一种基于风险分析的输电断面经济输电功率在线确定方法

摘要

本发明公开了一种基于风险分析的输电断面经济输电功率在线确定方法，属于电力系统及其自动化技术领域。本发明在线获取电网模型数据，在输电断面的输电功率上下限之间均分输电功率区间，并行计算各输电功率下输电的经济效益和系统安全稳定风险，进而计算该输电功率下输电风险效益；再通过分析比较不同输电功率下输电风险效益，确定输电断面最佳的经济输电功率值。本发明综合考虑输电效益和系统安全风险，提出输电断面最佳经济输送功率在线确定方法，可实现输电的经济性与系统稳定性的有效权衡，有益于在考虑系统安全约束前提充分利用输电断面的裕度，提高电力系统运行的经济性和安全性。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化技术领域，更准确地说本发明涉及一种基 于风险分析的输电断面经济输电功率在线确定方法。

背景技术

输电断面的输电能力是电网调度运行部门关注的重要指标。为保证电力系 统安全稳定运行，实际制定的断面输电能力除受到设备本身的热稳定、绝缘要 求的约束外，还受到系统暂态稳定、电压稳定、频率稳定等系统安全稳定性的 约束。《电力系统安全稳定导则》规定N-1故障下不采取措施应能保证系统稳定 运行，N-2故障下可采取紧急控制措施保证系统稳定运行，有效保障了我国电力 系统多年来的安全稳定运行，但也存在一定的局限：由于没有考虑不同故障发 生的可能性或概率，也没有考虑不同故障导致系统失稳后带来的后果差异，这 种确定性的处理原则导致的问题之一便是严重制约了输电断面的输电能力，影 响了输电的经济效益。

Billinton、Kurugan等人在评估不同故障类型、故障地点、临界切除时间的 概率分布特性基础上，提出了一种评估系统稳定性的概率方法，尽管考虑了故 障发生可能性的差异，但其缺点是没有综合考虑导致失稳的概率和失稳后果， 因而就无法综合评判故障严重程度。风险评估方法通过对系统的风险及其影响 进行综合评估，能够从经济代价的角度给出不同故障的严重程度差异，适合应 用于权衡经济性与安全稳定性存在矛盾的场合，并辅助人们作出风险适中可控、 经济效益较好的理智决策。但至今仍未见有基于风险分析方法确定输电断面的 经济输电功率，从而指导调度运行控制的报道。

大规模新能源发电并网运行并通过输电断面远距离输电为资源的大范围优 化配置、节能环保创造了巨大的经济效益，然而由于系统安全稳定性的约束使 得断面实际输电功率受到严重制约，基于传统确定性、保守原则的电力系统调 度运行方法在保障系统稳定性的同时却牺牲了输电的经济效益，这种现状亟需 改变。基于风险的方法考虑经济性与系统稳定性的有效权衡，为制定输电断面 最佳经济输电功率提供了一种有效方法，因此本发明旨在通过系统安全稳定风 险分析，并综合考虑输电效益和系统安全风险，提出输电断面最佳经济输送功 率在线确定方法，期望为调度运行决策提供参考。

发明内容

本发明的目的是：为了克服现有技术的不足，给出一种基于风险分析的输 电断面经济输电功率在线确定方法。该方法通过系统安全稳定风险分析，综合 考虑输电效益和系统安全风险，在线确定输电断面最佳经济输送功率。当输电 断面运行在经济输电功率附近，可以有效平衡输电的经济性与系统安全稳定风 险，获得风险稳健、经济效益良好的调度运行策略。调控部门按照在线确定的 输电断面经济输送功率安排下一时段输电断面输电功率大小，有助于提升调度 运行的精细化水平，保障电力系统运行的安全性和经济性。

具体地说，本发明是采用以下的技术方案来实现的，包括下列步骤：

1）在电网调控中心在线获取电网设备模型和参数、当前运行工况、输电断 面考核的预想故障集及其发生概率、输电断面的输电功率上限P_max和下限P_min；

2）将输电断面的输电功率在其下限P_min与上限P_max间分成M等份，得到介于 上下限之间的不同的输电功率P_j：

$P_j=P_{\min }+\frac{P_{\max }-P_{\min }}{M}\times j(j=1~M-1)---\left(1\right)$

3）分别求取不同的输电功率P_j下的输电风险效益Y_dea(P_j)；

4）比较各P_j下的输电风险效益，确定经济输电功率的近似值P_sim：

P_sim＝P_k，且Y_dea(P_k)＝max{Y_dea(P_j)}(k∈1～M-1,j＝1～M-1)    (2)

5）5）将区间分成M′等份，得到介于该区 间上下限之间不同的断面输电功率j＝1～M′-1；分别求取不同的输电功率值P′_j下的输电风险效益Y_dea(P′_j)；

6）比较各P′_j下的输电风险效益，确定输电断面的经济输电功率P_opt：

P_opt＝P′_k，且Y_dea(P′_k)＝max{Y_dea(P′_j)}(k∈1～M′-1,j＝1～M′-1)    (3)。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤1）中，输电功率上限P_max从电 网调控部门获取、并已考虑输电断面设备热稳定和绝缘要求约束，输电功率下 限P_min根据调度要求确定，如果没有调度要求则P_min取值为零。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3）或步骤（5）中输电风险效 益的求取具体包括以下步骤：

3-1）在输电断面的送、受端按比例调整发电机出力和负荷大小，使得所关 注断面的输电功率为P_j或P′_j；

3-2）在线计算输电断面输电功率P_j或P′_j下各预想故障下优化的紧急控制措 施；

3-3）按公式（4）求取输电功率P_j或P′_j下输电的经济效益E_tra(P_j)或E_tra(P′_j)：

E_tra(P_j)＝P_j×T_obv×C_uit

E_tra(P′_j)＝P′_j×T_obv×C_uit    (4)

式中，T_obv为在线计算输电风险效益的时间周期；C_uit为单位输送电能的经济 效益；

3-4）按公式（5）求取输电功率P_j下的系统失稳的风险Rs_ys(P_j)或Rs_ys(P′_j)：

$R_{\mathrm{sys}}\left(P_j\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}[P_r\left(i\right)\times J\left(i\right)]$

$R_{\mathrm{sys}}\left(P_j^{\prime }\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}[P_r\left(i\right)\times J\left(i\right)]---\left(5\right)$

式（5）中，N为输电断面考核的预想故障数；P_r(i)为故障i在时间T_obv内的 发生概率；J(i)为故障i下使系统保持稳定的紧急控制措施的总代价，根据步骤 3-2）所得到的紧急控制措施进行计算，方法如下：

$\left(\begin{array}{c}J\left(i\right)=\underset{k_1=1}{\overset{K_g}{\Sigma }}[\Delta P_g(i,k_1)·C_g\left(k_1\right)·T_g(i,k_1)+C_{g-\mathrm{rst}}\left(k_1\right)]\\ +\underset{k_2=1}{\overset{K_l}{\Sigma }}[\Delta P_l(i,k_2)·C_l\left(k_2\right)·T_l(i,k_2)]\end{array}\right)---\left(6\right)$

式（6）中，K_g为故障i下紧急控制切机数；ΔP_g(i,k₁)为故障i下第k₁个切机 措施的切机量；C_g(k₁)为第k₁个切机措施单位电能的损失代价；T_g(i,k₁)为故障i下 第k₁个所切机组在故障消除后恢复至正常投运的所需时间估计值；C_g-rst(k₁)为第 k₁个所切机组恢复投运代价；K_l为故障i下紧急控制切负荷点数；ΔP_l(i,k₂)为故障 i下第k₂个切负荷点的切负荷量；C_l(k₂)为第k₂个切负荷单位电能损失；T_l(i,k₂)为 故障i下第k₂个切负荷点恢复至正常供电所需时间；

3-5）按公式（7）求取输电功率P_j下的输电风险效益Y_dea(P_j)或Y_dea(P′_j)：

$Y_{\mathrm{dea}}\left(P_j\right)=E_{\mathrm{tra}}\left(P_j\right)-R_{\mathrm{sys}}\left(P_j\right)$

$Y_{\mathrm{dea}}\left(P_j^{\prime }\right)=E_{\mathrm{tra}}\left(P_j^{\prime }\right)-R_{\mathrm{sys}}\left(P_j^{\prime }\right)---\left(7\right).$

上述技术方案的进一步特征在于，M=N_C+1，N_C为计算机核数；当是整数时，当不是整数时，M′取值为大于 的最小整数，其中ε_P为计算精度。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3）和步骤5）中，对于不同输 电功率值下输电风险效益，采用按输电功率并行计算来提高计算效率。

本发明的有益效果如下：本发明提出了输电断面在某一输电功率下输电效 益、系统安全稳定风险及输电风险效益的计算方法，建立在线确定经济输电功 率的方法，可为电力系统运行方式调整和控制决策等提供更为具体的量化分析 与决策支持；提出了通过两步均分输电区间并行计算不同输电功率下输电风险 效益的方法，有利于提高计算效率。本发明的实施可有效平衡输电的经济性与 系统安全稳定风险，获得风险稳健、经济效益良好的调度运行策略，提高电力 系统运行的经济性和安全性。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面参照附图并结合实例对本发明作进一步详细描述。

图1中步骤1描述的是，从电网调控中心在线获取电网设备模型和参数、 当前运行工况、输电断面考核的预想故障集及其发生概率（故障的发生概率根 据运行在电网调控部门的其他支撑系统或应用软件获得）；从电网调控部门获取 已考虑输电断面设备热稳定、绝缘要求约束的上限P_max；根据调度要求确定的输 电功率下限P_min（如果没有要求则取值为零），P_min也可以根据调度经验确定。

图1中步骤2描述的是，将输电断面的输电功率在其下限P_min与上限P_max间 分成M等份，分别得到不同的输电功率P_j：

$P_j=P_{\min }+\frac{P_{\max }-P_{\min }}{M}\times j(j=1~M-1)---\left(1\right)$

式（1）中，M=N_C+1，N_C为计算机核数。

图1中步骤3描述的是，分别求取不同的输电功率P_j下的输电风险效益 Y_dea(P_j)。对于各输电功率P_j(j＝1～M-1)，采用按输电功率并行的方法分别计算 其输电风险效益Y_dea(P_j)，对于某一输电功率P_j下的输电风险效益Y_dea(P_j)，其计算 过程包括如下步骤。

步骤3-1：在输电断面的送、受端按比例调整发电机出力和负荷大小，使得 所关注断面的输电功率为P_j；

步骤3-2：在线计算输电断面输电功率P_j下优化的紧急控制措施，该紧急控 制措施可以利用成熟的商业软件求解；

步骤3-3：按公式（2）求取输电功率P_j下输电的经济效益E_tra(P_j)：

E_tra(P_j)＝P_j×T_obv×C_uit    (2)

式中，T_obv为在线计算输电风险效益的时间周期，一般可取T_obv=1h；C_uit为单 位输送电能的经济效益。

步骤3-4：按公式（3）求取输电功率Pj下系统失稳的风险R_sys(P_j)：

$R_{\mathrm{sys}}\left(P_j\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}[P_r\left(i\right)\times J\left(i\right)]---\left(3\right)$

式（3）中，N为输电断面考核的预想故障数；P_r(i)为故障i在时间T_obv内的 发生概率；J(i)为故障i下使系统保持稳定的紧急控制措施的总代价，根据步骤 3-2所得到的紧急控制措施进行计算，方法如下：

$\left(\begin{array}{c}J\left(i\right)=\underset{k_1=1}{\overset{K_g}{\Sigma }}[\Delta P_g(i,k_1)·C_g\left(k_1\right)·T_g(i,k_1)+C_{g-\mathrm{rst}}\left(k_1\right)]\\ +\underset{k_2=1}{\overset{K_l}{\Sigma }}[\Delta P_l(i,k_2)·C_l\left(k_2\right)·T_l(i,k_2)]\end{array}\right)---\left(4\right)$

式（4）中，K_g为故障i下紧急控制切机数；ΔP_g(i,k₁)为故障i下第k₁个切机 措施的切机量；C_g(k₁)为第k₁个切机措施单位电能的损失代价；T_g(i,k₁)为故障i下 第k₁个所切机组在故障消除后恢复至正常投运的所需时间估计值，其值可取历史 统计数据平均值；C_g-rst(k₁)为第k₁个所切机组恢复投运代价；K_l为故障i下紧急控 制切负荷点数；ΔP_l(i,k₂)为故障i下第k₂个切负荷点的切负荷量；C_l(k₂)为第k₂个 切负荷单位电能损失；T_l(i,k₂)为故障i下第k₂个切负荷点恢复至正常供电所需时 间，其值可取历史统计数据平均值。

步骤3-5：按公式（5）求取输电功率P_j下的输电风险效益Y_dea(P_j)：

Y_dea(P_j)＝E_tra(P_j)-R_sys(P_j)    (5)

图1中步骤4描述的是，比较P_j下的输电风险效益，确定经济输电功率的近 似值P_sim：

P_sim＝P_k，且Y_dea(P_k)＝max{Y_dea(P_j)}(k∈1～M-1,j＝1～M-1)    (6)

图1中步骤5描述的是，将区间分成M′等 份，得到介于该区间上下限之间不同的断面输电功率 j＝1～M′-1；分别求取不同的输电功率值P′_j下 的输电风险效益Y_dea(P′_j)。这里求取Y_dea(P′_j)的方法与步骤3）的完全相同，只是各 相关公式中的输电功率不同（即将P_j替换为P′_j）。当是整数时，M′= 当不是整数时，M′取值为大于的最小整 数，其中ε_P为计算精度，其具体数值根据调度运行需求确定，一般可取 50MW≤ε_P≤200MW。

在步骤3）和步骤5）中，对于不同输电功率值下输电风险效益，可以采用 按输电功率并行计算来提高计算效率。

图1中步骤6描述的是，比较各P′_j下的输电风险效益，确定输电断面的经 济输电功率P_opt：

P_opt＝P′_k，且Y_dea(P′_k)＝max{Y_dea(P′_j)}(k∈1～M′-1,j＝1～M′-1)    (7)

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。 在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发 明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容 为标准。