一種服務于新型廣域后備保護的電氣島快速跟蹤分析方法
【專利摘要】一種服務于新型廣域后備保護的電氣島快速跟蹤分析方法，所述方法在利用廣域測量系統(tǒng)中的同步相量測量單元實時采集電力網(wǎng)絡中各個開關的變位信息的基礎上，首先采用基于樹支-母線關聯(lián)矩陣的電氣島快速跟蹤分析法并行完成各個廠站內(nèi)的母線分析，然后采用規(guī)則匹配加速算法的電氣島快速跟蹤分析法完成廠站間系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲分析，從而實現(xiàn)對整個電網(wǎng)拓撲結構的快速分析。同傳統(tǒng)方法相比，本方法大大降低了電氣島快速跟蹤分析的運算量，能夠滿足電力系統(tǒng)對網(wǎng)絡拓撲分析的實時性和準確性要求，為新型廣域后備保護創(chuàng)造了有利條件。此外，本方法還具有思路清晰，原理簡單的優(yōu)點。
【專利說明】一種服務于新型廣域后備保護的電氣島快速跟蹤分析方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種服務于廣域后備保護的電氣島快速跟蹤分析方法，屬輸配電【技術領域】。
【背景技術】
[0002]電網(wǎng)絡分析是能量管理系統(tǒng)(EMS)和配網(wǎng)管理系統(tǒng)(DMS)中的一個重要的公共基礎模塊，是狀態(tài)估計、無功優(yōu)化、短路計算及穩(wěn)定分析等各類電力系統(tǒng)高級軟件進行分析計算的物理基礎。網(wǎng)絡分析的計算速度直接影響到整個高級應用軟件體系的響應速度。快速準確的網(wǎng)絡分析將在保證整個電力系統(tǒng)的實時控制與安全運行方面扮演越來越重要的基礎角色。
[0003]電力系統(tǒng)網(wǎng)絡結構分析一般分為廠站內(nèi)結構分析和電氣島快速跟蹤分析兩部分。隨著電力系統(tǒng)保護與控制逐步由離線化或局部實時化向全局角度的實時化和超實時化的過渡與發(fā)展，作為獲取當前網(wǎng)絡物理拓撲結構的電網(wǎng)拓撲快速分析成為需要重新加以審視的研究領域。傳統(tǒng)的電網(wǎng)拓撲分析基于RTU (遠程終端控制系統(tǒng))提供的開關遙信信息，依據(jù)圖論中包括搜索法和矩陣法在內(nèi)的連通性判斷原理，并在結合電力系統(tǒng)元件特性的基礎上，通過廠站內(nèi)母線分析和廠站間電氣島分析兩個階段的拓撲分析，來完成對電力網(wǎng)絡的初始拓撲分析和開關變位跟蹤，并將分析結果及時地上傳到相關的高級管理軟件處理。然而在現(xiàn)有EMS或者DMS中，廠站內(nèi)結構分析和廠站間的電氣島分析都是由控制中心來完成，隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，并行完成各個廠站內(nèi)的母線分析，并將結果提交給智能電網(wǎng)控制中心，然后再進行廠站間系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲分析的分層分布式網(wǎng)絡拓撲建模方式將有利于電力系統(tǒng)安全監(jiān)視和保護控制實現(xiàn)的實時性，同時能夠有效減輕控制中心的負荷處理強度。與此對應，盡管廣域后備保護利用了后備保護原理設計上固有的0.5秒及以上的延時，但是更為快速和準確的電力網(wǎng)絡拓撲識別勢必有利于廣域后備保護處理決策中心對當前電網(wǎng)結構的及時全面掌握。相較于EMS/RTU測量系統(tǒng)中4s —次的數(shù)據(jù)刷新周期，WAMS/PMU (廣域測量系統(tǒng)中的同步相量測量單元)中每秒100幀(或50幀或25幀)的同步數(shù)據(jù)上傳速率在保證電力系統(tǒng)網(wǎng)絡分析的實時性和快速性方面更具優(yōu)勢，因此如何利用PMU信息作為新的數(shù)據(jù)源來提升電力網(wǎng)絡分析的實時性成為研究基于廣域測量信息的新型后備保護系統(tǒng)所需重點關注的內(nèi)容之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術之弊端，提供一種服務于新型廣域后備保護的電氣島快速跟蹤分析方法，以實現(xiàn)電網(wǎng)拓撲結構的快速分析和開關變位跟蹤，為新型廣域后備保護提供數(shù)據(jù)。
[0005]本發(fā)明所述問題是以下述技術方案實現(xiàn)的:
一種服務于新型廣域后備保護的電氣島快速跟蹤分析方法，所述方法在利用廣域測量系統(tǒng)中的同步相量測量單元實時采集電力網(wǎng)絡中各個開關的變位信息的基礎上，首先采用基于樹支-母線關聯(lián)矩陣的電氣島快速跟蹤分析法并行完成各個廠站內(nèi)的母線分析，然后采用規(guī)則匹配加速算法的電氣島快速跟蹤分析法完成廠站間系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲分析，從而實現(xiàn)對整個電網(wǎng)拓撲結構的快速分析。
[0006]上述服務于新型廣域后備保護的電氣島快速跟蹤分析方法，進行廠站內(nèi)母線分析的具體方法如下:
a.當廠站內(nèi)的某開關由“開”到“合”，使廠站內(nèi)增加一條支路時，若在“開”狀態(tài)下，新增支路兩端母線屬于同一電氣島，則新增支路為連支；反之，則新增支路為樹支，轉(zhuǎn)步驟d ;
b.當廠站內(nèi)連接母線η和母線》的支路》上的開關由“合”到“開”，使支路^斷開時，若支路U是連支，則不影響電氣島的劃分，將連支集合中的該支路刪掉即可，轉(zhuǎn)步驟d ；
c.當廠站內(nèi)連接母線M和母線《的支路V.上的開關由“合”到“開”，使支路^?斷開時，若支路‘是樹支，電氣島分離情況不明，刪除樹支集合中元素‘后，需要進一步做以下處理:
①考察電網(wǎng)對應樹圖，尋找支路4?斷開后母線被分成的兩組集合，獲得與母線m通過樹支相連的母線集合Λ及與母線I通過樹支相連的母線集合B ;
②若能在連支集合中找到一條這樣的連支，其一側母線在集合Z中，另一側母線在集合β中，那么母線m與母線η仍然屬于同一電氣島，重新定義該連支為樹支，轉(zhuǎn)步驟d ；
③若在連支集合中不存在上述連支，則電氣島將分離為兩個子電氣島，轉(zhuǎn)到步驟
d ；
d.根據(jù)支路的增減及電氣島的分合情況，修改電氣島、母線編號以及樹支連支集合，完成電氣島快速跟蹤分析。
[0007]上述服務于新型廣域后備保護的電氣島快速跟蹤分析方法，進行廠站間系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲分析的具體方法如下:
a.當支路I由“開”到“合”，使廠站間增加一條支路時，若在“開”狀態(tài)下，新增支路兩端母線屬于同一電氣島，那么電氣島數(shù)不變，將新支路定義為連支；若在“開”狀態(tài)下，新增支路兩端母線屬于兩個電氣島，則兩個不同的電氣島合并成一個電氣島；
b.當連接母線和母線《的支路^上的開關由“合”到“開”，使廠站間支路&斷開時，若支路'""2是連支，則電氣島不變；若^為樹支，則考察其對應路徑集合是否為空集，如果一為空集，則電氣島分離；如果4^不是空集，則將對應的傳遞路徑中所含的一條連支定為新樹支；
C.根據(jù)支路的增減及電氣島的分合情況，修改電氣島、母線編號以及樹支連支集合:
①若新增一條支路，則對所有路徑集合為空的樹支進行重新搜索，給出新對應的路徑集合；若新增的支路。是樹支，除了對路徑集合為空的樹支進行重新搜索外，還要增加其對應的路徑集合--，并修改相應的樹支連支集合；
②若減少一條支路:
1)若該支路為連支，修改連支集合；
2)若該支路為樹支，且造成電氣島分離，則分別對該樹支兩端母線集合中的母線進行編號，并在此基礎上重新形成樹支和連支集合；
3)若該支路為樹支，但電氣島沒有分離，則將該樹支對應路徑集合中的一個連支更新為新樹支，并匹配上對應的路徑集合。
[0008]上述服務于新型廣域后備保護的電氣島快速跟蹤分析方法，確定樹支所對應的路徑集合時，若某樹支對應的路徑集合有多條傳遞路徑使該支路兩端母線相連，在搜索過程中，找到第一條后即停止后續(xù)搜索，使每個路徑集合中最多只有一條符合要求的傳遞路徑。
[0009]上述服務于新型廣域后備保護的電氣島快速跟蹤分析方法，進行廠站間系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲分析時，電氣島、母線編號以及樹支連支集合的修改為離線處理過程，其余為在線分析過程。
[0010]本發(fā)明采用基于樹支-母線關聯(lián)矩陣的電氣島快速跟蹤分析法判斷支路開斷事件的影響，利用基于規(guī)則匹配的搜索加速算法實現(xiàn)電氣島的快速跟蹤分析。通過在線分析過程和離線處理過程的有機結合，確保電網(wǎng)拓撲結構分析和開關變位跟蹤的實時性。同傳統(tǒng)方法相比，本方法大大降低了電氣島快速跟蹤分析的運算量，能夠滿足電力系統(tǒng)對網(wǎng)絡拓撲分析的實時性和準確性要求，為新型廣域后備保護創(chuàng)造了有利條件。此外，本方法還具有思路清晰，操作簡單的優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0012]圖1是一個10節(jié)點網(wǎng)絡；
圖2是基于樹支-母線關聯(lián)矩陣的電氣島快速跟蹤分析流程圖；
圖3是采用規(guī)則匹配加速算法的電氣島快速跟蹤分析流程圖；
圖4是拓撲跟蹤算法性能測試網(wǎng)絡；
圖5是某一條正常支路；
圖6是某一條故障支路。
[0013]文中各符號為:EMS、能量管理系統(tǒng)，DMS、配網(wǎng)管理系統(tǒng)，RTU、遠程終端控制系統(tǒng)，WAMS、廣域測量系統(tǒng)，PMU、同步相量測量單元，連接母線和母線η的支路，M…連支集合，htn ?的路徑集合。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。應該強調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的專利保護范圍。
[0015]本發(fā)明提出的電氣島快速跟蹤分析方法，關鍵技術在于借助樹支-母線關聯(lián)集合，通過搜索符合條件的連支來直接判斷電氣島的分離情況，圖2為基于樹支-母線關聯(lián)矩陣的電氣島快速跟蹤分析流程圖。在基于規(guī)則匹配的搜索過程中，離線處理與在線分析相結合的方式可有效提高電氣島快速跟蹤分析的速度，圖3為采用規(guī)則匹配加速算法的電氣島快速跟蹤分析流程圖。
[0016]圖4是拓撲跟蹤算法的性能測試網(wǎng)絡，網(wǎng)絡中已經(jīng)標記了樹支、連支集合(其中，標記?為樹支，其余為連支)?？紤]到連支開斷對電氣島和母線無明顯影響，我們重點分析樹支開斷情況。[0017]情況1:樹支匕開斷
假設母線2和母線3之間線路匕斷開，利用樹搜索法確定經(jīng)其他樹支與母線2連通的母線集合d = l.2]，以及經(jīng)其他樹支與母線3連通的母線集合S = PA5A7A9K進一步，在連支集合￥_中搜索支路，要求該類支路的一端母線屬于集合4，另一端母線屬于集合^:那么一旦搜到該類支路則說明當前樹支開斷后，仍然存在著其他支路可以連接兩部分子樹，電氣島不會發(fā)生分離，反之判斷電氣島分離。
[0018]在本情況中，對應的連支集合，如表1所示。根據(jù)條件，判斷出連支&符合要求，因此樹支匕斷開沒有導致電氣島分離，同時將連支&指定為新樹支，并放入樹支集合。
[0019]表1.測試網(wǎng)絡的連支集合
【權利要求】
1.一種服務于新型廣域后備保護的電氣島快速跟蹤分析方法，其特征是，所述方法在利用廣域測量系統(tǒng)中的同步相量測量單元實時采集電力網(wǎng)絡中各個開關的變位信息的基礎上，首先采用基于樹支-母線關聯(lián)矩陣的電氣島快速跟蹤分析法并行完成各個廠站內(nèi)的母線分析，然后采用規(guī)則匹配加速算法的電氣島快速跟蹤分析法完成廠站間系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲分析，從而實現(xiàn)對整個電網(wǎng)拓撲結構的快速分析。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種服務于新型廣域后備保護的電氣島快速跟蹤分析方法，其特征是，進行廠站內(nèi)母線分析的具體方法如下: a.當廠站內(nèi)的某開關由“開”到“合”，使廠站內(nèi)增加一條支路時，若在“開”狀態(tài)下，新增支路兩端母線屬于同一電氣島，則新增支路為連支；反之，則新增支路為樹支，轉(zhuǎn)步驟d ; b.當廠站內(nèi)連接母線^和母線？I的支路^上的開關由“合”到“開”，使支路W斷開時，若支路。是連支，則不影響電氣島的劃分，將連支集合中的該支路刪掉即可，轉(zhuǎn)步驟d ; c.當廠站內(nèi)連接母線P和母線n的支路4?上的開關由“合”到“開”，使支路U斷開時，若支路V.是樹支，電氣島分離情況不明，刪除樹支集合中元孝*后，需要進一步做以下處理: ①考察電網(wǎng)對應樹圖，尋找支路4?斷開后母線被分成的兩組集合，獲得與母線m通過樹支相連的母線集合4及與母線》通過樹支相連的母線集合s ； ②若能在連支集合|-中找到一條這樣的連支，其一側母線在集合a中，另一側母線在集合S中，那么母線m與母線η仍然屬于同一電氣島，重新定義該連支為樹支，轉(zhuǎn)步驟d ； ③若在連支集合中不存在上 述連支，則電氣島將分離為兩個子電氣島，轉(zhuǎn)到步驟d ； d.根據(jù)支路的增減及電氣島的分合情況，修改電氣島、母線編號以及樹支連支集合，完成電氣島快速跟蹤分析。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種服務于新型廣域后備保護的電氣島快速跟蹤分析方法，其特征是，進行廠站間系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲分析的具體方法如下: a.當支路#由“開”到“合”，使廠站間增加一條支路時，若在“開”狀態(tài)下，新增支路兩端母線屬于同一電氣島，那么電氣島數(shù)不變，將新支路定義為連支；若在“開”狀態(tài)下，新增支路兩端母線屬于兩個電氣島，則兩個不同的電氣島合并成一個電氣島； b.當連接母線?和母線η的支路4?上的開關由“合”到“開”，使廠站間支路。斷開時，若支路^是連支，則電氣島不變?’若!麗為樹支，則考察其對應路徑集合是否為空集，如果4?為空集，則電氣島分離；如果不是空集，則將對應的傳遞路徑中所含的一條連支定為新樹支； C.根據(jù)支路的增減及電氣島的分合情況，修改電氣島、母線編號以及樹支連支集合: ①若新增一條支路，則對所有路徑集合為空的樹支進行重新搜索，給出新對應的路徑集合；若新增的支路?是樹支，除了對路徑集合為空的樹支進行重新搜索外，還要增加其對應的路徑集合，并修改相應的樹支連支集合； ②若減少一條支路: I)若該支路為連支，修改連支集合；2)若該支路為樹支，且造成電氣島分離，則分別對該樹支兩端母線集合中的母線進行編號，并在此基礎上重新形成樹支和連支集合； 3)若該支路為樹支，但電氣島沒有分離，則將該樹支對應路徑集合中的一個連支更新為新樹支，并匹配上對應的路徑集合。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種服務于新型廣域后備保護的電氣島快速跟蹤分析方法，其特征是，確定樹支所對應的路徑集合時，若某樹支對應的路徑集合有多條傳遞路徑使該支路兩端母線相連，在搜索過程中，找到第一條后即停止后續(xù)搜索，使每個路徑集合中最多只有一條符合要求的傳遞路徑。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種服務于新型廣域后備保護的電氣島快速跟蹤分析方法，其特征是，進行廠站間系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲分析時，電氣島、母線編號以及樹支連支集合的修改為離線處理過程，其余為在線分`析過程。
【文檔編號】G06F19/00GK103488892SQ201310435012
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月23日 優(yōu)先權日:2013年9月23日
【發(fā)明者】張亞剛, 張晉芳, 王增平, 錢誠 申請人:華北電力大學（保定）