái)發(fā)電機(jī),電網(wǎng)2的計(jì)算規(guī)模為3081個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn),269臺(tái)發(fā)電機(jī)。預(yù)想故障為線路或變壓器三相短路故障。在測(cè)試中,設(shè)備對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定裕度影響程度因子gi統(tǒng)一設(shè)為1,把安全穩(wěn)定裕度影響程度換算成安全穩(wěn)定裕度的換算因子h設(shè)為0.1,裕度門檻的低限值ηcr0設(shè)為0.2,裕度隨時(shí)間下降的斜率k設(shè)為每分鐘裕度下降1.2%,即大約1h,每個(gè)故障至少計(jì)算一次。在實(shí)際應(yīng)用中,上述參數(shù)的設(shè)定值需要根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際來(lái)確定。電網(wǎng)1在線預(yù)想故障集的故障數(shù)為280個(gè),經(jīng)過(guò)篩選后,一輪的計(jì)算故障數(shù)為8個(gè)～51個(gè),平均約19個(gè)。電網(wǎng)2的OCS故障數(shù)為94個(gè),經(jīng)過(guò)篩選后,一輪的計(jì)算故障數(shù)約為9個(gè)～26個(gè),平均約17個(gè)。通過(guò)對(duì)篩選掉的故障進(jìn)行暫態(tài)安全穩(wěn)定詳細(xì)計(jì)算分析,經(jīng)校核發(fā)現(xiàn),被篩選掉的故障均為暫態(tài)安全穩(wěn)定,并且其安全穩(wěn)定裕度均較高。此外,保