基于網絡拓撲聚類的電力系統主動解列方法技術方案

本發明專利技術公開了一種基于網絡拓撲聚類的電力系統主動解列分析方法，系電力系統緊急控制技術領域。該方法主要針對傳統主動解列方法當中存在的，解空間的組合爆炸和孤網節點電壓可控性兩個問題，提出解決方案。其特點是按照孤網運行約束的要求，指導調整網絡中節點間的拓撲關系，并對調整后的網絡進行聚類分析，獲取解列方案，即采用量化的分布特性分析代替了NP完全問題中的線路搜索，實現了NP完全問題向聚類問題的轉化。該方法原理和步驟直觀，并且能夠在解列分析中兼顧考慮多種孤網運行約束，由于利用聚類分析即可獲取解列方案，處理大型電網時有更高的決策效率。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種，屬于電力系統緊急控制

技術介紹
大型跨區輸電系統能夠有效緩解區域資源供需不平衡問題，但隨著大容量新能源發電并網和快速的負荷增長，電網安全裕度趨于極限，大擾動可能引發危險的連鎖故障或系統崩潰，危及國民生命財產安全。例如2003年的美加大停電事故和2012年的印度大停電事故等。大停電往往伴隨著復雜的連鎖故障過程，包括潮流轉移、區間振蕩、電壓崩潰等事件。在這類嚴重的故障環境下，緊急勵磁調節、切機切負荷等局部控制措施起到的作用變 得有限，不能有效遏制連鎖故障蔓延。電網安全保障體系的最后一道防線是“解列”，所述“解列”是通過改變系統結構、隔離故障來應對以上危機，以避免發生大面積的電網崩潰。不過，由于目前工程上基于自動裝置的常規解列辦法并沒有充分考慮解列后孤島的運行約束，所以容易形成無法獨立運行的孤島，以至于引發后續的連鎖故障，使解列失效。不同于基于自動裝置的解列操作，基于廣域測量系統的“主動解列”是一種從全局視角出發進行安全分析并獲取解列方案的技術措施。主動解列分析的基本思路是通過在全系統范圍選取適當的開斷位置，引導形成相互獨立的、滿足基本運行條件的孤島，以可靠地終止或緩解故障蔓延，并且盡可能多的保留系統對負荷的電力供應。由于主動解列考慮了全局約束，使得解列方案更具可行性。、、、、為了達成解列的目標，當前的主動解列分析均考慮了以下兩個方面的約束[文獻2]:1)發電機同調性。電力系統是一個動態平衡的多機系統，嚴重的持續的機間振蕩會導致系統紊亂，所以解列操作務必要把不能再同步的機群隔離開，以保證各孤島內的發電機能夠內部保持同步，平息振蕩；2)功率平衡。在保證了孤島內的發電機間的動態平衡性后，還要尋求發電出力和負荷功率的供需平衡。功率不平衡的系統無法保證頻率穩定和電壓穩定，解列分析中應該避免形成功率嚴重失衡的孤島。當前，接入第一項約束所采用的主流思路是通過設定閾值對一組反應發電機相對功角狀態的數學量進行劃分。方法包括慢同調識別、Prony識別、同調度識別和PMU直接測量等。而對于第二項約束最常見的實現方法是把分析過程看作求解一個NP完全(Non-deterministic Polynomial Complete)問題、、,基本步驟如下。I)設定求解目標如果希望解列后孤島的有功平衡情況更好，目標函數可以設定為最小孤島有功不平衡量；如果希望最大限度地降低解列時不平衡量造成的功率沖擊，目標函數可以設定為最小線路開斷功率；2)在限定的解空間中搜索目標解用有序二元決策圖、樹形或蠻力等方法搜索參與開斷的線路組合，并保證開斷這組線路不會破壞發電機同調性約束，篩選出滿足目標函數的線路組合方式，進而確定解列面。 這種處理功率平衡約束的方法的優勢在于能夠在解空間中內找到最優解。不足之處在于1)由于線路組合會呈指數級增長，該問題無法在多項式時間內求解，所以隨著系統規模的增大這樣的分析方法會因為效率降低而失去意義。解列控制的實時性要求非常高，為了限制這種組合爆炸造成的時間增長，很多研究都集中于網絡化簡處理，以大幅降低系統規模、。然而，大量的化簡操作對有效解的丟失是顯而易見的。2)當前對于功率平衡約束的理解往往局限于有功功率的平衡，沒有考慮拓撲結構的變化帶來的局部無功平衡問題，也就是電壓可控性問題，導致一些解列方案對應的切負荷量偏大。
技術實現思路
本專利技術提供一種，其目的在于針對主動解列分析中功率平衡約束方面存在的兩個問題，提供一種新的解決辦法。本專利技術的特點包括1)通過對拓撲調整后的網絡進行聚類劃分來獲取解列方案，避開了對每一條線路進行考核的搜索模式；2)能夠在第二項約束中更多地考慮電壓-無功方面的約束。本專利技術的基本理念是由于節點由電網連接起來，各節點的電氣量在全局范圍內會伴隨網絡拓撲結構的特點呈現出一定的分布特征，例如發電機同步、有功平衡、無功分區等，利用這些分布特征進行解列分析，即采用量化的分布特性分析代替NP完全問題中的線路搜索，實現NP完全問題向聚類問題的轉化，該原理如附圖I所示。本專利技術的目的通過由以下技術措施構成的技術方案來實現。的具體步驟包括(附圖2)步驟I :在線信息采集與分析。電網穩定運行時，根據電力系統拓撲結構，構建帶權無向網絡圖，并分析任意兩個節點間的拓撲關系及電氣量關系，這包括兩節點間的連接關系、最小拓撲距離和電氣量靈敏度關系等，然后對應表達為節點間的拓撲距離和靈敏度電氣距離；步驟2 :處理第一項(發電機同調性)約束。大擾動至系統失穩后，為了保證各孤島內發電機的同調性，必須把解列面限定于相對搖擺的機群之間，所以需要提取擾動發生系統失穩后的同調發電機群之間的邊界網絡，按照邊界網絡的結構更新節點間的拓撲距離和電氣距離；步驟3 :按第二項(功率平衡)約束調整網絡中的節點距離關系。在上一步的基礎上，根據電力系統孤島運行中對有功平衡、節點電壓可控性等約束的要求，確定需要調整的節點距離關系,并通過改變邊權實現調整；步驟4 :解列決策。以調整后的全網節點距離關系為輸入量，進行對網絡節點的聚類劃分，按照分析結果執行系統解列。在上述中，步驟I中的節點間拓撲距離可用下述公式(I)表達權利要求1.一種，其特征在于該方法包括以下步驟 步驟I:根據電力系統拓撲結構，構建帶權無向網絡圖，并分析任意兩個節點間的拓撲關系和電氣量關系，對應表達為節點間的拓撲距尚和靈敏度電氣距尚; 步驟2 :提取擾動發生系統失穩后的同調發電機群之間的邊界網絡，按照邊界網絡的結構更新節點間的拓撲距離和電氣距離； 步驟3:根據電力系統孤網運行中對有功平衡和節點電壓可控性的要求，確定需要縮放的節點間距離關系，并通過改變邊權實現調整； 步驟4:以調整后的全網節點距離關系為輸入量，對網絡節點進行聚類劃分，按照分析結果執行系統解列。2.如權利要求I所述，其特征在于步驟I中的節點間拓撲距離用下述公式(I)表達3.如權利要求I所述，其特征在于步驟2中的邊界網絡的界定方法的具體步驟為 1)從某同調群內任意發電機出發進行廣度優先樹形搜索，找到的第一個異群發電機，定義為邊界機； 2)從該邊界機出發，按照網絡拓撲結構進行樹形搜索，同時把所有屬于任意同調群的發電機都設定為搜索路徑終點，獲取一個粗糙邊界網絡； 3)對每一個同調機群進行連通性檢驗，修復被粗糙邊界網絡隔斷的路徑，獲取修剪后的邊界網絡； 4)把該邊界網絡從拓撲圖中屏蔽掉，返回第I)步，繼續搜尋其它位置的邊界網絡，直到每一個同調群內的發電機無法通過拓撲搜索發現任何異名群的發電機為止。4.如權利要求I所述，其特征在于步驟3中的節點間距離關系的具體調整步驟為 1)用靈敏度電氣距離調整節點間的拓撲距離； 2)按有功平衡要求調整節點間的拓撲距離； 3)按照更新后的邊權，重新計算全網的節點間拓撲距離。5.如權利要求I所述，其特征在于步驟4中的聚類劃分采用的是改進的K-Medoids方法，該算法在迭代過程中直接從矩陣D= 中獲取節點間距離，代替常規K-Medoids算法中把節點位置轉化為節點間距離的步驟。6.如權利要求4所述，其特征在于為所述靈敏度電氣距離通過下式來確定7.如權利要求6所述，其特征在于所述靈敏度電氣距離Y通過下述方法調整用公式(4)和(5)獲取每一個無功源的無功功率可支撐范圍，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于網絡拓撲聚類的電力系統主動解列方法，其特征在于該方法包括以下步驟：步驟1：根據電力系統拓撲結構，構建帶權無向網絡圖，并分析任意兩個節點間的拓撲關系和電氣量關系，對應表達為節點間的拓撲距離和靈敏度電氣距離；步驟2：提取擾動發生系統失穩后的同調發電機群之間的邊界網絡，按照邊界網絡的結構更新節點間的拓撲距離和電氣距離；步驟3：根據電力系統孤網運行中對有功平衡和節點電壓可控性的要求，確定需要縮放的節點間距離關系，并通過改變邊權實現調整；步驟4：以調整后的全網節點距離關系為輸入量，對網絡節點進行聚類劃分，按照分析結果執行系統解列。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉俊勇，胥威汀，丁理杰，姚良忠，
申請(專利權)人：四川大學，
類型：發明
國別省市：