一种考虑人工调度知识的电网关键断面极限传输容量计算方法：S1）发电区和负荷区的界定；S2发电负荷增长模式的界定；S3关键断面极限传输容量的计算：采用连续潮流的方法计算关键断面的极限传输容量。本发明的考虑人工调度知识的电网关键断面极限传输容量计算方法，采用考虑人工调度知识的发电区负荷区界定模式和发电负荷增长模式的连续潮流法计算关键断面的极限传输容量，使得关键断面极限传输容量的计算结果更加符合电网实际的运行模式，提高关键断面极限传输容量对电网实际在线运行的适应性，使结果更加真实可信。
1.一种考虑人工调度知识的电网关键断面极限传输容量计算方法，其特征是包括以下步骤：S1)发电区和负荷区的界定
S1-1计算任意一个发电厂或负荷i到关键断面中线路两端任意一个厂站j的电气距离，如下式(1)所示：其中Z为以厂站为节点，以输电线路为线路形成的网络阻抗矩阵，Zii、Zjj、Zij是阻抗矩阵Z中对应的元素，设阻抗矩阵Z的阶数为n，n为电网中厂站的个数，则Mij是一个n×1的列向量，在第i、j行分别取1和-1，其余位置取0；
S1-2计算任意一个发电厂i到关键断面中线路的首端厂站的平均电气距离Dio，如下式(2)所示：式中b是关键断面中线路的首端厂站的集合，nb是集合b中厂站的数量，Dij是厂站i、j之间的电气距离；
S1-3计算任意一个负荷i到关键断面中线路的末端厂站的平均电气距离Dii，如下式(3)所示：式中c是关键断面中线路的末端厂站的集合，nc是集合c中厂站的数量，Dij是厂站i、j之间的电气距离；
S1-4设定平均电气距离阈值Dmin，对于到关键断面中线路的首端厂站的平均电气距离大于该阈值的发电厂，选为发电区；到关键断面中线路的末端厂站的平均电气距离大于该阈值的负荷，选为负荷区；
S2-1计算发电区中任意一个发电厂i到关键断面中线路两端任意一个厂站j的电气距离，如下式(4)所示：其中Z为以厂站为节点，以输电线路为线路形成的网络阻抗矩阵，Zii、Zjj、Zij是阻抗矩阵Z中对应的元素，设阻抗矩阵Z的阶数为n，则Mij是一个n×1的列向量，在第i、j行分别取1和-1，其余位置取0；
S2-2计算发电区中任意一个发电厂i到关键断面中线路的首端厂站的平均电气距离Dio，如下式(5)所示：式中b是关键断面中线路的首端厂站的集合，nb是集合b中厂站的数量，Dij是厂站i、j之间的电气距离；
S2-3定平均电气距离阈值Dming，对于到关键断面中线路的首端厂站的平均电气距离大于该阈值的发电区中发电厂，选为重点考虑的发电厂；
发电增长模式确定如下：首先增加重点考虑的发电厂的功率增长，按照发电厂的功率增长能力进行增长功率大小的分配；在重点考虑的发电厂无功率增长能力后，考虑发电区中其余发电厂的功率增长，按照发电厂的功率增长能力进行增长功率大小的分配；
采用基于历史数据的负荷增长模式选择方法，按照历史上同时刻负荷区内各个负荷增长速率的大小分配各个负荷增长功率的大小，进行负荷区负荷的功率增长；
故障集选取对应关键断面的最严重故障，即关键断面中任意一条线路在首末端分别发生三相接地故障，0.1s后断开线路；
电网约束包含两部分：静态安全约束与动态稳定约束：静态安全约束如(6)式所示：
其中，C为故障集，G、N、B分别为发电机集合、节点集合、线路集合，分别为发电机i的有功、无功出力上下限， 为节点j的电压上下限， 为线路l的电流上下限，Pgi、Qgi、Vj、Il分别为正常情况下发电机i的有功、无功出力、节点j的电压、线路l的电流，Pk,gi、Qk,gi、Vk,j、Ik,l分别为故障k情况下发电机i的有功、无功出力、节点j的电压、线路l的电流；
|δk,i(t)-δk,j(t)|≤δmax,i,j∈G,i≠j,k∈C (7)其中t∈[0,T]，T＝5s为所研究的动态过程时间段，δmax＝180°为动态稳定允许的功角差上限，δk,i(t)、δk,j(t)为t时刻故障k情况下任意两个发电机i、j的功角；
Vk,i(t)≤Vcrit,t∈[t1,t2],t2-t1＜Tcrit,k∈C (8)其中Vk,i(t)为t时刻故障k情况下任意一个节点i的电压值，Vcrit为节点电压阈值，取0.75p.u.，Tcrit为持续时间阈值，取1s；
S3-1获取关键端面和故障集信息，设置每一步发电负荷增长步长；
S3-3验算满足静态安全约束否，满足则进入下一步，否则跳至恢复上次潮流状态步骤S3-5；
S3-4验算满足动态稳定约束否，满足则回到步骤S3-1，否则进入下一步；
S3-6验算系统发电负荷增长步长小于ξ否，小于则得到该断面的TTC，否则取系统发电负荷增长步长为原来步长的一半，返回步骤S3-2；
ξ为系统发电负荷增长步长的阈值，当系统发电负荷增加步长小于ξ时停止连续潮流的计算，该时刻关键断面的传输功率即为断面的极限传输容量。
考虑人工调度知识的电网关键断面极限传输容量计算方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种电网关键断面极限传输容量的计算方法，尤其是涉及一种考虑人工调度知识的电网关键断面极限传输容量计算方法。
背景技术
[0002] 在现今的电力系统运行中，电力系统运行部门为了保证电网安全稳定运行，往往会对电力系统制定一系列的运行规则，以将电力系统限制在一定的安全运行空间中。这些运行规则的重要组成部分就是电网关键断面的极限传输容量，通过限值电网关键断面的传输功率，来达到保证电网安全运行的效果。
[0003] 在关键断面选定的情况下，关键断面的极限传输容量的计算结果会受到多方面因素的影响而有所不同，比如关键断面极限传输容量计算方法的不同，发电区、负荷区选取的不同，发电负荷增长方式选取的不同等等。
[0004] 关键断面极限传输容量的计算方法主要有连续潮流法和最优潮流法，最优潮流方法往往是根据某些约束条件计算出最优的关键断面极限传输容量，对电网在线运行的实际意义不大，而连续潮流法计算关键断面极限传输容量与电网在线运行过程比较接近，是深受电网现场运行人员欢迎的关键断面极限传输容量计算方法。
[0005] 然而，采用连续潮流法计算关键断面的极限传输容量的结果也会因为发电区、负荷区选取的不同或者发电负荷增长模式选取的不同而大不相同。为尽量保证电网的安全性，很多研究者和电网运行人员在计算关键断面的极限传输容量时往往采用全部的发电侧作为发电区，全部的负荷侧作为负荷区，从而保证选择出最不利的发电负荷增长模式；而发电负荷增长模式的选择则是选择使得关键断面最容易出现失稳情况的模式，尽可能保证电网的安全性。然而这种关键断面极限传输容量的计算方法与电网的实际运行状态差距较大，按照这种计算结果控制电网会极大的牺牲电网的经济性，对电网运行状态的适应性不强。
[0006] 也即，现有的关键断面极限传输容量计算方法存在以下不足之处：
[0007] 1，计算采用了全部的发电侧作为发电区和负荷侧作为负荷区，不符合实际运行中电网关键断面发电区和负荷区的界定模式，对电网实际运行的适应性较差；
[0008] 2，计算采用了极端不利的发电负荷增长模式，在实际电网运行中很难或者基本不可能出现，不符合实际运行中电网关键断面发电负荷增长模式的界定模式，对电网实际运行的适应性较差。
发明内容
[0009] 本发明所要解决的技术问题，就是提供一种考虑人工调度知识的电网关键断面极限传输容量计算方法，采用考虑人工调度知识的发电区负荷区界定模式和发电负荷增长模式的连续潮流法计算关键断面的极限传输容量，使得关键断面极限传输容量的计算结果更加符合电网实际的运行模式，提高关键断面极限传输容量对电网实际在线运行的适应性，使结果更加真实可信。
[0010] 解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
[0011] 一种考虑人工调度知识的电网关键断面极限传输容量计算方法，其特征是包括以下步骤：
[0012] S1）发电区和负荷区的界定
[0013] S1-1计算任意一个发电厂或负荷i到关键断面中线路两端任意一个厂站j的电气距离，如下式（1）所示：
[0014]
[0015] 其中Z为以厂站为节点，以输电线路为线路形成的网络阻抗矩阵，Zii、Zjj、Zij是阻抗矩阵Z中对应的元素，设阻抗矩阵Z的阶数为n，n为电网中厂站的个数，则Mij是一个n×1的列向量，在第i、j行分别取1和-1，其余位置取0；
[0016] S1-2计算任意一个发电厂i到关键断面中线路的首端厂站的平均电气距离Dio，如下式（2）所示：
[0017]
[0018] 式中b是关键断面中线路的首端厂站的集合，nb是集合b中厂站的数量，Dij是厂站i、j之间的电气距离；
[0019] S1-3计算任意一个负荷i到关键断面中线路的末端厂站的平均电气距离Dii，如下式（3）所示：
[0020]
[0021] 式中c是关键断面中线路的末端厂站的集合，nc是集合c中厂站的数量，Dij是厂站i、j之间的电气距离；
[0022] S1-4设定平均电气距离阈值Dmin，对于到关键断面中线路的首端厂站的平均电气距离大于该阈值的发电厂，选为发电区；到关键断面中线路的末端厂站的平均电气距离大于该阈值的负荷，选为负荷区；
[0023] S2发电负荷增长模式的界定
[0024] S2-1计算发电区中任意一个发电厂i到关键断面中线路两端任意一个厂站j的电气距离，如下式（4）所示：
[0025]
[0026] 其中Z为以厂站为节点，以输电线路为线路形成的网络阻抗矩阵，Zii、Zjj、Zij是阻抗矩阵Z中对应的元素，设阻抗矩阵Z的阶数为n（n为电网中厂站的个数），则Mij是一个n×1的列向量，在第i、j行分别取1和-1，其余位置取0；
[0027] S2-2计算发电区中任意一个发电厂i到关键断面中线路的首端（功率发出侧）厂站的平均电气距离Dio，如下式（5）所示：
[0028]
[0029] 式中b是关键断面中线路的首端（功率发出侧）厂站的集合，nb是集合b中厂站的数量，Dij是厂站i、j之间的电气距离。
[0030] S2-3定平均电气距离阈值Dming，对于到关键断面中线路的首端（功率发出侧）厂站的平均电气距离大于该阈值的发电区中发电厂，选为重点考虑的发电厂；
[0031] 发电增长模式确定如下：首先增加重点考虑的发电厂的功率增长，按照发电厂的功率增长能力进行增长功率大小的分配；在重点考虑的发电厂无功率增长能力后，考虑发电区中其余发电厂的功率增长，按照发电厂的功率增长能力进行增长功率大小的分配；
[0032] S2-4确定负荷的增长模式，采用基于历史数据的负荷增长模式选择方法，按照历史上同时刻负荷区内各个负荷增长速率的大小分配各个负荷增长功率的大小，进行负荷区负荷的功率增长；
[0033] S3关键断面极限传输容量的计算
[0034] 采用连续潮流的方法计算关键断面的极限传输容量：
[0035] 故障集选取对应关键断面的最严重故障，即关键断面中任意一条线路在首末端分别发生三相接地故障，0.1s后断开线路；
[0036] 电网约束包含两部分：静态安全约束与动态稳定约束：
[0037] 静态安全约束如（6）式所示：
[0038]
[0039] 其中，C为故障集，G、N、B分别为发电机集合、节点集合、线路集合，Pgimin、Pgimax、min maxQgi 、Qgi 分别为发电机i的有功、无功出力上下限， 为节点j的电压上下限，max
Il 为线路l的电流上下限，Pgi、Qgi、Vj、Il分别为正常情况下发电机i的有功、无功出力、节点j的电压、线路l的电流，Pk,gi、Qk,gi、Vk,j、Ik,l分别为故障k情况下发电机i的有功、无功出力、节点j的电压、线路l的电流；
[0040] 动态稳定约束包括功角约束和电压约束两部分：
[0041] 功角约束如（7）式所示：
[0042] |δk,i(t)-δk,j(t)|≤δmax,i,j∈G,i≠j,k∈C(7)
[0043] 其中t∈[0,T]，T为所研究的动态过程时间段（取5s），δmax为动态稳定允许的功角差上限（取180°），δk,i(t)、δk,j(t)为t时刻故障k情况下任意两个发电机i、j的功角；
[0044] 电压约束如（8）式所示：
[0045] Vk,i(t)≤Vcrit,t∈[t1,t2],t2-t1
[0046] 其中Vk,i(t)为t时刻故障k情况下任意一个节点i的电压值，Vcrit为节点电压阈值，取0.75p.u.，Tcrit为持续时间阈值，取1s；
[0047] 断面TTC的计算包括以下子步骤：
[0048] S3-1获取关键端面和故障集信息，设置每一步发电负荷增长步长；
[0049] S3-2增加发电负荷并计算潮流；
[0050] S3-3验算满足静态安全约束否，满足则进入下一步，否则跳至恢复上次潮流状态步骤S3-5；
[0051] S3-4验算满足动态稳定约束否，满足则回到步骤S3-1，否则进入下一步；
[0052] S3-5恢复上次潮流状态；
[0053] S3-6验算系统发电负荷增长步长小于ξ否，小于则得到该短面的TTC，否则取系统发电负荷增长步长为原来步长的一半，返回步骤S3-2。
[0054] ξ为系统发电负荷增长步长的阈值，当系统发电负荷增加步长小于ξ时停止连续潮流的计算，该时刻关键断面的传输功率即为断面的极限传输容量。
[0055] 有益效果：本发明的考虑人工调度知识的电网关键断面极限传输容量计算方法，采用考虑人工调度知识的发电区负荷区界定模式和发电负荷增长模式的连续潮流法计算关键断面的极限传输容量，使得关键断面极限传输容量的计算结果更加符合电网实际的运行模式，提高关键断面极限传输容量对电网实际在线运行的适应性，使结果更加真实可信。
附图说明
[0056] 图1是本发明的关键断面极限传输容量的计算流程图。
具体实施方式
[0057] 本发明提出的一种考虑人工调度知识的电网关键断面极限传输容量计算方法,结合附图及实施例详细说明如下。
[0058] 参见图1，本发明的方法包括以下步骤：
[0059] 1）发电区和负荷区的界定
[0060] 在关键断面极限传输容量的计算过程中，发电区和负荷区的定义对于计算结果有较大的影响。在现有的计算方法中，发电区和负荷区的定义一般是采用整个发电侧和负荷侧的方法：即将提高发电机出力可以使断面传输功率增加的发电机作为发电区考虑，将提高负荷可以使断面传输功率增加的负荷作为负荷区。这种考虑方式考虑了所有的可能的发电机和负荷增长，但是与电网实际运行方式相差较大，计算结果对于电网实际运行的意义不大。
[0061] 因此，需要一种考虑人工调度知识的发电区和负荷区界定模式来计算更加接近电网实际运行模式的关键断面极限传输容量。
[0062] 首先，计算任意一个发电厂或负荷i到关键断面中线路两端任意一个厂站j的电气距离，如下式（1）所示：
[0063]
[0064] 其中Z为以厂站为节点，以输电线路为线路形成的网络阻抗矩阵，Zii、Zjj、Zij是阻抗矩阵Z中对应的元素，设阻抗矩阵Z的阶数为n（n为电网中厂站的个数），则Mij是一个n×1的列向量，在第i、j行分别取1和-1，其余位置取0；
[0065] 其次，计算任意一个发电厂i到关键断面中线路的首端（功率发出侧）厂站的平均电气距离Dio，如下式（2）所示：
[0066]
[0067] 式中b是关键断面中线路的首端（功率发出侧）厂站的集合，nb是集合b中厂站的数量，Dij是厂站i、j之间的电气距离。
[0068] 第三，计算任意一个负荷i到关键断面中线路的末端（功率接受侧）厂站的平均电气距离Dii，如下式（3）所示：
[0069]
[0070] 式中c是关键断面中线路的末端（功率接受侧）厂站的集合，nc是集合c中厂站的数量，Dij是厂站i、j之间的电气距离。
[0071] 最后，设定平均电气距离阈值Dmin，对于到关键断面中线路的首端（功率发出侧）厂站的平均电气距离大于该阈值的发电厂，选为发电区，到关键断面中线路的末端（功率接受侧）厂站的平均电气距离大于该阈值的负荷，选为负荷区。
[0072] 2）发电负荷增长模式的界定
[0073] 在关键断面极限传输容量的计算过程中，发电负荷增长模式的定义对于计算结果有较大的影响。在现有的计算方法中，为尽可能保证电网的安全性，发电负荷增长模式的定义一般是采用最保守的方式：即使得该发电负荷增长模式下关键断面中裕度最小的线路增加最多的功率，使关键断面最早达到传输极限。这种发电负荷方式考虑了所有的可能的发电负荷增长下关键断面的极限传输容量，但是与电网实际运行方式相差较大，计算结果对于电网实际运行的意义不大。
[0074] 因此，需要一种考虑人工调度知识的发电负荷增长模式来计算更加接近电网实际运行模式的关键断面极限传输容量。
[0075] 首先，计算发电区中任意一个发电厂i到关键断面中线路两端任意一个厂站j的电气距离，如下式（4）所示：
[0076]
[0077] 其中Z为以厂站为节点，以输电线路为线路形成的网络阻抗矩阵，Zii、Zjj、Zij是阻抗矩阵Z中对应的元素，设阻抗矩阵Z的阶数为n（n为电网中厂站的个数），则Mij是一个n×1的列向量，在第i、j行分别取1和-1，其余位置取0；
[0078] 其次，计算发电区中任意一个发电厂i到关键断面中线路的首端（功率发出侧）厂站的平均电气距离Dio，如下式（5）所示：
[0079]
[0080] 式中b是关键断面中线路的首端（功率发出侧）厂站的集合，nb是集合b中厂站的数量，Dij是厂站i、j之间的电气距离。
[0081] 第三，设定平均电气距离阈值Dming，对于到关键断面中线路的首端（功率发出侧）厂站的平均电气距离大于该阈值的发电区中发电厂；
[0082] 选为重点考虑的发电厂，发电增长模式确定如下：首先增加重点考虑的发电厂的功率增长，按照发电厂的功率增长能力进行增长功率大小的分配；在重点考虑的发电厂无功率增长能力后，考虑发电区中其余发电厂的功率增长，按照发电厂的功率增长能力进行增长功率大小的分配。
[0083] 最后，确定负荷的增长模式，采用基于历史数据的负荷增长模式选择方法，按照历史上同时刻负荷区内各个负荷增长速率的大小分配各个负荷增长功率的大小，进行负荷区负荷的功率增长。
[0084] 3）关键断面极限传输容量的计算
[0085] 采用连续潮流的方法计算关键断面的极限传输容量。
[0086] 故障集选取对应关键断面的最严重故障，即关键断面中任意一条线路在首末端分别发生三相接地故障，0.1s后断开线路。
[0087] 电网约束包含两部分：静态安全约束与动态稳定约束。
[0088] 静态安全约束如（6）式所示：
[0089]min max
[0090] 其中，C为故障集，G、N、B分别为发电机集合、节点集合、线路集合，Pgi 、Pgi 、Qgimin、Qgimax分别为发电机i的有功、无功出力上下限， 为节点j的电压上下限，maxIl 为线路l的电流上下限，Pgi、Qgi、Vj、Il分别为正常情况下发电机i的有功、无功出力、节点j的电压、线路l的电流，Pk,gi、Qk,gi、Vk,j、Ik,l分别为故障k情况下发电机i的有功、无功出力、节点j的电压、线路l的电流。
[0091] 动态稳定约束包括功角约束和电压约束两部分。
[0092] 功角约束如（7）式所示：
[0093] |δk,i(t)-δk,j(t)|≤δmax,i,j∈G,i≠j,k∈C(7)
[0094] 其中t∈[0,T]，T为所研究的动态过程时间段（取5s），δmax为动态稳定允许的功角差上限（取180°），δk,i(t)、δk,j(t)为t时刻故障k情况下任意两个发电机i、j的功角。
[0095] 电压约束如（8）式所示：
[0096] Vk,i(t)≤Vcrit,t∈[t1,t2],t2-t1
[0097] 其中Vk,i(t)为t时刻故障k情况下任意一个节点i的电压值，Vcrit为节点电压阈值，取0.75p.u.，Tcrit为持续时间阈值，取1s。
[0098] 断面TTC的计算流程如图1所示，包括以下子步骤：
[0099] S3-1获取关键端面和故障集信息，设置每一步发电负荷增长步长；
[0100] S3-2增加发电负荷并计算潮流；
[0101] S3-3验算满足静态安全约束否，满足则进入下一步，否则跳至恢复上次潮流状态步骤S3-5；
[0102] S3-4验算满足动态稳定约束否，满足则回到步骤S3-1，否则进入下一步；
[0103] S3-5恢复上次潮流状态；
[0104] S3-6验算系统发电负荷增长步长小于ξ否，小于则得到该短面的TTC，否则取系统发电负荷增长步长为原来步长的一半，返回步骤S3-2。
[0105] ξ为系统发电负荷增长步长的阈值，当系统发电负荷增加步长小于ξ时停止连续潮流的计算，该时刻关键断面的传输功率即为断面的极限传输容量。
