确定黑启动最短加权路径的方法及装置

摘要

一种确定黑启动最短加权路径的方法，包括步骤：获取各支路的充电时间、充电功率、高压电抗器容量，将各所述支路的充电功率、高压电抗器容量归算到预设电压等级基准和预设功率基准，确定各所述支路的充电功率标幺值、高压电抗器容量标幺值；根据各所述支路的充电时间、充电功率标幺值、高压电抗器容量标幺值确定各所述支路的权值；根据各所述支路的权值确定最短加权路径。本发明提供相应的确定黑启动最短加权路径装置。通过本发明的方法及装置，综合考虑充电时间、充电功率标幺值、高压电抗器容量标幺值，合理地确定最短加权路径，实现黑启动的顺利进行。

权利要求

1.一种确定黑启动最短加权路径的方法，其特征在于，包括步骤：获取各支路的充电时间、充电功率、高压电抗器容量，将各所述支路的充电功率、高压电抗器容量归算到预设电压等级基准和预设功率基准，确定各所述支路的充电功率标幺值、高压电抗器容量标幺值，其中，所述支路包括输电线路和变压器支路；

根据各所述支路的充电时间、充电功率标幺值、高压电抗器容量标幺值确定各所述支路的权值，包括步骤：当各所述支路为不带电支路时，采用公式Wi＝max{mTi+(QCi-QLi),0}确定不带电支路的权值；

当各所述支路为带电支路时，采用公式Wi＝k*max{mTi+(QCi-QLi),0}确定带电支路的权值，其中，Wi表示支路i的权值；Ti表示支路i的充电时间；m表示预设时间权重比例系数；

QCi表示支路i的充电功率标幺值；QLi表示支路i的高压电抗器容量标幺值，k为预设比例系数；

根据各所述支路的权值确定最短加权路径。

2.根据权利要求1所述的确定黑启动最短加权路径的方法，其特征在于，k为1/10。

3.根据权利要求1或2所述的确定黑启动最短加权路径的方法，其特征在于，所述确定最短加权路径之后，还包括步骤：判断是否存在目标发电机，若是，则返回确定各所述支路的充电功率标幺值、高压电抗器容量标幺值步骤。

4.一种确定黑启动最短加权路径装置，其特征在于，包括：获取模块，用于获取各支路的充电时间、充电功率、高压电抗器容量，将各所述支路的充电功率、高压电抗器容量归算到预设电压等级基准和预设功率基准，确定各所述支路的充电功率标幺值、高压电抗器容量标幺值，其中，所述支路包括输电线路和变压器支路；

权值模块，用于根据各所述支路的充电时间、充电功率标幺值、高压电抗器容量标幺值确定各所述支路的权值，包括：当各所述支路为不带电支路时，采用公式Wi＝max{mTi+(QCi-QLi),0}确定不带电支路的权值；

当各所述支路为带电支路时，采用公式Wi＝k*max{mTi+(QCi-QLi),0}确定带电支路的权值，其中，Wi表示支路i的权值；Ti表示支路i的充电时间；m表示预设时间权重比例系数；

QCi表示支路i的充电功率标幺值；QLi表示支路i的高压电抗器容量标幺值，k为预设比例系数；

最短加权路径模块，用于根据各所述支路的权值确定最短加权路径。

5.根据权利要求4所述的确定黑启动最短加权路径装置，其特征在于，还包括：判断模块，用于判断是否存在目标发电机，若是，则向获取模块发送获取各支路的充电时间、充电功率、高压电抗器容量指令。

说明书

确定黑启动最短加权路径的方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及电力系统重构领域，特别是涉及一种确定黑启动最短加权路径的方法及装置。

背景技术

[0002] 所谓黑启动，是指整个系统因故障停运后，系统全部停电(不排除孤立小电网仍维持运行)，处于全“黑”状态，不依赖别的网络帮助，通过系统中具有自启动能力的发电机组启动，带动无自启动能力的发电机组，逐渐扩大系统恢复范围，最终实现整个系统的恢复。黑启动的最终目的是要快速恢复供电，一旦耽搁将会导致系统恢复耗时大大增加，后果不堪设想。

[0003] 在黑启动研究中，迪杰斯特拉算法是比较常用的算法之一。迪杰斯特拉算法是典型的基于支路权值和网络结构的最短路算法。传统中，一般以支路的充电时间作为支路权值，根据迪杰斯特拉算法虽然能够搜索到充电时间最短的路径，但是可能会出现当存在多条充电时间相同的路径时，选择的路径的充电功率不是最小的，而充电功率的大小对路径能否成功启动影响很大，充电功率过大将会导致路径上的节点电压过高。从而由于最短加权路径选择不合理，导致黑启动不能顺利进行，不能使电网快速恢复。

发明内容

[0004] 基于此，有必要针对最短加权路径的合理性及黑启动顺利进行的问题，提供一种确定黑启动最短加权路径的方法及装置。

[0005] 一种确定黑启动最短加权路径的方法，包括步骤：

[0006] 获取各支路的充电时间、充电功率、高压电抗器容量，将各所述支路的充电功率、高压电抗器容量归算到预设电压等级基准和预设功率基准，确定各所述支路的充电功率标幺值、高压电抗器容量标幺值，其中，所述支路包括输电线路和变压器支路；

[0007] 根据各所述支路的充电时间、充电功率标幺值、高压电抗器容量标幺值确定各所述支路的权值，包括步骤：

[0008] 当各所述支路为不带电支路时，采用公式Wi＝max{mTi+(QCi-QLi),0}确定不带电支路的权值；

[0009] 当各所述支路为带电支路时，采用公式Wi＝k*max{mTi+(QCi-QLi),0}确定带电支路的权值，

[0010] 其中，Wi表示支路i的权值；Ti表示支路i的充电时间；m表示预设时间权重比例系数；QCi表示支路i的充电功率标幺值；QLi表示支路i的高压电抗器容量标幺值，k为预设比例系数；

[0011] 根据各所述支路的权值确定最短加权路径。

[0012] 上述确定黑启动最短加权路径的方法，通过综合考虑充电时间、充电功率标幺值、高压电抗器容量标幺值，合理地确定最短加权路径，实现黑启动的顺利进行。

[0013] 一种确定黑启动最短加权路径装置，包括：

[0014] 获取模块，用于获取各支路的充电时间、充电功率、高压电抗器容量，将各所述支路的充电功率、高压电抗器容量归算到预设电压等级基准和预设功率基准，确定各所述支路的充电功率标幺值、高压电抗器容量标幺值，其中，所述支路包括输电线路和变压器支路；

[0015] 权值模块，用于根据各所述支路的充电时间、充电功率标幺值、高压电抗器容量标幺值确定各所述支路的权值，包括：

[0016] 当各所述支路为不带电支路时，采用公式Wi＝max{mTi+(QCi-QLi),0}确定不带电支路的权值；

[0017] 当各所述支路为带电支路时，采用公式Wi＝k*max{mTi+(QCi-QLi),0}确定带电支路的权值，

[0018] 其中，Wi表示支路i的权值；Ti表示支路i的充电时间；m表示预设时间权重比例系数；QCi表示支路i的充电功率标幺值；QLi表示支路i的高压电抗器容量标幺值，k为预设比例系数；

[0019] 最短加权路径模块，用于根据各所述支路的权值确定最短加权路径。

[0020] 上述确定黑启动最短加权路径装置，通过权值模块综合考虑充电时间、充电功率标幺值、高压电抗器容量标幺值确定权值，通过最短加权路径模块合理地确定最短加权路径，实现黑启动的顺利进行。

附图说明

[0021] 图1为本发明确定黑启动最短加权路径的方法实施例的流程示意图；

[0022] 图2为本发明IEEE-30节点标准系统示意图；

[0023] 图3为本发明IEEE-30节点标准系统归算后各支路的充电功率和高压电抗器容量示意图；

[0024] 图4为本发明IEEE-30节点标准系统各支路充电时间示意图；

[0025] 图5为本发明IEEE-30节点标准系统各支路权值示意图；

[0026] 图6为本发明确定黑启动最短加权路径装置实施例的结构示意图。

具体实施方式

[0027] 本发明方案是在黑启动中，合理确定最短加权路径，为此，本发明通过综合考虑充电时间、充电功率标幺值、高压电抗器容量标幺值确定权值，合理地确定最短加权路径，实现黑启动的顺利进行。以下结合各实施例进行详细说明。

[0028] 首先针对确定黑启动最短加权路径的方法实施例进行描述。

[0029] 参见图1所示，为本发明确定黑启动最短加权路径的方法实施例的流程示意图，包括步骤：

[0030] 步骤S101：获取各支路的充电时间、充电功率、高压电抗器容量，将各支路的充电功率、高压电抗器容量归算到预设电压等级基准和预设功率基准，确定各支路的充电功率标幺值、高压电抗器容量标幺值；

[0031] 步骤S102：根据各支路的充电时间、充电功率标幺值、高压电抗器容量标幺值确定各支路的权值；

[0032] 步骤S103：根据各支路的权值确定最短加权路径。

[0033] 本发明综合支路的充电功率、充电时间、高压电抗器容量三因素，求最短加权路径。

[0034] 首先，获取各支路的充电时间、充电功率、高压电抗器容量。由于支路的充电功率和高压电抗器容量都是各自额定电压下的数值，因此需要归算到相同电压等级基准和相同功率基准下，以便后续计算。电压等级基准和功率基准可以根据用户需要进行设定。具体归算方法可以采用现有技术得到，在此不再赘述。

[0035] 在电力系统黑启动过程中，支路包括输电线路和变压器支路。与输电线路相比，经变压器送电需要进行较为复杂的操作，因此变压器支路的充电时间常常大于输电线路，输电线路的优先级高于变压器；系统黑启动控制操作过程中需要给线路进行充电，由于线路充电电容的存在，会产生大量的无功功率，可能导致某些节点的电压水平过高。线路的充电功率会延长系统恢复时间，因此充电功率小的线路优先于充电功率大的线路。高压电抗器的投入有助于加快系统恢复。因此在投入线路时一并投入线路上的高压电抗器消耗部分无功功率。因此，从支路的充电功率、充电时间、高压电抗器容量三因素对权值进行分析。

[0036] 从是否带电角度分类，支路分为带电支路和不带电支路。修改带电支路的权值是为了减小带电节点与电源点之间的距离，得到带电网络到目标节点的最短加权路径，但是非电源节点带电后其电压调节能力并不能与电源节点等价，将带电支路的权值设置为0或一个非常小的正数可能会出现多条带电支路组成的路径优于一条未带电支路组成的路径的情况，而远距离送电会增加网络损耗，容易出现无功不平衡，不利于系统的恢复。所以对已经带电的支路，将其权值设置为未带电时权值的k倍(k<1)，而不能设置为0或一个非常小的正数。

[0037] 在一个实施例中：

[0038] 当支路为不带电支路时，采用公式Wi＝max{mTi+(QCi-QLi),0}确定不带电支路的权值，

[0039] 其中，Wi表示支路i的权值；Ti表示支路i的充电时间；m表示预设时间权重比例系数，m根据需要设定，为一个适当的正整数，以保证输电线路优先于变压器；QCi表示支路i的充电功率标幺值；QLi表示支路i的高压电抗器容量标幺值。

[0040] 当支路为带电支路时，采用公式Wi＝k*max{mTi+(QCi-QLi),0}确定带电支路的权值，

[0041] 其中，Wi表示支路i的权值；Ti表示支路i的充电时间；m表示预设时间权重比例系数，m根据需要设定，为一个适当的正整数，以保证输电线路优先于变压器；QCi表示支路i的充电功率标幺值；QLi表示支路i的高压电抗器容量标幺值，k为预设比例系数，k值根据需要设定，可以为1/10。

[0042] 最后，根据各支路的权值，确定最短加权路径。

[0043] 进一步地，当判断还有目标发电机时，返回继续获取各支路的充电时间、充电功率、高压电抗器容量，将所述各支路的充电功率、高压电抗器容量归算到预设电压等级基准和预设功率基准，确定所述各支路的充电功率标幺值、高压电抗器容量标幺值步骤，从而得到权值及到该目标发电机的最短加权路径。

[0044] 在黑启动研究中，迪杰斯特拉算法是比较常用的算法之一。迪杰斯特拉算法是典型的基于支路权值和网络结构的最短路算法。在黑启动研究中主要采用以下两种支路权值：一是支路的充电功率；二是支路的充电时间。

[0045] 以支路的充电功率作为支路权值时，容易出现多条权值较小的支路组成的路径优于一条权值较大的支路组成的路径的情况，而每一条支路都有一定的充电时间，这种情况会使得路径的充电时间大大增加，不利于迅速恢复供电。

[0046] 以支路的充电时间作为支路权值时，虽然能够搜索到充电时间最短的路径，但是可能会出现当存在多条充电时间相同的路径时，选择的路径的充电功率不是最小的，而充电功率的大小对路径能否成功启动影响很大，充电功率过大将会导致路径上的节点电压过高，不利于黑启动的顺利进行。

[0047] 从上可以看出，通过将充电功率或充电时间作为支路权值，都不能很好的得到最短加权路径，使黑启动顺利进行。本发明利用高压电抗器的投入有助于加快系统恢复，在投入线路时一并投入线路上的高压电抗器消耗部分无功功率。综合支路的充电功率、充电时间、高压电抗器容量三因素，求最短加权路径。

[0048] 以下以电力系统全不带电为例进行说明：

[0049] 参见图2，为本发明IEEE-30节点标准系统示意图，其中节点1、2、5、8、11和13为发电机节点，对应的发电机编号分别为1、2、3、4、5和6；支路4-12、6-9、6-10和27-28为变压器支路，其它支路为输电线路。以位于节点2的2号发电机和节点8的4号发电机为黑启动电源，黑启动电源可以人为指定，也可以通过自动选择容量最大的发电机或爬坡率最大的发电机为黑启动电源。具体如何选择，根据需要设定。调用迪杰斯特拉算法时以节点2为起点，以节点11的5号发电机为目标发电机。目标发电机的选择，可以人为设定，也可以通过判断最小临界时间小的发电机或所带负荷重要程度高的发电机为目标发电机，具体根据需要设定。其中，支路充电时间为5分钟，变压器支路的时间比例系数为3，输电线路的时间比例系数为2。

[0050] 参见图3，为本发明IEEE-30节点标准系统归算后各支路的充电功率和高压电抗器容量示意图，参见图4，为本发明IEEE-30节点标准系统各支路充电时间示意图。根据各支路的充电时间、充电功率标幺值、高压电抗器容量标幺值，采用公式Wi＝max{mTi+(QCi-QLi),0}确定各支路的权值，参见图5，为本发明IEEE-30节点标准系统各支路权值示意图。调用迪杰斯特拉算法得到黑启动发电机到目标发电机的最短加权路径为8-6-9-11，相应的路径加权值为35.6，路径充电功率为1.3，高压电抗器容量为0.7，充电时间为35，与仅考虑充电功率或充电时间相比明显最优，从而使黑启动顺利进行。

[0051] 根据上述本发明确定黑启动最短加权路径的方法，本发明提供一种确定黑启动最短加权路径装置，下面就具体实施例进行详细说明：

[0052] 参见图6，为本发明确定黑启动最短加权路径装置实施例的结构示意图，包括：

[0053] 获取模块201，用于获取各支路的充电时间、充电功率、高压电抗器容量，将所述各支路的充电功率、高压电抗器容量归算到预设电压等级基准和预设功率基准，确定所述各支路的充电功率标幺值、高压电抗器容量标幺值；

[0054] 权值模块202，用于根据所述各支路的充电时间、充电功率标幺值、高压电抗器容量标幺值确定各支路的权值；

[0055] 最短加权路径模块203，用于根据所述各支路的权值确定最短加权路径。

[0056] 进一步地，还包括判断模块204，用于判断是否存在目标发电机，若是，则向获取模块发送获取各支路的充电时间、充电功率、高压电抗器容量指令。

[0057] 高压电抗器的投入有助于加快系统恢复，在投入线路时一并投入线路上的高压电抗器消耗部分无功功率。

[0058] 在电力系统黑启动过程中，支路包括输电线路和变压器支路。与输电线路相比，经变压器送电需要进行较为复杂的操作，因此变压器支路的充电时间常常大于输电线路，输电线路的优先级高于变压器；系统黑启动控制操作过程中需要给线路进行充电，由于线路充电电容的存在，会产生大量的无功功率，可能导致某些节点的电压水平过高。线路的充电功率会延长系统恢复时间，因此充电功率小的线路优先于充电功率大的线路。高压电抗器的投入有助于加快系统恢复。因此往往在投入线路时一并投入线路上的高压电抗器消耗部分无功功率。因此，从支路的充电功率、充电时间、高压电抗器容量三因素对权值进行分析，求最短加权路径。

[0059] 首先，获取模块201获取各支路的充电时间、充电功率、高压电抗器容量。由于支路的充电功率和高压电抗器容量都是各自额定电压下的数值，因此需要归算到相同电压等级基准和相同功率基准下，以便后续计算。电压等级基准和功率基准可以根据用户需要进行设定。具体归算方法可以采用现有技术得到，在此不再赘述。

[0060] 从是否带电角度分类，支路分为带电支路和不带电支路。修改带电支路的权值是为了减小带电节点与电源点之间的距离，得到带电网络到目标节点的最短加权路径，但是非电源节点带电后其电压调节能力并不能与电源节点等价，将带电支路的权值设置为0或一个非常小的正数可能会出现多条带电支路组成的路径优于一条未带电支路组成的路径的情况，而远距离送电会增加网络损耗，容易出现无功不平衡，不利于系统的恢复。所以权值模块202对已经带电的支路，将其权值设置为未带电时权值的k倍(k<1)，而不能设置为0或一个非常小的正数。在一个实施例中，如下：

[0061] 当支路为不带电支路时，权值模块202采用公式Wi＝max{mTi+(QCi-QLi),0}确定不带电支路的权值，

[0062] 其中，Wi表示支路i的权值；Ti表示支路i的充电时间；m表示预设时间权重比例系数，m根据需要设定，为一个适当的正整数，以保证输电线路优先于变压器；QCi表示支路i的充电功率标幺值；QLi表示支路i的高压电抗器容量标幺值。

[0063] 当支路为带电支路时，权值模块202采用公式Wi＝k*max{mTi+(QCi-QLi),0}确定带电支路的权值，

[0064] 其中，Wi表示支路i的权值；Ti表示支路i的充电时间；m表示预设时间权重比例系数，m根据需要设定，为一个适当的正整数，以保证输电线路优先于变压器；QCi表示支路i的充电功率标幺值；QLi表示支路i的高压电抗器容量标幺值，k为预设比例系数，k值根据需要设定，可以为1/10。

[0065] 最后，最短加权路径模块203根据各支路的权值，确定最短加权路径。

[0066] 当判断模块204判断还有目标发电机时，则向获取模块201发送获取各支路的充电时间、充电功率、高压电抗器容量指令。获取模块201获取各支路的充电时间、充电功率、高压电抗器容量，将所述各支路的充电功率、高压电抗器容量归算到预设电压等级基准和预设功率基准，确定所述各支路的充电功率标幺值、高压电抗器容量标幺值，从而权值模块202得到权值，最短加权路径模块203得到该目标发电机的最短加权路径。

[0067] 在一个实施例中，以电力系统全不带电为例进行说明：

[0068] 参见图2，为本发明IEEE-30节点标准系统示意图，其中节点1、2、5、8、11和13为发电机节点，对应的发电机编号分别为1、2、3、4、5和6；支路4-12、6-9、6-10和27-28为变压器支路，其它支路为输电线路。以位于节点2的2号发电机和节点8的4号发电机为黑启动电源，黑启动电源可以人为指定，也可以通过自动选择容量最大的发电机或爬坡率最大的发电机为黑启动电源。具体如何选择，根据需要设定。调用迪杰斯特拉算法时以节点2为起点，以节点11的5号发电机为目标发电机。目标发电机的选择，可以人为设定，也可以通过判断最小临界时间小的发电机或所带负荷重要程度高的发电机为目标发电机，具体根据需要设定。其中，支路充电时间为5分钟，变压器支路的时间比例系数为3，输电线路的时间比例系数为2。

[0069] 获取模块201获取各支路的充电时间、充电功率、高压电抗器容量，将各支路的充电功率、高压电抗器容量归算到预设电压等级基准和预设功率基准，确定各支路的充电功率标幺值、高压电抗器容量标幺值。参见图3，为本发明IEEE-30节点标准系统归算后各支路的充电功率和高压电抗器容量示意图，参见图4，为本发明IEEE-30节点标准系统各支路充电时间示意图。权值模块202根据各支路的充电时间、充电功率标幺值、高压电抗器容量标幺值，采用公式Wi＝max{mTi+(QCi-QLi),0}确定各支路的权值，参见图5，为本发明IEEE-30节点标准系统各支路权值示意图。最短加权路径模块203调用迪杰斯特拉算法得到黑启动发电机到目标发电机的最短加权路径为8-6-9-11，相应的路径加权值为35.6，路径充电功率为1.3，高压电抗器容量为0.7，充电时间为35，与仅考虑充电功率或充电时间相比明显最优，从而使黑启动顺利进行。

[0070] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。