專利名稱：電力系統(tǒng)恢復中減小環(huán)網(wǎng)并列合閘角的最優(yōu)控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)恢復中減小環(huán)網(wǎng)并列合閘角的最優(yōu)控制方法。
背景技術：
大停電后的電力系統(tǒng)恢復是一個復雜的控制與決策問題，且存在一系列的相關問題[文獻 1，ADIBI M M.Power system restoration :methodologies&implementationstrategies [Μ], New York : IEEE Press，2000.]。環(huán)網(wǎng)并列操作時，待并列線路兩端過大的電壓相角差(standing phase angle, SPA)，即合閘角，就是其中的一個重要問題[文獻 2, ADIBI M M, KAFKAR J.Power system restoration issues [J]. IEEE ComputerApplications in Power, 1991,4 (2) : 19-24.]。如果在合閘角過大時進行并列操作，則會對附近的系統(tǒng)設備造成損壞，甚至再次發(fā)生停電事故。因此，在進行環(huán)網(wǎng)并列操作之前，需要將合閘角減小到允許的范圍內(nèi)。對于恢復期間的環(huán)網(wǎng)并列操作，通常由調(diào)度員根據(jù)預案和以往處理類似事故的經(jīng)驗進行處理。然而，大停電場景與正常運行工況存在很大的差別，已有的恢復預案也不能涵蓋電網(wǎng)的所有停電場景。鑒于合閘角調(diào)整的復雜性[文獻3，薛禹勝，王昊昊，DONGa^oyang，等.電力市場環(huán)境下互聯(lián)電網(wǎng)恢復控制的評述[J].電力系統(tǒng)自動化，2007，31(21) :110-115.]，無論在恢復預案制定期間還是在恢復期間，都需要環(huán)網(wǎng)并列操作的輔助決策信息。目前，已有多種環(huán)網(wǎng)并列合閘角控制方法，用以指導調(diào)度和運行人員快速地實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)并列操作。這些方法中，以發(fā)電機有功出力調(diào)整為主要的控制手段，輔以切除少量負荷；以系統(tǒng)運行安全性和合閘角限值為約束條件。其中，運行安全性約束包括發(fā)電機有功出力和無功出力上下限值、節(jié)點電壓上下限值和線路最大傳輸功率，等。目標函數(shù)主要是發(fā)電機有功出力調(diào)整量平方和最小，有的還附加參與調(diào)整機組數(shù)量最少的要求。[文獻4，WUNDERLI CHS, ADIBI M M, FISCHL R, et al. An approach to standing phase anglereduction [J], IEEE Trans on Power Systems, 1994,9(1) :470-478.]、[文獻 5，MARTINSN,0LIVEIRA E J de,PEREIRA J L R,et al. Reducing standing phase angle via interiorpoint optimum power flow for improved system restoration[C]//Proceedings ofIEEE PES Power System Conference and Exposition,2004,New York，USA :404-408.]禾口[文獻 6，YUAN R, LING J, ZHANG Z, et al. A genetic algorithm method for standingphase angle reduction in power system restoration[C]//Proceedings of 2010 IEEEPower and Energy Society General Meeting Minneapolis, 2010, USA :1_6.]分別米用數(shù)學規(guī)劃和遺傳算法，通過求解包含系統(tǒng)運行安全性和合間角約束的優(yōu)化問題，得到減小合閘角控制策略。[文獻 7，HAZARIKA D, SINHA A K. Standing phase angle reductionfor power system restoration[J]. IEEE Proceedings-Generation, Transmission andDistribution, 1998,145(1) :82-88.]、[文獻 8，HAZARIKAD，SINHA A K. An algorithm forstanding phase angle reduction for power system restoration[J]. IEEE Trans onPower Systems, 1999，14(4) :1213-1218.]、[文獻 9，KETABI A, RANJBAR A Μ, FEUILLETR.New approach to standing phase angle reduction for power system restoration[J].European Transactions on Electric Power, 2002,12(4) :301-307.]基于靈敏度分析，將待并列線路兩端合閘角的變化近似表示為發(fā)電機有功出力調(diào)整量的線性組合，通過啟發(fā)式搜索得到參加調(diào)整的最小數(shù)量發(fā)電機及其有功出力調(diào)整量。上述以發(fā)電機有功出力調(diào)整作為控制變量減小合閘角的方法，對于僅有停運線路而無負荷損失的常規(guī)環(huán)網(wǎng)并列操作中合閘角的控制是適宜的。在大停電后系統(tǒng)恢復過程中，由于負荷尚未完全恢復，如果在增加發(fā)電機出力的同時，選擇性地投入對減小合閘角具有較大靈敏度、重要性高的負荷，實現(xiàn)合閘角調(diào)控與負荷恢復的協(xié)調(diào)，在較短時間內(nèi)達到環(huán)網(wǎng)并列條件的同時，也實現(xiàn)了對部分重要負荷的恢復，這顯然能夠提高恢復效率，加快恢復進程，減小停電損失。眾所周知，有功功率在線路上傳輸會產(chǎn)生電壓降落，使得受端電壓的相角大于送端。對于結(jié)構(gòu)簡單、潮流走向明確的系統(tǒng)，基于對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的分析和潮流分布的把握，合閘角調(diào)控的思路為首先，根據(jù)節(jié)點電壓的相角大小，在待并列線路兩側(cè)將電網(wǎng)分為受端和送端，受端電壓相角小，送端電壓相角大；然后，利用降低送端到受端有功功率的方法，即可減小待并列線路兩端的合閘角。具體地，在送端可投入對減小合閘角有效的停電負荷，在受端選擇對減小合閘角有效的機組并增加有功出力。由于系統(tǒng)在恢復期間不可能有充裕的功率備用，對于規(guī)模較大、結(jié)構(gòu)復雜的電網(wǎng)，如何選擇對減小合閘角最有效的機組、最有效且重要性高的負荷，并以最少的調(diào)控對象和調(diào)整量完成合閘角的調(diào)控，是上述調(diào)控思想的應用難點。此外，在大停電后的系統(tǒng)恢復過程中，自動發(fā)電控制系統(tǒng)往往不可用[文獻4]，發(fā)電機有功調(diào)整需要調(diào)度和運行人員的多次交互并通過手動操作完成。因此，在減小合閘角的過程中，為減輕調(diào)度和運行人員的負擔，應盡量使參與調(diào)整的發(fā)電機數(shù)量最少。文獻[7-9]按照發(fā)電機有功調(diào)整量對減小合閘角的靈敏度大小逐一增加參與調(diào)整的發(fā)電機數(shù)量，直至合閘角減小到設定值。文獻[4]首先假設全部發(fā)電機參與減小合閘角的調(diào)控過程，得到發(fā)電機調(diào)整量；然后按照調(diào)整量大的發(fā)電機優(yōu)先參與調(diào)整的原則，逐一增加發(fā)電機數(shù)量，直至達到調(diào)控目標。以上確定參與調(diào)整最小數(shù)量發(fā)電機的方法存在一定的不足①在逐一增加發(fā)電機的過程中，需要重新計算發(fā)電機有功調(diào)整量；②在文獻[4]方法中，可能會出現(xiàn)有功出力可調(diào)整范圍較小但對減小合閘角具有較高靈敏度的發(fā)電機，不能優(yōu)先參與調(diào)整的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為解決上述問題，提供一種電力系統(tǒng)恢復中減小環(huán)網(wǎng)并列合閘角的最優(yōu)控制方法，它以增加發(fā)電機有功出力和投入負荷作為控制變量，計及待恢復負荷的重要性，通過求解混合整數(shù)規(guī)劃模型，得到減小環(huán)網(wǎng)并列線路兩端過大電壓相角差的最優(yōu)控制量，利用二分法原理確定參與調(diào)整最小數(shù)量的發(fā)電機。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案一種電力系統(tǒng)恢復中減小環(huán)網(wǎng)并列合閘角的最優(yōu)控制方法，步驟為步驟1，選擇受端電網(wǎng)中的全部發(fā)電機增加有功出力和投入送端電網(wǎng)中待恢復的負荷作為控制變量，計及待恢復負荷的重要性，建立減小環(huán)網(wǎng)并列線路兩端過大電壓相角 差的混合整數(shù)規(guī)劃模型；步驟2，由計算得到的發(fā)電機有功出力調(diào)整情況，判斷參與調(diào)控的發(fā)電機數(shù)量是否 達到最?。蝗绻_到，則轉(zhuǎn)步驟7 ；否則，轉(zhuǎn)下一歩；步驟3，對于增加有功出力且有功出力沒有達到出力上限的發(fā)電機，計算增加有功 出力對減小合閘角的靈敏度，并由高到低排序；步驟4，利用二分原理，選擇序列中的靈敏度較高的部分發(fā)電機參與合閘角調(diào)控， 轉(zhuǎn)下一歩；步驟5，再次利用步驟1的優(yōu)化模型，得到這部分發(fā)電機有功出力的調(diào)整情況和投 入負荷的情況；步驟6，由計算得到的發(fā)電機有功出力調(diào)整情況，判斷發(fā)電機數(shù)量是否達到最小； 如果達到，則轉(zhuǎn)步驟7 ；否則，轉(zhuǎn)步驟4 ；步驟7，合閘角調(diào)控結(jié)束。所述步驟1中，混合整數(shù)規(guī)劃模型如下
權利要求
1.一種電力系統(tǒng)恢復中減小環(huán)網(wǎng)并列合閘角的最優(yōu)控制方法，其特征是，步驟為步驟1，選擇受端電網(wǎng)中的全部發(fā)電機增加有功出力和投入送端電網(wǎng)中待恢復的負荷作為控制變量，計及待恢復負荷的重要性，建立減小環(huán)網(wǎng)并列線路兩端過大電壓相角差的混合整數(shù)規(guī)劃模型；步驟2，由計算得到的發(fā)電機有功出力調(diào)整情況，判斷參與調(diào)控的發(fā)電機數(shù)量是否達到最小；如果達到，則轉(zhuǎn)步驟7 ；否則，轉(zhuǎn)下一步；步驟3，對于增加有功出力且有功出力沒有達到出力上限的發(fā)電機，計算增加有功出力對減小合閘角的靈敏度，并由高到低排序；步驟4，利用二分原理，選擇序列中的靈敏度較高的部分發(fā)電機參與合閘角調(diào)控，轉(zhuǎn)下一步；步驟5，再次利用步驟1的優(yōu)化模型，得到這部分發(fā)電機有功出力的調(diào)整情況和投入負荷的情況；步驟6，由計算得到的發(fā)電機有功出力調(diào)整情況，判斷發(fā)電機數(shù)量是否達到最??；如果達到，則轉(zhuǎn)步驟7 ；否則，轉(zhuǎn)步驟4 ；步驟7，合閘角調(diào)控結(jié)束。
2.如權利要求1所述的電力系統(tǒng)恢復中減小環(huán)網(wǎng)并列合閘角的最優(yōu)控制方法，其特征是，所述步驟1中，混合整數(shù)規(guī)劃模型如下
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電力系統(tǒng)恢復中減小環(huán)網(wǎng)并列合閘角的最優(yōu)控制方法1)以增加發(fā)電機有功出力和投入待恢復負荷為控制手段，建立減小環(huán)網(wǎng)并列合閘角的混合整數(shù)規(guī)劃模型；2)判斷參與調(diào)控的發(fā)電機數(shù)量是否達到最?。蝗缡?，轉(zhuǎn)步驟7)；否則，轉(zhuǎn)下一步；3)對于增加有功出力且有功出力未達到出力上限的發(fā)電機，計算增加有功出力對減小合閘角的靈敏度，由高到低排序；4)利用二分原理，選擇序列中的靈敏度高的發(fā)電機參與合閘角調(diào)控；5)利用步驟1的模型，計算得到發(fā)電機有功出力增加量和被恢復的負荷量；6)根據(jù)發(fā)電機有功出力調(diào)整情況，判斷發(fā)電機數(shù)量是否達到最??；如是，則轉(zhuǎn)步驟7)；否則，轉(zhuǎn)步驟4)；7)合閘角調(diào)控結(jié)束。
文檔編號H02J3/18GK102570493SQ20111035039
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權日2011年11月8日
發(fā)明者劉玉田, 葉華, 牛新生, 王春義, 賈善杰 申請人:山東大學, 山東電力研究院