一種極端災(zāi)害氣象條件下電網(wǎng)復(fù)雜相繼故障模擬與仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種極端災(zāi)害氣象條件下電網(wǎng)復(fù)雜相繼故障模擬與仿真方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國內(nèi)外專家學(xué)者針對大電網(wǎng)崩潰問題進(jìn)行了大量的研究，試圖揭示電網(wǎng)崩潰的機(jī)理。由于電網(wǎng)崩潰并不僅僅是由電網(wǎng)的物理屬性決定的，電網(wǎng)遭受的隨機(jī)擾動(dòng)、電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行人員所下達(dá)的操作指令也會(huì)對電網(wǎng)崩潰的演化產(chǎn)生消極或積極的影響，因此對于電網(wǎng)崩潰機(jī)理的分析極為復(fù)雜。針對電網(wǎng)物理屬性對電網(wǎng)崩潰的影響，國內(nèi)外專家學(xué)者認(rèn)為電網(wǎng)具有典型的自組織臨界特性(Self-Organized Criticality，S0C)，并相繼提出了三類連鎖故障模型，主要包括:基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的連鎖故障模型(相隔中心性模型、Motter-Lai模型、有效性能模型等)、基于元件級聯(lián)失效的連鎖故障模型(CASCADE模型、分支過程模型等)和基于電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性的連鎖故障及大停電事故模型(0ΡΑ模型、隱故障模型、Manchester模型等)。
[0003]上述所有模型在模擬連鎖反應(yīng)故障過程中均遵守“某一線路過載切除導(dǎo)致潮流大規(guī)模轉(zhuǎn)移從而引發(fā)其他線路過載”這一理念，故主要采用潮流計(jì)算分析的方法。但是在研究實(shí)際大停電統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，相當(dāng)一部分大停電演化過程會(huì)由于系統(tǒng)遭受大擾動(dòng)失去暫態(tài)穩(wěn)定，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)切除、負(fù)荷切除以及潮流轉(zhuǎn)移，最終引發(fā)連鎖故障。因此，在研究電網(wǎng)大停電事故模型中，需要考慮電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定特性。
[0004]但是以極端災(zāi)害天氣導(dǎo)致的大規(guī)模線路舞動(dòng)事件為背景，其發(fā)生的主要原因并不是線路過載，而是大風(fēng)吹動(dòng)線路，導(dǎo)致線路舞動(dòng)，線路與周圍物體或線路相間間距過小，弓丨起線路短路。這些故障之間并沒有很明確的因果關(guān)系，主要受各線路所處地域的氣象環(huán)境條件(風(fēng)速、風(fēng)向等)以及地理?xiàng)l件(線路通道上是否有大樹，是否有某些障礙物搭在線路之間)等的影響，具有一定的隨機(jī)性，不符合連鎖故障的分析條件。因此，基于潮流計(jì)算(全潮流、直流潮流)的常規(guī)SOC分析方法并不適用于大風(fēng)等極端災(zāi)害天氣引發(fā)線路舞動(dòng)及短路跳閘的場景分析，而基于暫態(tài)穩(wěn)定分析的方法更適合此類問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種極端災(zāi)害氣象條件下電網(wǎng)復(fù)雜相繼故障模擬與仿真方法，該方法以極端災(zāi)害天氣導(dǎo)致的大規(guī)模線路舞動(dòng)事件為背景，提供了一種復(fù)雜群發(fā)性相繼故障模擬方法，開發(fā)出超長時(shí)間尺度內(nèi)復(fù)雜群發(fā)性相繼故障仿真流程，拓展了常規(guī)的以潮流計(jì)算、線路過載為基本手段的大電網(wǎng)崩潰分析方法，能夠更加全面地反映大停電演化過程中的擾動(dòng)因素和動(dòng)作特性。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種極端災(zāi)害氣象條件下電網(wǎng)復(fù)雜相繼故障模擬與仿真方法，包括以下步驟:
[0008]讀取所有故障集合線路，計(jì)算合并線路長度，計(jì)算線路總長度，按照線路總長度選取故障線路并相應(yīng)的設(shè)置線路故障，同時(shí)確定故障時(shí)長與間隔，隨機(jī)生成群發(fā)性相繼故障，設(shè)置包括解列判據(jù)、功角失穩(wěn)判據(jù)、網(wǎng)絡(luò)解算不收斂判據(jù)的仿真終止判據(jù)，對生成的群發(fā)性相繼故障進(jìn)行時(shí)域仿真，直到滿足仿真終止判據(jù)的終止條件。
[0009]進(jìn)一步的，合并線路長度的計(jì)算方法為:計(jì)算所研究電網(wǎng)中所有線路的總長度D，并按照首尾相接的方法為各條線路分配長度區(qū)間，對于線路i，其始端與線路1-Ι的終端重合，其終端與線路i+Ι的始端重合，線路i的始端為距離(!㈠處，終端為距離CU處，線路i的長度為 li = di_di—I。
[0010]進(jìn)一步的，本方法基于線路長度等概率故障的原則，按照線路總長度采用輪盤賭的方法隨機(jī)選擇故障線路。
[0011 ]具體方法為:在半開半閉區(qū)間(O，D]內(nèi)等概率隨機(jī)選擇一個(gè)實(shí)數(shù)r，如果r位于線路i的始端和終端內(nèi)，即re (Cl1^d1]，則線路i被選中為故障線路。
[0012]設(shè)置線路故障的具體方法為:
[0013]I)如果選出的線路為正常投運(yùn)線路，隨機(jī)設(shè)置該線路的故障位置，按照各類故障的發(fā)生概率隨機(jī)設(shè)置故障類型，并設(shè)置故障的清除和控制措施；
[0014]2)參考電網(wǎng)事故的歷史統(tǒng)計(jì)信息，設(shè)置相應(yīng)故障類型；
[0015]3)單相短路故障全部為瞬時(shí)性故障，經(jīng)過線路保護(hù)跳閘和設(shè)定時(shí)間后自動(dòng)重合閘恢復(fù)運(yùn)行，相間短路故障跳開線路后不進(jìn)行重合閘；
[0016]4)如果選出的線路為前面操作中跳閘停運(yùn)的線路，強(qiáng)制該線路投運(yùn)，以模擬故障清除后的送電；
[0017]5)對于因切除線路導(dǎo)致系統(tǒng)中部分區(qū)域從主系統(tǒng)解列的線路，不對其進(jìn)行重合。
[0018]所述方法中，設(shè)置故障時(shí)長與間隔的原則為:
[0019]I)為充分模擬長時(shí)間極端天氣的影響，將每個(gè)相繼故障場景的模擬時(shí)長設(shè)置為6-10小時(shí)；
[0020]2)為避免系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生連續(xù)故障而失穩(wěn)，在兩個(gè)故障發(fā)生中間設(shè)置設(shè)定時(shí)長的無故障時(shí)間；
[0021]3)在每個(gè)故障發(fā)生后都要進(jìn)行至少設(shè)定閾值時(shí)間的仿真，以保證系統(tǒng)在下次故障發(fā)生前能夠可靠平息振蕩；
[0022]4)對于故障發(fā)生后達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)間仿真穩(wěn)定的故障并不繼續(xù)仿真設(shè)定時(shí)長，而是在系統(tǒng)振蕩平息后即暫停仿真，并將仿真中的當(dāng)前時(shí)刻置為下一故障發(fā)生前的一個(gè)周波處，這樣既能夠?qū)崿F(xiàn)超長時(shí)間尺度的連續(xù)仿真，又避免了計(jì)算量的急劇增加。
[0023]所述解列判據(jù):系統(tǒng)發(fā)生單相故障或相間故障后，繼電保護(hù)裝置會(huì)跳開故障線路清除故障，如果此故障發(fā)生在某一區(qū)域與主網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線上，將會(huì)導(dǎo)致此片區(qū)從主網(wǎng)解列成為孤島，對于母線數(shù)目小于設(shè)定值的孤島則停運(yùn)該孤島內(nèi)的所有設(shè)備，繼續(xù)仿真。
[0024]所述功角失穩(wěn)判據(jù)為采用交流同步電網(wǎng)內(nèi)機(jī)組間最大功角差超過某一數(shù)值或雖未超過某一數(shù)值但在后期未能迅速振蕩衰減作為功角失穩(wěn)判據(jù)。
[0025]所述網(wǎng)絡(luò)解算不收斂判據(jù)為網(wǎng)絡(luò)解算迭代次數(shù)超過設(shè)定次數(shù)為一次網(wǎng)絡(luò)解算不收斂，連續(xù)設(shè)定時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)解算不收斂時(shí)退出仿真。
[0026]本發(fā)明的有益效果為:
[0027](I)提供了一種極端災(zāi)害氣象條件下電網(wǎng)復(fù)雜相繼故障模擬與仿真方法，拓展了常規(guī)的以潮流計(jì)算、線路過載為基本手段的大電網(wǎng)崩潰分析方法，考慮了詳細(xì)模型的時(shí)域仿真，能夠更加全面地反映大停電演化過程中的擾動(dòng)因素和動(dòng)作特性；
[0028](2)利用超長時(shí)間尺度內(nèi)復(fù)雜群發(fā)性相繼故障仿真流程，能夠模擬十幾個(gè)小時(shí)窗口內(nèi)的復(fù)雜群發(fā)性相繼故障動(dòng)態(tài)過程，通過參數(shù)設(shè)置改變單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的故障數(shù)目，可以模擬各種嚴(yán)重程度的復(fù)雜群發(fā)性相繼故障。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明提供的合并線路長度示意圖。
[0030]圖2是本發(fā)明提供的相繼故障場景生成流程圖。
[0031]圖3是本發(fā)明提供的相繼故障場景仿真流程圖。
【具體實(shí)施方式】
:
[0032]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0033]—種極端災(zāi)害氣象條件下電網(wǎng)復(fù)雜相繼故障模擬與仿真方法，包括如下步驟:
[0034]步驟(I):基于線路長度等概率故障的原則隨機(jī)生成群發(fā)性相繼故障，具體包括合并線路長度、選取故障線路、設(shè)置線路故障、設(shè)置故障時(shí)長與間隔等。
[0035]步驟(2):以PSS/E為計(jì)算引擎，對步驟(I)生成的群發(fā)性相繼故障進(jìn)行時(shí)域仿真，并設(shè)置仿真終止判據(jù)，包括解列判據(jù)、功角失穩(wěn)判據(jù)、網(wǎng)絡(luò)解算不收斂判據(jù)。
[0036]步驟(I)中的合并線路長度:計(jì)算所研究電網(wǎng)中所有線路的總長度D，并按照首尾相接的方法為各條線路分配長度區(qū)間。對于線路i，其始端與線路1-Ι的終端重合，其終端與線路i+Ι的始端重合，詳見附圖1。線路i的始端為距離(!^處，終端為距離CU處，線路i的長度
Ii 一 di_di—I ο
[0037]步驟(I)中的選取故障線路:在極端災(zāi)害氣象條件下，線路故障發(fā)生位置不僅受氣象條件(如風(fēng)、雨、雪)的影響，還受線路的具體設(shè)計(jì)參數(shù)(如相間距)、運(yùn)行參數(shù)(如線路電流、設(shè)備完好性)以及當(dāng)?shù)氐牡乩項(xiàng)l件等的影響。然而由于氣象信息、線路參數(shù)、地理參數(shù)等很難完全獲取，因此本發(fā)明基于線路長度等概率故障的原則，按照線路總長度采用輪盤賭的方法隨機(jī)選擇故障線路。輪盤賭的思想是:在半開半閉區(qū)間(0，D]內(nèi)等概率隨機(jī)選擇一個(gè)實(shí)數(shù)r，如果r位于線路i的始端和終端內(nèi)，S卩re(d1-1，d1]，則線路i被選中為故障線路。
[0038]步驟(I)中的設(shè)置線路故障:對于通過輪盤賭方法選出的線路，本發(fā)明按照下述原則設(shè)置線路故障:I)如果選出的線路為正常投運(yùn)線路，那么隨機(jī)設(shè)置該線路的故障位置，按照各類故障的發(fā)生概率隨機(jī)設(shè)置故障類型，并設(shè)置故障的清除和控制措施;2)參考實(shí)際電網(wǎng)事故的統(tǒng)計(jì)信息，對于500kV線路，單相短路故障概率為72.2%,相間短路故障概率為27.8%，對于220kV線路，故障類型全部為相間短路故障；3)單相短路故障全部為瞬時(shí)性故障，經(jīng)過線路保護(hù)跳閘和I秒后自動(dòng)重合閘恢復(fù)運(yùn)行，相間短路故障跳開線路后不進(jìn)行重合閘;4)如果選出的線路為前面操作中跳閘停運(yùn)的線路，那么強(qiáng)制該線路投運(yùn)，以模擬故障清除后的送電；5)對于因切除線路導(dǎo)致系統(tǒng)中部分區(qū)域從主系統(tǒng)解列的線路，不對其進(jìn)行重入口 ο
[0039]步驟(I)中的設(shè)置故障時(shí)長與間隔:I)為充分模擬長時(shí)間極端天氣的影響，將每個(gè)相繼故障場景的模擬時(shí)長設(shè)置為6-10小時(shí)；2)為避免系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生連續(xù)故障而失穩(wěn)，在兩個(gè)故障發(fā)生中間設(shè)置10-12分鐘的無故障時(shí)間，S卩每小時(shí)內(nèi)發(fā)生故障數(shù)限定為5-6個(gè);3)在每個(gè)故障發(fā)生后都要進(jìn)行至少20秒的仿真，以保證系統(tǒng)在下次故障發(fā)生前能夠可靠平息振蕩;4)對于故障發(fā)生后20秒仿真穩(wěn)定的故障并不繼續(xù)仿真10-12分鐘，而是在系統(tǒng)振蕩平息后即暫停仿真，并將仿真中的當(dāng)前時(shí)刻置為下一故障發(fā)生前的一個(gè)周波處，這樣既能夠?qū)崿F(xiàn)超長時(shí)間尺度的連續(xù)仿真，又避免了計(jì)算量的急劇增加