一种电力系统安全稳定在线综合防御方法
【专利摘要】本发明公开了一种电力系统安全稳定综合防御方法，属于电力系统安全稳定控制技术领域。本发明通过在电力系统处于准稳态运行时分别计算针对预想故障集的安全稳定预防控制在线决策、针对各个预想故障的安全稳定紧急控制在线预决策和仅针对电力系统实际运行状态的安全稳定紧急控制实时决策，采用这3类控制决策所针对的电力系统运行时刻与当前时刻之间的时长是否超过相应的定值作为各类控制决策有效性的判据，结合安全稳定紧急控制实时决策优先、安全稳定紧急控制在线预决策次之、安全稳定预防控制在线决策最后的控制决策选择原则来确定用于执行的控制措施，为电力系统安全稳定的在线综合防御提供了一种实用有效的方法。
【专利说明】
-种电力系统安全稳定在线综合防御方法
技术领域
[0001] 本发明属于电力系统安全稳定控制技术领域，更准确地说，本发明设及一种适用 于综合应用在线预防控制、在线紧急控制和实时紧急控制多种控制手段防御电力系统失去 安全稳定性的方法。
【背景技术】
[0002] 目前电力系统安全稳定综合防御手段采用的主要是依据电力系统安全稳定导则 通过离线分析计算规划运行方式，辅助采用基于电力系统实际运行断面数据的在线安全稳 定分析技术来支撑电力系统的安全稳定运行。随着间隙性新能源发电的大量接入、电力市 场的逐步推进和未来能源互联网的实施，电力系统的实际运行方式与常规离线策划的运行 方式的偏差会越来越大。电力系统的安全稳定综合防御将逐渐转变为离线w研究电力系统 运行特性和机理为主、安排运行方式为辅，在线w调度优化控制运行方式为主的电力系统 调度运行控制模式。
[0003] 确保电力系统安全稳定运行就是要能够应对电力系统可能遭受的各种故障(或扰 动），实际上，电力系统可能遭受的故障（或扰动)是无法穷尽的，受制于目前计算能力的限 审ij，在线安全稳定分析也只能针对少量预想故障进行分析，因此，必然会有一些其它没有预 想到的故障发生后会导致电力系统失去安全稳定。除此之外，由于在线安全稳定分析总需 要一定的计算时间，而在运段时间内电力系统很可能已经发生了变化，即使采用基于未来 运行方式的在线安全稳定分析，也会由于未来运行方式很可能与未来实际的运行方式的不 一致，导致针对预想故障的在线安全稳定分析也难w保障运些预想故障真的发生后的安全 稳定性。实际上，还有由于电力系统模型和参数，特别是暂态和动态安全稳定计算紧密相关 的模型和参数与实际的不一致，也会造成在线安全稳定分析结果与电力系统实际的偏差。 总之，不仅需要改进、完善现有的在线安全稳定分析技术，而且要设计综合应用针对预想故 障集的安全稳定预防控制在线决策、针对各个预想故障的安全稳定紧急控制在线预决策和 仅针对电力系统实际运行状态的安全稳定紧急控制实时决策的防御方法，w提升电力系统 安全稳定综合防御的有效性和实用性。
【发明内容】
[0004] 本发明目的是：弥补现有在线安全稳定分析中预防控制在线决策、紧急控制在线 预决策与实时紧急控制决策=者彼此相互独立、没有统筹设计的不足，提出一种能够综合 应用在线预防控制、在线紧急控制和实时紧急控制多种控制手段防御电力系统失去安全稳 定性的方法。
[0005] 本发明的基本原理在于:对于各类对实时性要求高(秒级）的安全稳定问题只能通 过在预想故障发生前对电力系统采取预防控制或在预想故障发生后依靠安全自动装置对 电力系统采取紧急控制，对于各类对实时性要求不太高(分钟级）的安全稳定问题则可w通 过及时有效的调度运行控制手段对电力系统实施控制。因此，通过在线预防控制来防御包 括安全自动装置防御的预想故障在内的尽可能多的预想故障发生后的各类对实时性要求 高(秒级）的安全稳定问题，通过针对预想故障的在线紧急控制来防御预想故障后电力系统 过渡到准稳态时存在的各类对实时性要求不太高(分钟级）的安全稳定问题，通过针对实际 运行状态的实时紧急控制来防御实际运行状态中存在的各类对实时性要求不太高（分钟 级）的安全稳定问题，并采用运3类控制决策所针对的电力系统运行时刻与当前时刻之间的 时长是否超过相应的定值作为各类控制决策有效性的判据，结合安全稳定紧急控制实时决 策优先、安全稳定紧急控制在线预决策次之、安全稳定预防控制在线决策最后的控制决策 选择原则来确定用于执行的控制措施，可w有针对性地利用不同控制手段的优点，弥补不 同控制手段的局限性，实现电力系统安全稳定的在线综合防御。
[0006] 具体地说，本发明具体采用w下技术方案：
[0007] 一种电力系统安全稳定在线综合防御方法包括电力系统准稳态运行状态识别、电 力系统准稳态运行断面数据生成、安全稳定预防控制在线决策计算、安全稳定紧急控制在 线预决策计算、安全稳定紧急控制实时决策计算和控制决策选择，其中：
[0008] 所述电力系统准稳态运行状态识别是指若在设定时长at内电力系统中各母线频 率的波动幅度都小于设定值af,则将当前运行状态识别为电力系统处于准稳态运行状态， 否则，将当前运行状态识别为电力系统不处于准稳态运行状态；
[0009] 所述电力系统准稳态运行断面数据生成是指当电力系统准稳态运行状态识别的 结果为电力系统处于准稳态运行状态时，首先，将当前时刻作为电力系统准稳态运行断面 数据所对应的时刻心，然后，对电力系统当前运行状态进行网络拓扑分析，再针对各个计算 节点，分别将各个计算节点在(tr-at)时刻至tr时刻之间的频率平均值作为该计算节点的 稳态频率，并将所有计算节点的稳态频率的平均值作为电力系统的稳态频率fr，针对各个 注入节点，分别将各个注入节点有功/无功在(tr-at)时刻至tr时刻之间的平均值作为该注 入节点的稳态有功/无功，针对各个节点，分别将各个节点电压在(tr-at)时刻至tr时刻之 间的平均值作为该节点的稳态电压，最后，根据网络拓扑及模型与参数、fr、各个注入节点 的稳态有功/无功和各节点的稳态电压生成电力系统准稳态运行断面数据，并将包括等值 发电机节点在内的发电机节点的发电机稳态有功之和作为电力系统准稳态运行断面数据 所对应的发电机有功出力之和pg. sum. r ;
[0010] 所述注入节点包括发电机节点、等值发电机节点、负荷节点、等值负荷节点和无功 设备接入节点；
[0011] 所述安全稳定预防控制在线决策计算是指当电力系统处于准稳态运行状态且最 新生成的电力系统准稳态运行断面数据所对应的tr与当前时刻之间的时长小于at时，记 所有需要防御的预想故障集为f，针对f，基于最新生成的电力系统准稳态运行断面数据，考 虑保护、安自装置和agc/avc的控制模型及参数，w满足f中各个预想故障发生后电力系统 都能保持暂态安全稳定、动态安全稳定和静态安全稳定进行优化决策计算，若在安全稳定 预防控制在线决策计算过程中电力系统不处于准稳态运行状态，则中止安全稳定预防控制 在线决策计算；
[0012] 所述安全稳定紧急控制在线预决策计算是指当电力系统处于准稳态运行状态且 最新生成的电力系统准稳态运行断面数据所对应的tr与当前时刻之间的时长小于a t时， 针对f中各个预想故障，分别基于最新生成的电力系统准稳态运行断面数据，w满足相应的 预想故障下暂态和动态过程结束后过渡到准稳态时电力系统都能保持输电断面有功越限 安全、设备过载安全、母线电压越限安全和电网频率越限安全进行优化决策计算，若在安全 稳定紧急控制在线预决策计算过程中电力系统不处于准稳态运行状态，则中止安全稳定紧 急控制在线预决策计算；
[0013] 所述安全稳定紧急控制实时决策计算是指当电力系统处于准稳态运行状态且最 新生成的电力系统准稳态运行断面数据所对应的tr与当前时刻之间的时长小于at时，基 于最新生成的电力系统准稳态运行断面数据，w满足电力系统都能保持输电断面有功越限 安全、设备过载安全、母线电压越限安全和电网频率越限安全进行优化决策计算，若在安全 稳定紧急控制实时决策计算过程中电力系统不处于准稳态运行状态，则中止安全稳定紧急 控制实时决策计算.
[0014] 所述控制决策选择包括w下步骤：
[0015] 1)若安全稳定紧急控制实时决策计算的最新决策结果中有控制措施且电力系统 当前运行时刻与安全稳定紧急控制实时决策计算的最新决策结果所基于的电力系统准稳 态运行断面数据所对应的tr之间的时长小于设定值atl,则将安全稳定紧急控制实时决策 计算的最新决策结果作为用于执行的控制决策，结束本次控制决策的选择，否则，进入步骤 2);
[0016] 2)若f中某个预想故障的发生时刻tf与安全稳定紧急控制在线预决策计算中该预 想故障的最新决策结果所基于的电力系统准稳态运行断面数据所对应的tr之间的时长小 于设定值a t2且tr早于tf，则将安全稳定紧急控制在线预决策计算中该预想故障的最新决 策结果作为用于执行的控制决策，结束本次控制决策的选择，否则，进入步骤3);
[0017] 3)若电力系统当前运行时刻与安全稳定预防控制在线决策计算的最新决策结果 所基于的电力系统准稳态运行断面数据所对应的tr之间的时长小于设定值a t3,则将安全 稳定预防控制在线决策计算的最新决策结果作为用于执行的控制决策，结束本次控制决策 的选择，否则，认为不需要对电力系统采取控制措施，结束本次控制决策的选择；
[0018] 所述电力系统准稳态运行状态识别、电力系统准稳态运行断面数据生成、安全稳 定预防控制在线决策计算、安全稳定紧急控制在线预决策计算、安全稳定紧急控制实时决 策计算和控制决策选择在电力系统的运行过程中分别按循环执行的模式独立运行。进一 步，所述安全稳定紧急控制在线预决策计算，针对f中各个预想故障，分别进行如下步骤的 计算：
[0019] a-1)基于最新生成的电力系统准稳态运行断面数据，针对预想故障进行考虑保 护、安自装置和agc/avc控制模型及参数的时域仿真，直至仿真到各个计算节点频率动态过 程中相邻的极大值与极小值之差都小于设定值af时，终止时域仿真，得到各个计算节点的 频率动态过程、各个注入节点的有功/无功动态过程、各个输电设备的有功动态过程和各个 节点的电压动态过程，进入步骤a-2);
[0020] 所述输电设备包括线路和变压器；
[0021 ] a-2)针对各个计算节点，分别将计算各个节点频率动态过程结束前的极大值与极 小值二者的平均值作为考虑预想故障后该计算节点的稳态频率，再将所有计算节点的稳态 频率的平均值作为考虑预想故障后电力系统的稳态频率fs;针对各个注入节点，分别将各 个注入节点有功/无功动态过程结束前的极大值与极小值二者的平均值作为考虑预想故障 后该注入节点的稳态有功/无功，并将包括等值发电机节点在内的发电机节点的发电机稳 态有功之和记为化.sum.e;针对各个输电设备，分别将各个输电设备有功动态过程结束前的 极大值与极小值二者的平均值作为考虑预想故障后该输电设备的稳态有功，再针对各个用 于安全稳定监视的输电通道，分别将各个输电通道中所有输电设备的稳态有功之和作为考 虑预想故障后该输电通道的稳态有功;针对各个节点，分别将各个节点电压动态过程结束 前的极大值与极小值二者的平均值作为考虑预想故障后该节点的稳态电压，进入步骤a- 3);
[0022] a-3)根据考虑预想故障后各个注入节点的稳态有功/无功和预想故障后电力系统 的网络拓扑及模型与参数，建立电力系统的潮流方程，进入步骤a-4);
[0023] a-4)通过求解公式（1)表示的优化函数，计算出针对最新生成的电力系统准稳态 运行断面数据所对应的tr时刻该预想故障的安全稳定紧急控制在线预决策：
[0024]
[0025] 公式（1)中，i为包括等值发电机节点在内的发电机节点中预先设置的发电机有功 可控节点的总数，抗.1、a pg.i分别为第i个发电机有功可控节点的发电机单位有功调整代价 和发电机有功变化量，j为包括等值负荷节点在内的负荷节点中预先设置的负荷可控节点 的总数，cu、a pl.j分别为第j个负荷可控节点的负荷单位有功调整代价和负荷有功变化 量，？〇.1.〇.6、？〇.1."3、.6爪.1."1。.6分别为预想故障后第1个发电机有功可控节点的发电机稳态 有功、发电机稳态有功在设定的时长a tc内可控区间的上限和发电机稳态有功在a tc内可 控区间的下限，？^1.0.6、？^1."1。.6分别为预想故障后第^'个负荷可控节点的负荷稳态有功和 负荷稳态有功在at。内可控区间的下限，k为电网中的输电设备数，pk.o.e为预想故障后第k 个输电设备的稳态有功，pk.lmt为第k个输电设备的稳态有功限额，sk.g.i.e为基于步骤a-3)潮 流方程计算出的第i个发电机有功可控节点的发电机有功对第k个输电设备有功的灵敏度， sk.l.j.e为基于步骤a-3)潮流方程计算出的第j个负荷可控节点的负荷有功对第k个输电设 备有功的灵敏度，m为用于安全稳定监视的输电通道数，nm为第m个用于安全稳定监视的输 电通道中的输电设备数，pm.日.6、?"丄1?^6、？\丄1?^6分别为预想故障后第111个用于安全稳定监视 的输电通道的稳态有功、正向安全稳定限额和反向安全稳定限额，sm.n.c.i.e为基于步骤a-3) 潮流方程计算出的第i个发电机有功可控节点的发电机有功对第m个用于安全稳定监视的 输电通道中第n个输电设备有功的灵敏度，sm.n.l.i.e为基于步骤a-3)潮流方程计算出的第j 个负荷可控节点的负荷有功对第m个用于安全稳定监视的输电通道中第n个输电设备有功 的灵敏度，pg.sum.r、fr分别为与最新生成的电力系统准稳态运行断面数据所对应的化.sum.r和 民，片,.1?、片,.^分别为电网稳态频率越限安全的下限和上限，^为考虑仿真与实际动态过程 存在差异而设走的参数,x为预先设置的无功可枉点数,qx. 0.6、a qx、qx.min. 6、qx.max. e分别为 预想故障后第x个无功可控节点的无功设备的稳态无功、稳态无功变化量、稳态无功最小值 和稳态无功最大值，b为电网中的节点数，vb.0.e、vb.l?.e、化.up.e分别为预想故障后第b个节点 的稳态电压、稳态电压下限和稳态电压上限，svq.b.x.e为基于步骤a-3)潮流方程计算出的第x 个无功可控节点的无功设备的无功对第b个节点电压的灵敏度；
[0026] 所述输电设备的稳态有功限额是指根据输电设备的过载电流限额和额定电压，按 指定功率因数计算出的稳态有功。
[0027] 进一步，针对安全稳定紧急控制实时决策计算包括如下步骤：
[0028] b-1)根据最新生成的电力系统准稳态运行断面数据，建立电力系统的潮流方程， 进入步骤b-2);
[0029] 2)通过求解公式(2)表示的优化函数，计算出针对最新生成的电力系统准稳态运 行断面数据所对应的tr时刻电力系统的安全稳定紧急控制实时决策：
[0030]
[0031] 公式(2)中，i为包括等值发电机节点在内的发电机节点中预先设置的发电机有功 可控节点的总数，抗.1、a pg.i分别为第i个发电机有功可控节点的发电机单位有功调整代价 和发电机有功变化量，j为包括等值负荷节点在内的负荷节点中预先设置的负荷可控节点 的总数，cu、a pl.j分别为第j个负荷可控节点的负荷单位有功调整代价和负荷有功变化 量，口(；.：1.0、？(；.：1.11131、？(；.：1.1111。分别为第1个发电机有功可巧节点的发电机稳态有功、发电机稳态 有功在a tc内可控区间的上限和发电机稳态有功在a tc内可控区间的下限，pl. i. 0、pl. i.min分 别为第j个负荷可控节点的负荷稳态有功和负荷稳态有功在at。内可控区间的下限，k为电 网中的输电设备数，pk. 0为第k个输电设备的稳态有功，pk. uit为第k个输电设备的稳态有功限 额，sk.g.i为基于步骤b-1)潮流方程计算出的第i个发电机有功可控节点的发电机有功对第k 个输电设备有功的灵敏度，sk.u为基于步骤b-1)潮流方程计算出的第j个负荷可控节点的 负荷有功对第k个输电设备有功的灵敏度，m为用于安全稳定监视的输电通道数，nm为第m个 用于安全稳定监视的输电通道中的输电设备数，？。.0、？"丄1?1、？\丄1?1分别为第111个用于安全稳 定监视的输电通道的稳态有功、正向安全稳定限额和反向安全稳定限额，sm.n.c.i为基于步 骤b-1)潮流方程计算出的第i个发电机有功可控节点的发电机有功对第m个用于安全稳定 监视的输电通道中第n个输电设备有功的灵敏度，sm.n.l.i为基于步骤b-1)潮流方程计算出 的第j个负荷可控节点的负荷有功对第m个用于安全稳定监视的输电通道中第n个输电设备 有功的灵敏度，pg.sum.r、fr分别为与最新生成的电力系统准稳态运行断面数据所对应的 pg.sum.r和fr，pg.sum.r.o、fr.o分别为与前一次生成的电力系统准稳态运行断面数据所对应的 pg.sum.r和fr，fcr.l?、fcr.up分别为电网稳态频率越限安全的下限和上限，x为预先设置的无功 可控节点数，qx. o、a qx、qx.min、qx.max分别为第x个无功可控节点的无功设备的稳态无功、稳态 无功变化量、稳态无功最小值和稳态无功最大值，b为电网中的节点数，化.o、化.l?、化.up分别 为第b个节点的稳态电压、稳态电压下限和稳态电压上限，svq.b.x为基于步骤b-1)潮流方程 计算出的第x个无功可控节点的无功设备的无功对第b个节点电压的灵敏度。
[0032 ]通过采用上述技术方案，本发明取得了下述技术效果：
[0033] 在预防控制在线决策中考虑包括安全自动装置防御的预想故障在内的尽可能多 的预想故障发生后的各类对实时性要求高(秒级）的安全稳定问题，通过在预想故障发生之 前就采取控制，可w在较大程度上避免因安全自动装置的控制策略不合理而存在的各类对 实时性要求高(秒级）的安全稳定隐患。通过针对预想故障的在线紧急控制来防御预想故障 后电力系统过渡到准稳态时存在的各类对实时性要求不太高(分钟级）的安全稳定问题，可 w为预想故障发生后立即提供有针对性的控制决策支持，及时阻断安全稳定问题的扩大。 通过针对实际运行状态的实时紧急控制来防御实际运行状态中存在的各类对实时性要求 不太高(分钟级）的安全稳定问题，可w克服因针对预想故障的时域仿真与预想故障后电力 系统实际运行状态之间的偏差所带来的紧急控制在线预决策不合理，并弥补因实际发生的 故障没有预先考虑到而缺失紧急控制在线预决策的不足。
[0034] 采用运3类控制决策所针对的电力系统运行时刻与当前时刻之间的时长是否超过 相应的定值作为各类控制决策有效性的判据，结合安全稳定紧急控制实时决策优先、安全 稳定紧急控制在线预决策次之、安全稳定预防控制在线决策最后的控制决策选择原则来确 定用于执行的控制措施，可w有针对性地利用不同控制手段的优点，弥补不同控制手段的 局限性，实现电力系统安全稳定的在线综合防御。
【附图说明】
[0035] 图1为本发明方法中针对某个预想故障的安全稳定紧急控制在线预决策计算的流 程图。
[0036] 图2为本发明方法中针对安全稳定紧急控制实时决策计算的流程图。
[0037] 图3为本发明方法中控制决策选择的流程图。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0039] 本实施例的一种电力系统安全稳定在线综合防御方法，包括电力系统准稳态运行 状态识别、电力系统准稳态运行断面数据生成、安全稳定预防控制在线决策计算、安全稳定 紧急控制在线预决策计算、安全稳定紧急控制实时决策计算和控制决策选择，其中：
[0040] 所述电力系统准稳态运行状态识别是指若在设定时长at(通常设置为ios)内电 力系统中各母线频率的波动幅度都小于设定值af (通常设置为0.02化），则将当前运行状 态识别为电力系统处于准稳态运行状态，否则，将当前运行状态识别为电力系统不处于准 稳态运行状态；
[0041] 所述电力系统准稳态运行断面数据生成是指当电力系统准稳态运行状态识别结 果为电力系统处于准稳态运行状态时，首先，将当前时刻作为电力系统准稳态运行断面数 据所对应的时刻心，然后，对电力系统当前运行状态进行网络拓扑分析，再针对各个计算节 点，分别将各个计算节点在(tr-at)时刻至tr时刻之间的频率平均值作为该计算节点的稳 态频率，并将所有计算节点的稳态频率的平均值作为电力系统的稳态频率fr，针对各个注 入节点，分别将各个注入节点有功/无功在(tr-at)时刻至tr时刻之间的平均值作为该注入 节点的稳态有功/无功，针对各个节点，分别将各个节点电压在(tr-at)时刻至tr时刻之间 的平均值作为该节点的稳态电压，最后，根据网络拓扑及模型与参数、fr、各个注入节点的 稳态有功/无功和各节点的稳态电压生成电力系统准稳态运行断面数据，并将包括等值发 电机节点在内的发电机节点的发电机稳态有功之和作为电力系统准稳态运行断面数据所 对应的发电机有功出力之和pg. sum. r ;
[0042] 所述注入节点包括发电机节点、等值发电机节点、负荷节点、等值负荷节点和无功 设备接入节点；
[0043] 所述安全稳定预防控制在线决策计算是指当电力系统处于准稳态运行状态且最 新生成的电力系统准稳态运行断面数据所对应的tr与当前时刻之间的时长小于at时，记 所有需要防御的预想故障集为f，针对f，基于最新生成的电力系统准稳态运行断面数据，考 虑保护、安自装置和agc/avc的控制模型及参数，w满足f中各个预想故障发生后电力系统 都能保持暂态安全稳定、动态安全稳定和静态安全稳定进行优化决策计算，若在安全稳定 预防控制在线决策计算过程中电力系统不处于准稳态运行状态，则中止安全稳定预防控制 在线决策计算；
[0044] 其中，对于静态安全稳定约束可w通过设置不同安全稳定口槛值w区分对实时性 要求高(秒级)静态安全稳定问题(例如严重过载)和对实时要求不太高(分钟级）的静态安 全稳定问题(例如轻微过载），安全稳定预防控制在线决策计算可w设置为只保障暂态安全 稳定、动态安全稳定和对实时性要求高的静态安全稳定，也可设置为要保障暂态安全稳定、 动态安全稳定和对实时性要求不太高的静态安全稳定；
[0045] 所述安全稳定紧急控制在线预决策计算是指当电力系统处于准稳态运行状态且 最新生成的电力系统准稳态运行断面数据所对应的tr与当前时刻之间的时长小于a t时， 针对f中各个预想故障，分别基于最新生成的电力系统准稳态运行断面数据，w满足相应的 预想故障下暂态和动态过程结束后过渡到准稳态时电力系统都能保持输电断面有功越限 安全、设备过载安全、母线电压越限安全和电网频率越限安全进行优化决策计算，若在安全 稳定紧急控制在线预决策计算过程中电力系统不处于准稳态运行状态，则中止安全稳定紧 急控制在线预决策计算；
[0046] 针对f中某个预想故障的安全稳定紧急控制在线预决策计算流程如图1所示。
[0047] 图1步骤1:基于最新生成的电力系统准稳态运行断面数据，针对预想故障进行考 虑保护、安自装置和agc/avc控制模型及参数的时域仿真，直至仿真到各个计算节点频率动 态过程中相邻的极大值与极小值之差都小于设定值af时，终止时域仿真，得到各个计算节 点的频率动态过程、各个注入节点的有功/无功动态过程、各个输电设备的有功动态过程和 各个节点的电压动态过程，进入步骤2);
[0048] 所述输电设备包括线路和变压器；
[0049] 图1步骤2:针对各个计算节点，分别将各个计算节点频率动态过程结束前的极大 值与极小值二者的平均值作为考虑预想故障后该计算节点的稳态频率，再将所有计算节点 的稳态频率的平均值作为考虑预想故障后电力系统的稳态频率fe;针对各个注入节点，分 别将各个注入节点有功/无功动态过程结束前的极大值与极小值二者的平均值作为考虑预 想故障后该注入节点的稳态有功/无功，并将包括等值发电机节点在内的发电机节点的发 电机稳态有功之和记为化.sum. e;针对各个输电设备，分别将各个输电设备有功动态过程结 束前的极大值与极小值二者的平均值作为考虑预想故障后该输电设备的稳态有功，再针对 各个用于安全稳定监视的输电通道，分别将各个输电通道中所有输电设备的稳态有功之和 作为考虑预想故障后该输电通道的稳态有功;针对各个节点，分别将各个节点电压动态过 程结束前的极大值与极小值二者的平均值作为考虑预想故障后该节点的稳态电压，进入步 骤3);
[0050] 图1步骤3:根据考虑预想故障后各个注入节点的稳态有功/无功和预想故障后电 力系统的网络拓扑及模型与参数，建立电力系统的潮流方程，进入步骤4);
[0051] 图1步骤4:通过求解公式（1)表示的优化函数，计算出针对最新生成的电力系统准 稳态运行断面数据所对应的tr时刻该预想故障的安全稳定紧急控制在线预决策。
[0化2]
[0053]公式（1)中，i为包括等值发电机节点在内的发电机节点中预先设置的发电机有功 可控节点的总数，抗.1、a化.i分别为第i个发电机有功可控节点的发电机单位有功调整代价 和发电机有功变化量，j为包括等值负荷节点在内的负荷节点中预先设置的负荷可控节点 的总数，cu、a pl.j分别为第j个负荷可控节点的负荷单位有功调整代价和负荷有功变化 量，？〇.1.〇.6、？〇.1."3、.6、？〇.1."1。.6分别为预想故障后第1个发电机有功可控节点的发电机稳态 有功、发电机稳态有功在设定的时长at。(通常设置为3分钟）内可控区间的上限和发电机 稳态有功在at。内可控区间的下限，pl.i.0.e、pl.i.min.e分别为预想故障后第j个负荷可控节点 的负荷稳态有功和负荷稳态有功在at。内可控区间的下限，k为电网中的输电设备数，pk.o.e 为预想故障后第k个输电设备的稳态有功，pk.lmt为第k个输电设备的稳态有功限额，sk. c.i.e 为基于步骤3)潮流方程计算出的第i个发电机有功可控节点的发电机有功对第k个输电设 备有功的灵敏度，sk.l.j.e为基于步骤3)潮流方程计算出的第j个负荷可控节点的负荷有功 对第k个输电设备有功的灵敏度，m为用于安全稳定监视的输电通道数，nm为第m个用于安全 稳定监视的输电通道中的输电设备数，pm.日.e、pm.lmt.e p'm.lmt.e分别为预想故障后第m个用于 安全稳定监视的输电通道的稳态有功、正向安全稳定限额和反向安全稳定限额，sm. n. c. i. e为 基于步骤3)潮流方程计算出的第i个发电机有功可控节点的发电机有功对第m个用于安全 稳定监视的输电通道中第n个输电设备有功的灵敏度，sm.n.l.i.e为基于步骤3)潮流方程计算 出的第j个负荷可控节点的负荷有功对第m个用于安全稳定监视的输电通道中第n个输电设 备有功的灵敏度，pg.sum.r、fr分别为与最新生成的电力系统准稳态运行断面数据所对应的 口0.3。111.沸'。片,.1?、片,.。。分别为电网稳态频率越限安全的下限和上限，巧1考虑仿真与实际 动态过程存在差异而设定的参数（可w根据电网最近发生大功率缺失故障的分析计算得 到，假设故障后过渡到准稳态时的电网实际频率与故障前实际频率的差值为a,针对该大功 率缺失故障的仿真得到的电网准稳态频率与故障前实际频率的频差为b，则a通常设置为a/ b ) ,x为预先设置的无功可枉点数,qx. 0. e、a qx、qx.min. e、qx.max. e分别为预想故p早后束x个无 功可控节点的无功设备的稳态无功、稳态无功变化量、稳态无功最小值和稳态无功最大值， b为电网中的节点数，vb.0.e、vb.l?.e、化.up.e分别为预想故障后第b个节点的稳态电压、稳态电 压下限和稳态电压上限，svq.b.x.e为基于步骤3)潮流方程计算出的第x个无功可控节点的无 功设备的无功对第b个节点电压的灵敏度；
[0054] 所述输电设备的稳态有功限额是指根据输电设备的过载电流限额和额定电压，按 指定功率因数计算出的稳态有功。
[0055] 所述安全稳定紧急控制实时决策计算是指当电力系统处于准稳态运行状态且最 新生成的电力系统准稳态运行断面数据所对应的tr与当前时刻之间的时长小于at时，基 于最新生成的电力系统准稳态运行断面数据，w满足电力系统都能保持输电断面有功越限 安全、设备过载安全、母线电压越限安全和电网频率越限安全而进行的优化决策计算，若在 安全稳定紧急控制实时决策计算过程中电力系统不处于准稳态运行状态，则中止安全稳定 紧急控制实时决策计算；
[0056] 针对安全稳定紧急控制实时决策计算流程如图2所示：
[0057] 图2步骤1:根据最新生成的电力系统准稳态运行断面数据，建立电力系统的潮流 方程，进入步骤2;
[0058] 图2步骤2:通过求解公式(2)表示的优化函数，计算出针对最新生成的电力系统准 稳态运行断面数据所对应的tr时刻电力系统的安全稳定紧急控制实时决策。
[0化9]
[0060]公式(2)中，i为包括等值发电机节点在内的发电机节点中预先设置的发电机有功 可控节点的总数，抗.1、a化.1分别为第i个发电机有功可控节点的发电机单位有功调整代价 和发电机有功变化量，j为包括等值负荷节点在内的负荷节点中预先设置的负荷可控节点 的总数，cu、a pl.j分别为第j个负荷可控节点的负荷单位有功调整代价和负荷有功变化 量，pc.i.o、pc.i.max、pc.i.min分别为第i个发电机有功可控节点的发电机稳态有功、发电机稳态 有功在a tc内可控区间的上限和发电机稳态有功在a tc内可控区间的下限，pl. i. 0、pl. i.min分 别为第j个负荷可控节点的负荷稳态有功和负荷稳态有功在at。内可控区间的下限，k为电 网中的输电设备数，pk. 0为第k个输电设备的稳态有功，pk.lmt为第k个输电设备的稳态有功限 额，sk.g.i为基于步骤1)潮流方程计算出的第i个发电机有功可控节点的发电机有功对第k个 输电设备有功的灵敏度，sk.u为基于步骤1)潮流方程计算出的第j个负荷可控节点的负荷 有功对第k个输电设备有功的灵敏度，m为用于安全稳定监视的输电通道数，nm为第m个用于 安全稳定监视的输电通道中的输电设备数，pm. 0、pm. lmtp v lmt分别为第m个用于安全稳定监 视的输电通道的稳态有功、正向安全稳定限额和反向安全稳定限额，sm.n.c.i为基于步骤1) 潮流方程计算出的第i个发电机有功可控节点的发电机有功对第m个用于安全稳定监视的 输电通道中第n个输电设备有功的灵敏度，sm.n.l.i为基于步骤1)潮流方程计算出的第j个负 荷可控节点的负荷有功对第m个用于安全稳定监视的输电通道中第n个输电设备有功的灵 敏度，pg.sum.r、fr分别为与最新生成的电力系统准稳态运行断面数据所对应的pg.sum.r和fr， pg.sum.r.ojr.o分别为与前一次生成的电力系统准稳态运行断面数据所对应的化.sum.r和fr， fcr.ldw、fcr.up分别为电网稳态频率越限安全的下限和上限，x为预先设置的无功可控节点数， qx.o、a qx、qx.min、qx.max分别为束x个无功可枉点的无功设备的稳态无功、稳态无功变化重、 稳态无功最小值和稳态无功最大值，b为电网中的节点数，化.〇、￥6.1?、￥6.。。分别为第6个节点 的稳态电压、稳态电压下限和稳态电压上限，svq.b.x为基于步骤1)潮流方程计算出的第x个 无功可控节点的无功设备的无功对第b个节点电压的灵敏度。
[0061 ]所述控制决策选择的流程如图3所示。
[0062] 图3中步骤1:若安全稳定紧急控制实时决策计算的最新决策结果中有控制措施且 电力系统当前运行时刻与安全稳定紧急控制实时决策计算的最新决策结果所基于的电力 系统准稳态运行断面数据所对应的tr之间的时长小于设定值ati(通常设置为30s)，则将安 全稳定紧急控制实时决策计算的最新决策结果作为用于执行的控制决策，结束本次控制决 策的选择，否则，进入步骤2;
[0063] 图3中步骤2:若f中某个预想故障的发生时刻tf与安全稳定紧急控制在线预决策 计算中该预想故障的最新决策结果所基于的电力系统准稳态运行断面数据所对应的tr之 间的时长小于设定值a t2(通常设置为2分钟)且tr早于tf，则将安全稳定紧急控制在线预决 策计算中该预想故障的最新决策结果作为用于执行的控制决策，结束本次控制决策的选 择，否则，进入步骤3;
[0064] 图3中步骤3:若电力系统当前运行时刻与安全稳定预防控制在线决策计算的最新 决策结果所基于的电力系统准稳态运行断面数据所对应的tr之间的时长小于设定值a t3 (通常设置为5分钟），则将安全稳定预防控制在线决策计算的最新决策结果作为用于执行 的控制决策，结束本次控制决策的选择，否则，认为不需要对电力系统采取控制措施，结束 本次控制决策的选择。
[0065] 所述电力系统准稳态运行状态识别、电力系统准稳态运行断面数据生成、安全稳 定预防控制在线决策计算、安全稳定紧急控制在线预决策计算、安全稳定紧急控制实时决 策计算和控制决策选择在电力系统的运行过程中分别按循环执行的模式独立运行。
[0066] 需要进一步说明的是:对于异步联网的电力系统，需要针对各个同步电网分别进 行上述处理，并计及同步电网之间直流系统换流站功率调整对送端同步电网和受端同步电 网安全稳定的影响。
[0067] 虽然本发明已w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w本申请的权利要求所界定的内容为标准。
【主权项】
1. 一种电力系统安全稳定在线综合防御方法，其特征在于，包括电力系统准稳态运行 状态识别、电力系统准稳态运行断面数据生成、安全稳定预防控制在线决策计算、安全稳定 紧急控制在线预决策计算、安全稳定紧急控制实时决策计算和控制决策选择，其中： 所述电力系统准稳态运行状态识别是指若在设定时长a t内电力系统中各母线频率的 波动幅度都小于设定值a f，则将当前运行状态识别为电力系统处于准稳态运行状态，否 贝1j，将当前运行状态识别为电力系统不处于准稳态运行状态； 所述电力系统准稳态运行断面数据生成是指当电力系统准稳态运行状态识别的结果 为电力系统处于准稳态运行状态时，首先，将当前时刻作为电力系统准稳态运行断面数据 所对应的时刻tr，然后，对电力系统当前运行状态进行网络拓扑分析，再针对各个计算节 点，分别将各个计算节点在(tr-at)时刻至tr时刻之间的频率平均值作为该计算节点的稳 态频率，并将所有计算节点的稳态频率的平均值作为电力系统的稳态频率fr，针对各个注 入节点，分别将各个注入节点有功/无功在(tr- δ t)时刻至tr时刻之间的平均值作为该注入 节点的稳态有功/无功，针对各个节点，分别将各个节点电压在(tr- δ t )时刻至tr时刻之间 的平均值作为该节点的稳态电压，最后，根据网络拓扑及模型与参数、fr、各个注入节点的 稳态有功/无功和各节点的稳态电压生成电力系统准稳态运行断面数据，并将包括等值发 电机节点在内的发电机节点的发电机稳态有功之和作为电力系统准稳态运行断面数据所 对应的发电机有功出力之和pg. sum. r ; 所述注入节点包括发电机节点、等值发电机节点、负荷节点、等值负荷节点和无功设备 接入节点； 所述安全稳定预防控制在线决策计算是指当电力系统处于准稳态运行状态且最新生 成的电力系统准稳态运行断面数据所对应的tr与当前时刻之间的时长小于at时，记所有 需要防御的预想故障集为f，针对f，基于最新生成的电力系统准稳态运行断面数据，考虑保 护、安自装置和agc/avc的控制模型及参数，w满足f中各个预想故障发生后电力系统都能 保持暂态安全稳定、动态安全稳定和静态安全稳定进行优化决策计算，若在安全稳定预防 控制在线决策计算过程中电力系统不处于准稳态运行状态，则中止安全稳定预防控制在线 决策计算； 所述安全稳定紧急控制在线预决策计算是指当电力系统处于准稳态运行状态且最新 生成的电力系统准稳态运行断面数据所对应的tr与当前时刻之间的时长小于δ t时，针对f 中各个预想故障，分别基于最新生成的电力系统准稳态运行断面数据，w满足相应的预想 故障下暂态和动态过程结束后过渡到准稳态时电力系统都能保持输电断面有功越限安全、 设备过载安全、母线电压越限安全和电网频率越限安全进行优化决策计算，若在安全稳定 紧急控制在线预决策计算过程中电力系统不处于准稳态运行状态，则中止安全稳定紧急控 制在线预决策计算； 所述安全稳定紧急控制实时决策计算是指当电力系统处于准稳态运行状态且最新生 成的电力系统准稳态运行断面数据所对应的tr与当前时刻之间的时长小于at时，基于最 新生成的电力系统准稳态运行断面数据，w满足电力系统都能保持输电断面有功越限安 全、设备过载安全、母线电压越限安全和电网频率越限安全进行优化决策计算，若在安全稳 定紧急控制实时决策计算过程中电力系统不处于准稳态运行状态，则中止安全稳定紧急控 制实时决策计算； 所述控制决策选择包括w下步骤： 1) 若安全稳定紧急控制实时决策计算的最新决策结果中有控制措施且电力系统当前 运行时刻与安全稳定紧急控制实时决策计算的最新决策结果所基于的电力系统准稳态运 行断面数据所对应的tr之间的时长小于设定值atl，则将安全稳定紧急控制实时决策计算 的最新决策结果作为用于执行的控制决策，结束本次控制决策的选择，否则，进入步骤2); 2) 若f中某个预想故障的发生时刻tf与安全稳定紧急控制在线预决策计算中该预想故 障的最新决策结果所基于的电力系统准稳态运行断面数据所对应的tr之间的时长小于设 定值且tr早于tf，则将安全稳定紧急控制在线预决策计算中该预想故障的最新决策结 果作为用于执行的控制决策，结束本次控制决策的选择，否则，进入步骤3); 3) 若电力系统当前运行时刻与安全稳定预防控制在线决策计算的最新决策结果所基 于的电力系统准稳态运行断面数据所对应的tr之间的时长小于设定值at3,则将安全稳定 预防控制在线决策计算的最新决策结果作为用于执行的控制决策，结束本次控制决策的选 择，否则，认为不需要对电力系统采取控制措施，结束本次控制决策的选择； 所述电力系统准稳态运行状态识别、电力系统准稳态运行断面数据生成、安全稳定预 防控制在线决策计算、安全稳定紧急控制在线预决策计算、安全稳定紧急控制实时决策计 算和控制决策选择在电力系统的运行过程中分别按循环执行的模式独立运行。2.根据权利要求1所述的电力系统安全稳定在线综合防御方法，其特征在于，所述安全 稳定紧急控制在线预决策计算，针对f中各个预想故障，分别进行如下步骤的计算： a-1)基于最新生成的电力系统准稳态运行断面数据，针对预想故障进行考虑保护、安 自装置和agc/avc控制模型及参数的时域仿真，直至仿真到各个计算节点频率动态过程中 相邻的极大值与极小值之差都小于设定值a f时，终止时域仿真，得到各个计算节点的频率 动态过程、各个注入节点的有功/无功动态过程、各个输电设备的有功动态过程和各个节点 的电压动态过程，进入步骤a-2); 所述输电设备包括线路和变压器； a-2)针对各个计算节点，分别将计算各个节点频率动态过程结束前的极大值与极小值 二者的平均值作为考虑预想故障后该计算节点的稳态频率，再将所有计算节点的稳态频率 的平均值作为考虑预想故障后电力系统的稳态频率fe;针对各个注入节点，分别将各个注 入节点有功/无功动态过程结束前的极大值与极小值二者的平均值作为考虑预想故障后该 注入节点的稳态有功/无功，并将包括等值发电机节点在内的发电机节点的发电机稳态有 功之和记为化.sum.e;针对各个输电设备，分别将各个输电设备有功动态过程结束前的极大 值与极小值二者的平均值作为考虑预想故障后该输电设备的稳态有功，再针对各个用于安 全稳定监视的输电通道，分别将各个输电通道中所有输电设备的稳态有功之和作为考虑预 想故障后该输电通道的稳态有功;针对各个节点，分别将各个节点电压动态过程结束前的 极大值与极小值二者的平均值作为考虑预想故障后该节点的稳态电压，进入步骤a-3); a-3)根据考虑预想故障后各个注入节点的稳态有功/无功和预想故障后电力系统的网 络拓扑及模型与参数，建立电力系统的潮流方程，进入步骤a-4); a-4)通过求解公式（1)表示的优化函数，计算出针对最新生成的电力系统准稳态运行 断面数据所对应的tr时刻该预想故障的安全稳定紧急控制在线预决策：公式（1)中，i为包括等值发电机节点在内的发电机节点中预先设置的发电机有功可控 节点的总数，cg.i、apg.i分别为第i个发电机有功可控节点的发电机单位有功调整代价和发 电机有功变化量，j为包括等值负荷节点在内的负荷节点中预先设置的负荷可控节点的总 数，分别为第j个负荷可控节点的负荷单位有功调整代价和负荷有功变化量， pc.i.0.e、pg.i."ax.e、pg.i."in.e分别为预想故障后第i个发电机有功可控节点的发电机稳态有 功、发电机稳态有功在设定的时长a tc内可控区间的上限和发电机稳态有功在δ tc内可控 区间的下限，？^1.0.6、？^1."1。.6分别为预想故障后第^'个负荷可控节点的负荷稳态有功和负 荷稳态有功在at。内可控区间的下限，k为电网中的输电设备数，pk.o.e为预想故障后第k个 输电设备的稳态有功，pk.u?t为第k个输电设备的稳态有功限额，sk.g.i.e为基于步骤a-3)潮流 方程计算出的第i个发电机有功可控节点的发电机有功对第k个输电设备有功的灵敏度， sk.l.j.e为基于步骤a-3)潮流方程计算出的第j个负荷可控节点的负荷有功对第k个输电设 备有功的灵敏度，μ为用于安全稳定监视的输电通道数，nm为第m个用于安全稳定监视的输 电通道中的输电设备数，pm.日.6、?"丄1?了.6、？'"丄1?了.6分别为预想故障后第111个用于安全稳定监视 的输电通道的稳态有功、正向安全稳定限额和反向安全稳定限额，sm.n.c.i.e为基于步骤a-3) 潮流方程计算出的第i个发电机有功可控节点的发电机有功对第m个用于安全稳定监视的 输电通道中第η个输电设备有功的灵敏度，sm.n丄.i.e为基于步骤a-3)潮流方程计算出的第j 个负荷可控节点的负荷有功对第m个用于安全稳定监视的输电通道中第η个输电设备有功 的灵敏度，pg.sum.r、fr分别为与最新生成的电力系统准稳态运行断面数据所对应的pg.sum.r和 民，片,.1?、片,.^分别为电网稳态频率越限安全的下限和上限，人为考虑仿真与实际动态过程 存在差异而设走的参数,χ为预先设置的无功可枉~p点数,qx. o.e、δ qx、qx.min. e、qx.max. e分别为 预想故障后第x个无功可控节点的无功设备的稳态无功、稳态无功变化量、稳态无功最小值 和稳态无功最大值，b为电网中的节点数，vb.0.e、vb.l?.e、化.up.e分别为预想故障后第b个节点 的稳态电压、稳态电压下限和稳态电压上限，svq.b.x.e为基于步骤a-3)潮流方程计算出的第x 个无功可控节点的无功设备的无功对第b个节点电压的灵敏度； 所述输电设备的稳态有功限额是指根据输电设备的过载电流限额和额定电压，按指定 功率因数计算出的稳态有功。3.根据权利要求1所述的电力系统安全稳定在线综合防御方法，其特征在于，针对安全 稳定紧急控制实时决策计算包括如下步骤： b-1)根据最新生成的电力系统准稳态运行断面数据，建立电力系统的潮流方程，进入 步骤b-2); 2)通过求解公式(2)表示的优化函数，计算出针对最新生成的电力系统准稳态运行断 面数据所对应的tr时刻电力系统的安全稳定紧急控制实时决策：公式(2)中，i为包括等值发电机节点在内的发电机节点中预先设置的发电机有功可控 节点的总数，cg.i、apg.i分别为第i个发电机有功可控节点的发电机单位有功调整代价和发 电机有功变化量，j为包括等值负荷节点在内的负荷节点中预先设置的负荷可控节点的总 数，cu、apl.j分别为第j个负荷可控节点的负荷单位有功调整代价和负荷有功变化量， ?0.:1.0、化.:1.11131、？0.:1.111山分别为第1个发电机有功可控节点的发电机稳态有功、发电机稳态有 功在a tc内可控区间的上限和发电机稳态有功在δ tc内可控区间的下限，pl. i. 0、pl. i.min分别 为第j个负荷可控节点的负荷稳态有功和负荷稳态有功在δ t。内可控区间的下限，κ为电网 中的输电设备数，pk.o为第k个输电设备的稳态有功，pk.u?t为第k个输电设备的稳态有功限 额，sk.g.i为基于步骤b-1)潮流方程计算出的第i个发电机有功可控节点的发电机有功对第k 个输电设备有功的灵敏度，sk.u为基于步骤b-1)潮流方程计算出的第j个负荷可控节点的 负荷有功对第k个输电设备有功的灵敏度，μ为用于安全稳定监视的输电通道数，nm为第m个 用于安全稳定监视的输电通道中的输电设备数，pm.日、pm. lmt、p ' m. lmt分别为第m个用于安全稳 定监视的输电通道的稳态有功、正向安全稳定限额和反向安全稳定限额，sm.n.c.i为基于步 骤b-1)潮流方程计算出的第i个发电机有功可控节点的发电机有功对第m个用于安全稳定 监视的输电通道中第η个输电设备有功的灵敏度，sm.n.l.i为基于步骤b-1)潮流方程计算出 的第j个负荷可控节点的负荷有功对第m个用于安全稳定监视的输电通道中第η个输电设备 有功的灵敏度，pg.sum.r、fr分别为与最新生成的电力系统准稳态运行断面数据所对应的 pg.sum.r和fr，pg.sum.r.o、fr.o分别为与前一次生成的电力系统准稳态运行断面数据所对应的 pg.sum.r和fr，fcr.l?、fcr.up分别为电网稳态频率越限安全的下限和上限，x为预先设置的无功 可控节点数，qx. 0、a qx、qx.min、qx.max分别为第x个无功可控节点的无功设备的稳态无功、稳态 无功变化量、稳态无功最小值和稳态无功最大值，b为电网中的节点数，化.0、化.l?、化.up分别 为第b个节点的稳态电压、稳态电压下限和稳态电压上限，svq.b.x为基于步骤b-1)潮流方程 计算出的第x个无功可控节点的无功设备的无功对第b个节点电压的灵敏度。
【文档编号】h02j3/00gk106099906sq201610316938
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】徐泰山, 任先成, 罗建裕, 王亮, 冯长有, 李海峰, 曹路, 金丁, 金一丁, 刘韶峰, 郑亮, 周海锋
【申请人】国电南瑞科技股份有限公司, 国家电网公司, 江苏省电力公司, 国家电网公司华东分部, 南京南瑞集团公司