CN105305436B - 一种多能跨区互联输电的防御能力快速评估与决策方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多能跨区互联输电的防御能力快速评估与决策方法，面向电力系统中多元电源互联输电方式下系统暂态功角稳定控制方面，建立能够直接快速计算出决策结论的数学模型。首先定义防御向量，计及新定义向量进行网络导纳矩阵变换，并相继建立系统暂态能量方程。在此基础上，构建多能跨区互联输电中防御控制模型，给出最优防御向量的获取算法。最终，应用防御控制模型中的稳定防御裕度指标，进一步推演多能跨区互联输电的防御能力评价指标。通过本发明的方法，在多元电源互联输电故障时，能够快速计算出最优防御向量，并获得该故障方式下的系统防御能力，实现了系统安全稳定策略的科学评估与合理部署。
Description
技术领域
本发明属于能源互联输电中暂态功角稳定控制领域，特别涉及一种多能跨区互联输电的防御能力快速评估与决策方法。
背景技术
在系统输电断面故障方式下，电网安全稳定控制研究一直以来受到区域电网公司应急调控部门的高度重视。目前所采用的方法为逐步仿真法，随着新能源发电技术发展、环境问题日益突出，系统中电源结构已成为多元化格局。互联输电中暂态功角稳定控制的策略部署取决于送端电网的可控电源种类，不同电源的控制实施将产生较大差异的故障恢复效果。采用传统的逐步积分仿真方式展开研究，需进行不同种方式的排列组合与附加计算，任务量繁杂。
发明内容
发明目的：
为了在多能跨区互联输电发生暂态故障时，能够直接快速的判断出系统多元电源的不同组合方式下其防御能力优劣，并同时计算出每个组合方式中最优防御决策，确保多元电源跨区互联输电的安全、稳定、经济运行；本发明提出了一种多能跨区互联输电的防御能力快速评估与决策方法。
技术方案：
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种多能跨区互联输电的防御能力快速评估与决策方法，该方法步骤如下：
步骤1：将目标电网等值为多机系统经典模型；
步骤2：面向多机系统的暂态功角稳定性，定义防御向量λ＝[χ1,χ2,…,χn]；
步骤3：应对暂态功角失稳的系统运行方式，构建多能跨区互联输电中防御控制模型；
多能跨区互联输电中防御控制模型建立的具体步骤如下：
步骤3.1：引入防御向量的系统导纳方程；
步骤3.2：构建暂态能量方程；
步骤3.3：建立多能跨区互联输电中防御控制模型；
步骤4：结合步骤3的多能跨区互联输电中防御控制模型，推演多能跨区互联输电的防御能力评价指标；
多能跨区互联输电的防御能力评价指标建立的具体步骤如下：
步骤4.1：依据步骤3.3突变解析模型，定义功角稳定防御解空间；
步骤4.2：在步骤4.1功角稳定防御解空间中，推演出能够使系统稳定的防御向量所对应的可行防御解空间；
步骤4.3：结合步骤3.3中稳定防御裕度指标Lλm与步骤4.2中可行防御解空间uλ k(x)、vλ k(x)，构建多能跨区互联输电的防御能力评价指标；
步骤5：经步骤1-步骤4中系列模型求解，分析计算结论，评价出多元能源系统不同运行状态下防御能力强弱，得出目标运行状态所对应的最优防御解向量，实现故障防御决策。
上述步骤3.2所述的暂态能量方程，表示如下：
暂态动能方程：
其中：VK(ω,λ)为暂态动能函数，ω为等值系统转子角速度，M(λ)为计及防御向量的惯性常数，为控制动作前一时刻的等值转子角速度，a(λ)为控制动作期间计及防御向量的等值转子加速度；
暂态势能方程：
其中：VP(δ,λ)为暂态势能函数，δ为暂态功角，δu为最大摆动功角，控制后一时刻的暂态功角，Pm为等值系统的机械功率，Pe为等值系统的电磁功率，C′、D′、H′为计及防御向量作用后的等值系统的结构参数、P′m为防御向量作用后的等值系统机械功率；
暂态能量守恒方程：
其中：X＝π-δu。
上述步骤3.3所述的多能跨区互联输电中防御控制模型，表示如下：
结合步骤3.2的暂态能量守恒方程，变换为Y3+uY+v＝0形式，进而得出功角突变解析模型：
其中：C(λ)为突变流形方程，u(λ)为计及防御向量的突变流形解的横坐标，v(λ)计及防御向量的突变流形解的纵坐标；
多能跨区互联输电中防御控制模型：
其中：λm为最优防御向量，Lλm为稳定防御裕度指标，(uc,vc)为突变流形边界解，(uλm vλm)为最优防御向量作用下突变解。
上述步骤4.2所述的可行防御解空间，表示如下：
可行防御解空间：
其中：uλ k(x)、vλ k(x)为使系统稳定的防御向量在突变流形中的映射坐标解空间，同时称之为可行防御解空间；kλm(x)为状态变量，当防御向量λm所映射的突变流形Cλm(x)＜0，kλm(x)状态变量取1，否则kλm(x)状态变量取0。
上述步骤4.3所述的多能跨区互联输电的防御能力评价指标，表示如下：
多能跨区互联输电的防御能力评价指标：
优点和效果：
本发明以多元能源发电互联传输中安全稳定快速分析为目标，为电力系统安全稳定控制领域提供了科学的理论分析依据，所提出防御控制模型与防御能力评价指标共同组成多能跨区互联输电的防御能力快速评估与决策方法，为电网中多能源互联传输的安全稳定策略的快速计算与直接部署方面提供了方法支撑。本发明立足于多元能源发电以及稳定性快速直接计算，为未来的新能源发展以及广域信息防御系统奠定了理论基础，实现技术方法导向。
附图说明
图1是本发明中多能跨区互联输电的防御能力快速评估与决策方法的建模流程图。
具体实施方式
在多元电源跨区域互联输电电力的电网运行模式下，输电断面故障所导致的系统安全稳定评估与控制问题是本发明的主要目标。如果采用常规的逐步积分仿真法进行分析时，需大量列举多源运行方式，多种防御策略需进行反复仿真验证，增添了分析的繁琐性。面向快速的暂态功角稳定防御能力评判与控制决策问题，本发明提出了一种多能跨区互联输电的防御能力快速评估与决策方法，构建了能够直接计算的防御决策数学模型、防御能力评估数学模型，只需将系统故障运行参数输入本发明的模型，便直接快速得出最优防御决策向量与防御能力指标，以至于决策者能够快速分析复杂电源模式下的系统故障防御部署方案，进一步确保互联电网跨区输电方式下安全稳定运行。
本发明涉及一种多能跨区互联输电的防御能力快速评估与决策方法，步骤如下：
步骤1：将目标电网等值为多机系统经典模型；
步骤2：面向多机系统的暂态功角稳定性，定义防御向量λ，向量表示如下：
防御向量表达式为：λ＝[χ1,χ2,…,χn]；
其中：变量χ为二元变量，其值为1时代表无操控对应机组，为0时代表切除对应机组，n为防御区域内所有多种电源的数量；
步骤3：应对暂态功角失稳的系统运行方式，构建多能跨区互联输电中防御控制模型；
多能跨区互联输电中防御控制模型建立的具体步骤如下：
步骤3.1：引入防御向量的系统导纳方程，表示如下：
多机系统导纳方程表达式为：
其中：YE为系统导纳矩阵、YEG为多源电源的暂态电抗导纳阵、YGG为电源端电压节点间导纳阵、YGL为电源端电压节点向负荷节点间的导纳阵、YLG为负荷节点向电源端电压节点间的导纳阵、YLL为负荷节点间的导纳阵。
引入防御向量的系统导纳方程Y′E表达式为：
Y′E＝YE(λ)，Y′EG＝diag(λ)YEG，YEG＝diag[1/jX′di]
其中：YE(λ)为防御向量λ的导纳矩阵函数，jX′di为各电源的暂态电抗。
步骤3.2：构建暂态能量方程，表示如下：
暂态动能方程：
其中：VK(ω,λ)为暂态动能函数，ω为等值系统转子角速度，M(λ)为计及防御向量的惯性常数，为控制动作前一时刻的等值转子角速度，a(λ)为控制动作期间计及防御向量的等值转子加速度。
暂态势能方程：
其中：VP(δ,λ)为暂态势能函数，δ为暂态功角，δu为最大摆动功角，控制后一时刻的暂态功角，Pm为等值系统的机械功率，Pe为等值系统的电磁功率，C′、D′、H′为计及防御向量作用后的等值系统的结构参数、P′m为防御向量作用后的等值系统机械功率。
暂态能量守恒方程：
其中：X＝π-δu
步骤3.3：建立多能跨区互联输电中防御控制模型，表示如下：
结合步骤3.2的暂态能量守恒方程，变换为Y3+uY+v＝0形式，进而得出功角突变解析模型：
其中：C(λ)为突变流形方程，u(λ)为计及防御向量的突变流形解的横坐标，v(λ)计及防御向量的突变流形解的纵坐标。
多能跨区互联输电中防御控制模型：
其中：λm为最优防御向量，Lλm为稳定防御裕度指标，(uc,vc)为突变流形边界解，(uλm vλm)为最优防御向量作用下突变解。
步骤4：结合步骤3的多能跨区互联输电中防御控制模型，推演多能跨区互联输电的防御能力评价指标；
多能跨区互联输电的防御能力评价指标建立的具体步骤如下：
步骤4.1：依据步骤3.3突变解析模型，定义功角稳定防御解空间；
功角稳定防御解空间：
其中：uλ(x)、vλ(x)是防御向量在突变流形中的映射坐标解，x＝[x1,x2,…xn]T为目标电网运行状态点所组成的状态向量，不同的x代表多元电源系统不同的运行方式，n为目标电网运行的状态维数；
步骤4.2：在步骤4.1功角稳定防御解空间中，推演出能够使系统稳定的防御向量所对应的可行防御解空间：
可行防御解空间：
其中：uλ k(x)、vλ k(x)为使系统稳定的防御向量在突变流形中的映射坐标解空间，同时称之为可行防御解空间；kλm(x)为状态变量，当防御向量λm所映射的突变流形Cλm(x)＜0，kλm(x)状态变量取1，否则kλm(x)状态变量取0。
步骤4.3：结合步骤3.3中稳定防御裕度指标Lλm与步骤4.2中可行防御解空间uλ k(x)、vλ k(x)，构建多能跨区互联输电的防御能力评价指标，表示如下：
多能跨区互联输电的防御能力评价指标：
步骤5：经步骤1-步骤4中系列模型求解，分析计算结论，评价出多元能源系统不同运行状态下防御能力强弱，得出目标运行状态所对应的最优防御解向量，实现故障防御决策。
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
对上述一种多能跨区互联输电的防御能力快速评估方法，具体实施方式步骤如下：
步骤1：选择New England 10机39节点标准系统，新增40节点并入24节点，41节点并入22节点，在40节点接入200MW风电电源，41节点接入560MW风电电源。以上系统作为具体实施的目标电网，展开多机系统经典模型等值；
步骤2：面向多机系统的暂态功角稳定性，定义防御向量λ，列表如下：
步骤3：应对暂态功角失稳的系统运行方式，构建多能跨区互联输电中防御控制模型；
本发明中多能跨区互联输电中防御控制模型建立的具体步骤如下：
步骤3.1：引入防御向量的系统导纳方程YE(λ(x0))、YE(λ(x1))、YE(λ(x2))；
步骤3.2：构建暂态能量方程：
步骤3.3：建立多能跨区互联输电中防御控制模型，求取多能跨区互联输电中最优稳定防御向量列表所示：
步骤4：结合步骤3的多能跨区互联输电中防御控制模型，推演多能跨区互联输电的防御能力评价指标；
本发明中多能跨区互联输电的防御能力评价指标建立的具体步骤如下：
步骤4.1：依据步骤3.3突变解析模型，定义功角稳定防御解空间；
功角稳定防御解空间：{uλ(x1,x2,x3),vλ(x1,x2,x3)}
其中：x1、x2、x3代表三个方案所对应各自的状态向量；
步骤4.2：在步骤4.1功角稳定防御解空间中，推演出能够使系统稳定的防御向量所对应的可行防御解空间：
步骤4.3：结合步骤3.3中稳定防御裕度指标Lλm与步骤4.2中可行防御解空间uλ k(x1,x2,x3)、vλ k(x1,x2,x3)，构建多能跨区互联输电的防御能力评价指标，表示如下：
多能跨区互联输电的防御能力评价指标：
步骤5：经步骤1-步骤4中系列模型求解，分析计算结论，在输电容量方面：方案3＝方案2>方案1；多元电源比例：方案3>方案2>方案1；防御能力：方案1>方案3>方案2。通过综合评价得出方案3的系统运行方式为最优，最优防御向量解为λ12＝[1,0,1,0,1]，在防御能力较强、输电容量提升40％的运行状态下，采用防御向量λ12＝[1,0,1,0,1]决策，实现多能跨区互联输电系统的故障防御。
结论：
本发明所述的多能跨区互联输电的防御能力快速评估与决策方法，通过本发明的实施，在多元电源互联输电故障时，能够快速计算出最优防御向量，并获得该故障方式下的系统防御能力，实现了系统安全稳定策略的科学评估与合理部署。
Claims (5)
1.一种多能跨区互联输电的防御能力快速评估与决策方法，其特征在于：该方法步骤如下：
步骤1：将目标电网等值为多机系统经典模型；
步骤2：面向多机系统的暂态功角稳定性，定义防御向量λ＝[χ1,χ2,…,χn]，其中：变量χ为二元变量，其值为1时代表无操控对应机组，为0时代表切除对应机组，n为防御区域内所有多种电源的数量；
步骤3：应对暂态功角失稳的系统运行方式，构建多能跨区互联输电中防御控制模型；
多能跨区互联输电中防御控制模型建立的具体步骤如下：
步骤3.1：引入防御向量的系统导纳方程；
步骤3.2：构建暂态能量方程；
步骤3.3：建立多能跨区互联输电中防御控制模型；
步骤4：结合步骤3的多能跨区互联输电中防御控制模型，推演多能跨区互联输电的防御能力评价指标；
多能跨区互联输电的防御能力评价指标建立的具体步骤如下：
步骤4.1：依据步骤3.3突变解析模型，定义功角稳定防御解空间；
步骤4.2：在步骤4.1功角稳定防御解空间中，推演出能够使系统稳定的防御向量所对应的可行防御解空间；
步骤4.3：结合步骤3.3中稳定防御裕度指标Lλm与步骤4.2中可行防御解空间uλ k(x)、vλ k(x)，构建多能跨区互联输电的防御能力评价指标，其中：uλ k(x)、vλ k(x)为使系统稳定的防御向量在突变流形中的映射坐标解空间，同时称之为可行防御解空间；
步骤5：经步骤1-步骤4中系列模型求解，分析计算结论，评价出多元能源系统不同运行状态下防御能力强弱，得出目标运行状态所对应的最优防御解向量，实现故障防御决策。
2.根据权利要求1所述的多能跨区互联输电的防御能力快速评估与决策方法，其特征在于：步骤3.2所述的暂态能量方程，表示如下：
暂态动能方程：
其中：VK(ω,λ)为暂态动能函数，ω为等值系统转子角速度，M(λ)为计及防御向量的惯性常数，ωg -为控制动作前一时刻的等值转子角速度，a(λ)为控制动作期间计及防御向量的等值转子加速度；
暂态势能方程：
其中：VP(δ,λ)为暂态势能函数，δ为暂态功角，δu为最大摆动功角，控制后一时刻的暂态功角，Pm为等值系统的机械功率，Pe为等值系统的电磁功率，C′、D′、H′为计及防御向量作用后的等值系统的结构参数、Pm′为防御向量作用后的等值系统机械功率；
暂态能量守恒方程：
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其中：X＝π-δu。
3.根据权利要求1所述的多能跨区互联输电的防御能力快速评估与决策方法，其特征在于：步骤3.3所述的多能跨区互联输电中防御控制模型，表示如下：
结合步骤3.2的暂态能量守恒方程，变换为Y3+uY+v＝0形式，进而得出功角突变解析模型：
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其中：C(λ)为突变流形方程，u(λ)为计及防御向量的突变流形解的横坐标，v(λ)计及防御向量的突变流形解的纵坐标；
多能跨区互联输电中防御控制模型：
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其中：λm为最优防御向量，Lλm为稳定防御裕度指标，(uc,vc)为突变流形边界解，(uλmvλm)为最优防御向量作用下突变解。
4.根据权利要求1所述的多能跨区互联输电的防御能力快速评估与决策方法，其特征在于：步骤4.2所述的可行防御解空间，表示如下：
可行防御解空间：
其中：uλ k(x)、vλ k(x)为使系统稳定的防御向量在突变流形中的映射坐标解空间，同时称之为可行防御解空间；kλm(x)为状态变量，当防御向量λm所映射的突变流形Cλm(x)＜0，kλm(x)状态变量取1，否则kλm(x)状态变量取0；uλ(x)、vλ(x)是防御向量在突变流形中的映射坐标解。
5.根据权利要求1所述的多能跨区互联输电的防御能力快速评估与决策方法，其特征在于：步骤4.3所述的多能跨区互联输电的防御能力评价指标，表示如下：
多能跨区互联输电的防御能力评价指标：
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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