本发明公开了一种电网紧急状态下的启动动态分区方案的方法，该方法包括如下步骤：步骤10）测算电网中的各分区电网中的薄弱节点的阻抗模指标值；步骤20）建立功率裕度与阻抗模指标之间的关系式；步骤30）根据设定的功率裕度限定值和式（1），测算阻抗模指标阈值；步骤40）将步骤10）测得的分区电网中所有薄弱节点的阻抗模指标值与步骤30）测得的阻抗模指标阈值进行比较，如果分区电网中任意一个薄弱节点的阻抗模指标值小于阻抗模指标阈值，则启动动态分区方案；否则该时刻的分区电网电压安全，返回步骤10）。该电网紧急状态下的启动动态分区方案的方法，可实现在电网紧急状态下，启动动态分区，保证供电可靠性。
1.一种电网紧急状态下的启动动态分区方案的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤10)测算电网中的各分区电网中的薄弱节点的阻抗模指标值；
步骤10)中，测算薄弱节点的阻抗模指标值，首先对分区电网中薄弱节点进行戴维南等值参数计算，得到戴维南系统的等值阻抗，再计算该薄弱节点的阻抗模指标值；具体包括步骤101)至步骤103)：步骤101)在进行系统实时戴维南等值参数计算时，首先利用前两次采样并处理得到的数据计算参数初始值，根据式(201)，基于传统两点法得到戴维南等值阻抗初始值根据式(202)得到系统戴维南等值电势初始值式中， 表示第一次采样电压相量，UL0表示第一次采样得到的电压幅值， 表示第一次采样得到的电压相角； 表示第二次采样电压相量，UL1表示第二次采样得到的电压幅值，表示第二次采样得到的电压相角；IL0表示第一次采样得到的电流幅值；IL1表示第二次采样得到的电流幅值；
其中， 表示第i次迭代得到等值阻抗预测值， 表示第i次迭代得到的等值电阻预测值， 表示第i次迭代得到的等值电抗预测值，Eeqi-1表示第i-1次迭代计算出的等值电势幅值，δeqi-1表示第i-1次迭代计算出的等值电势相角，ULi表示第i次采样得到的电压幅值，表示第i次采样得到的电压相角，ILi表示第i次采样得到的电流幅值；
对于其中第i次采样，利用第i次采样得到的电压相量 电流数据ILi以及第i-1次计算得到的等值电势的幅值Eeqi-1和等值电势的相角δeqi-1，计算得到等值电势修正量 根据式(204)计算相应中间判断变量ΔZ和角度修正量Δδ：进而得到等值电势的修正量
式中， 表示第i-1次迭代得到等值阻抗，Reqi-1表示第i-1次迭代得到的等值电阻值，Xeqi-1表示第i-1次迭代得到的等值电抗值，ULi-1表示第i-1次采样得到的电压幅值，ILi-1表示第i-1次采样得到的电流幅值；
根据式(205)测算第i次采样得到的戴维南等值电势相量其中， 表示第i-1次采样得到的戴维南等值电势相量， 表示等值电势修正量，表示第i次采样得到的戴维南等值电势相量；
按照式(211)计算第i次采样后的等值阻抗相量其中， 表示第i次采样得到的戴维南等值电势相量， 表示第i次采样后的等值阻抗相量；
获取第i+1次采样数据，并重复上述过程，计算实时戴维南等值参数；
极坐标系下的负荷节点获得的视在功率如式(206)所示：如式(207)所示，负荷节点吸收的有功PL、无功功率QL分别为：式中，θ表示网络等值阻抗角，表示负荷阻抗角，Eeq表示戴维南等值电动势幅值；Zeq表示戴维南等值阻抗模值，ZL表示节点负荷阻抗模值， 表示节点负荷阻抗； 表示戴维南等值阻抗；
利用PL和QL对ZL求导，得当ZL＝Zeq时， 此时线路传输的有功功率达到最大值PLmax和负荷侧获得的无功功率达到最大值QLmax，如式(208)所示：步骤103)测算阻抗模指标测试值：
根据步骤102)，当线路传输功率最大时，电压处于临界稳定状态，此时负荷阻抗和戴维南等值阻抗值相等，即有式(209)：用阻抗模指标来判断电压稳定性，指标测试值定义为式(210)：步骤20)建立功率裕度与阻抗模指标之间的关系式，具体包括：功率裕度KP定义为式(301)：
结合式(207)和式(301)，得到KP的表达方式，如式(302)所示：由式(210)可得式(303)：
结合式(302)和式(303)，得到功率裕度KP与阻抗模指标Vindex之间的关系如式(1)所示：步骤30)根据设定的功率裕度限定值和式(1)，测算阻抗模指标阈值；
所述步骤30)中，设定功率裕度限定值，推导相应的阻抗模指标阈值，并以此作为节点电压是否达到紧急状态的判据，如式(401)所示：可得：
步骤40)将步骤10)测得的分区电网中所有薄弱节点的阻抗模指标值与步骤30)测得的阻抗模指标阈值进行比较，如果分区电网中任意一个薄弱节点的阻抗模指标值小于阻抗模指标阈值，则启动动态分区方案；否则该时刻的分区电网电压安全，返回步骤10)。
一种电网紧急状态下的启动动态分区方案的方法
技术领域
[0001] 本发明属于大电网紧急控制技术领域，具体来说，涉及一种电网紧急状态下的启动动态分区方案的方法。
背景技术
[0002] 区域电网互联、特高压交直流系统的迅速发展以及远距离大容量输电格局的基本形成都大大加强了大电网间的电气联系。这种全局性、一体化的电力格局的发展将导致电网稳定特性更为复杂，加剧区域电网之间动态交互影响。
[0003] 在这一背景下，电网紧急情况甚至故障情况下能否快速控制负荷、利用原有线路对分区供电网络进行合理重组，进而控制相关元件的潮流、提高分区无功电压支撑作用是决定电网保持安全稳定运行的关键。对于已实现了分层分区运行的电网来说，动态分区技术无疑是针对电网运行进行预防控制、使电网退出紧急状态的有效手段。此外，《国务院第599号令电力安全事故应急处置和调查处理条例》(下简称《599号令》)对电力系统发生不同程度事故情况下不同区域电网切负荷比例进行了明确的规定，合理应用电网动态分区技术能积极响应《599号令》，在最大程度上降低减供负荷比例，保证供电可靠性。
[0004] 电网动态分区是一个综合性问题，需要对电网全局(包括安全稳定、短路电流以及供电可靠性等方面)有一个整体把握。而何时进行动态分区则是电网紧急状态动态分区技术研究的前提条件，其核心是需要根据系统所处的严重状况，判断是否需要采取分区方案，制定一个合理的启动动态分区方案的启动判据。目前在分区方案启动判据方面，相关研究还比较缺乏。
发明内容
[0005] 技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种电网紧急状态下的启动动态分区方案的方法，以实现在电网紧急状态下，启动动态分区，保证供电可靠性。
[0006] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
[0007] 一种电网紧急状态下的启动动态分区方案的方法，该方法包括如下步骤：
[0008] 步骤10)测算电网中的各分区电网中的薄弱节点的阻抗模指标值；
[0009] 步骤20)建立如式(1)所示的功率裕度与阻抗模指标之间的关系式；
[0010] 式(1)
[0011] 上式中，KP表示功率裕度；Vindex表示阻抗模指标；θ表示网络等值阻抗角；表示负荷阻抗角；
[0012] 步骤30)根据设定的功率裕度限定值和式(1)，测算阻抗模指标阈值；
[0013] 步骤40)将步骤10)测得的分区电网中所有薄弱节点的阻抗模指标值与步骤30)测得的阻抗模指标阈值进行比较，如果分区电网中任意一个薄弱节点的阻抗模指标值小于阻抗模指标阈值，则启动动态分区方案；否则该时刻的分区电网电压安全，返回步骤10)。
[0014] 进一步，所述的阻抗模指标阈值为0.358。
[0015] 有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
[0016] 本发明的方法首先确定使用基于戴维南等值的阻抗模指标对节点电压进行稳定性分析，再确定阻抗模指标和功率裕度之间的关系，并根据事先确定的功率裕度的限定值，确定电网紧急状态下阻抗模指标阈值，最后对分区中薄弱节点进行指标计算，一旦存在节点的阻抗模指标值低于阻抗模指标阈值，则启动动态分区方案。该方法巧妙地将电压指标值与给定的功率裕度进行关联，算出阻抗模指标阈值，从而使分区方案启动阈值更真实可信。另外，本发明的方法从电源侧有功/无功响应支撑能力不足以及重载情况下出现负荷突变情况进行考虑。这些因素将主要导致分区电网出现频率、电压、短路电流问题。针对目前区域电网互联的电力格局，除非出现孤岛运行，一般频率问题发生的概率不是很大，主要还是电压问题。因此电网紧急状态下动态分区方案启动判据集中考虑电压指标。这样启动更加有效和准确。本发明的方法中，采用静态电压指标进行分析，能较准确地反映分区中各个节点的电压稳定水平，判断分区电网是否处于紧急状态，具有计算简单、可操作性强等优势。
附图说明
[0017] 图1为本发明的流程框图；
[0018] 图2为节点电压戴维南等值系统图。
具体实施方式
[0019] 下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的实施例。
[0020] 电网紧急状态主要指各种运行约束条件被打破后电网进入不稳定的状态，本发明针对的动态分区技术主要针对电网受到内外部扰动后，由于自身的脆弱性，进入非正常运行状态。这种状态未必一定会出现约束条件越限的情况。当运行约束留有的裕度小于某一阈值时，即可以认为电网进入紧急状态。本文分别考虑电源侧和负荷侧超常变化时可能导致电网进入紧急状态的因素，如电源有功/无功响应支撑能力不足、风电等间歇性新能源功率剧烈波动、重载情况下出现负荷突变等方面。
[0021] 如图1所示，本发明实施例的一种电网紧急状态下的启动动态分区方案的方法，包括如下步骤：
[0022] 步骤10)测算电网中的各分区电网中的薄弱节点的阻抗模指标值。
[0023] 步骤20)建立如式(1)所示的功率裕度与阻抗模指标之间的关系式；
[0024] 式(1)
[0025] 上式中，KP表示功率裕度；Vindex表示阻抗模指标；θ表示网络等值阻抗角； 表示负荷阻抗角。
[0026] 步骤30)根据设定的功率裕度限定值和式(1)，测算阻抗模指标阈值；
[0027] 步骤40)将步骤10)测得的分区电网中所有薄弱节点的阻抗模指标值与步骤30)测得的阻抗模指标阈值进行比较，如果分区电网中任意一个薄弱节点的阻抗模指标值小于阻抗模指标阈值，则启动动态分区方案；否则该时刻的分区电网电压安全，返回步骤10)。
[0028] 步骤10)中，测算薄弱节点的阻抗模指标值，首先对分区电网中薄弱节点进行戴维南等值参数计算，得到戴维南系统的等值阻抗，由此计算该薄弱节点的阻抗模指标值。
[0029] 建立如图2所示的实时戴维南等值电路图。图2中，将系统中所有电动势等值为一个等值电动势，用 表示；同理，将除该节点外的线路阻抗用一个等值阻抗 来表示，表示节点负荷阻抗。针对某一分区电场的任一薄弱节点，通过戴维南等值将复杂系统转为简单交流系统。具体步骤如下：
[0030] 步骤101)在进行系统实时戴维南等值参数计算时，首先利用前两次采样并处理得到的数据计算参数初始值。根据式(201)，基于传统两点法得到戴维南等值阻抗初始值[0031] 式(201)
[0032] 根据式(202)得到系统戴维南等值电势初始值
[0033] 式(202)
[0034] 式中， 表示第一次采样电压相量，UL0表示第一次采样得到的电压幅值， 表示第一次采样得到的电压相角； 表示第二次采样电压相量，UL1表示第二次采样得到的电压幅值， 表示第二次采样得到的电压相角；IL0表示第一次采样得到的电流幅值；IL1表示第二次采样得到的电流幅值。
[0035] 根据式(203)计算相应的等值阻抗的预测值
[0036] 式(203)
[0037] 其中， 表示第i次迭代得到等值阻抗预测值， 表示第i次迭代得到的等值电阻预测值， 表示第i次迭代得到的等值电抗预测值，Eeqi-1表示第i-1次迭代计算出的等值电势幅值，δeqi-1表示第i-1次迭代计算出的等值电势相角，ULi表示第i次采样得到的电压幅值， 表示第i次采样得到的电压相角，ILi表示第i次采样得到的电流幅值。
[0038] 对于其中第i次采样，利用第i次采样得到的电压相量 电流数据ILi以及第i-1次计算得到的等值电势的幅值Eeqi-1和等值电势的相角δeqi-1，计算得到等值电势修正量根据式(204)计算相应中间判断变量ΔZ和角度修正量Δδ：
[0039] 式(204)
[0040] 进而得到等值电势的修正量
[0041] 若 且ΔZ>0，则
[0042] 若 且ΔZ<0，则
[0043] 若 且ΔZ>0，则
[0044] 若 且ΔZ<0，则
[0045] 若 则
[0046] 式中， 表示第i-1次迭代得到等值阻抗，Reqi-1表示第i-1次迭代得到的等值电阻值，Xeqi-1表示第i-1次迭代得到的等值电抗值，ULi-1表示第i-1次采样得到的电压幅值，ILi-1表示第i-1次采样得到的电流幅值。
[0047] 由此，根据式(205)测算第i次采样得到的戴维南等值电势相量
[0048] 式(205)
[0049] 其中， 表示第i-1次采样得到的戴维南等值电势相量， 表示等值电势修正量， 表示第i次采样得到的戴维南等值电势相量。
[0050] 在计算得到第i次采样对应的戴维南等值电势相量 后，将其带入公式(211)计算第i次采样后的等值阻抗相量
[0051] 式(211)
[0052] 其中， 表示第i次采样得到的戴维南等值电势相量， 表示第i次采样后的等值阻抗相量，ILi表示第i次采样得到的电流幅值，ULi表示第i次采样得到的电压幅值。
[0053] 至此完成了对第i次采样数据的实时戴维南等值参数的计算，继续获取第i+1次采样数据，并重复上述实时戴维南等值参数的计算。
[0054] 步骤102)测算戴维南系统的等值阻抗：
[0055] 由图2所示的戴维南等值电路图可知，极坐标系下的负荷节点获得的视在功率如式(206)所示：
[0056] 式(206)
[0057] 如式(207)所示，负荷节点吸收的有功PL、无功功率QL分别为
[0058] 式(207)
[0059] 式中，θ表示网络等值阻抗角， 表示负荷阻抗角，Eeq表示戴维南等值电动势幅值；Zeq表示戴维南等值阻抗模值，ZL表示节点负荷阻抗模值， 表示节点负荷阻抗； 表示戴维南等值阻抗；
[0060] PL和QL对ZL求导，可得当ZL＝Zeq时， 此时线路传输的有功功率达到最大值PLmax和负荷侧获得的无功功率QLmax也达到最大，如式(208)所示：
[0061] 式(208)
[0062] 步骤103)测算阻抗模指标测试值：
[0063] 由步骤102)可知，当线路传输功率最大时，电压处于临界稳定状态，此时负荷阻抗和戴维南等值阻抗值相等，即有式(209)：
[0064] 式(209)
[0065] 用阻抗模指标来判断电压稳定性，指标测试值定义为：
[0066] 式(210)
[0067] 阻抗模指标测试值较准确地反映了系统当前运行状态点与最大传输功率点之间的差距。当指标测试值越接近0时，说明运行点越来越接近电压稳定临界点，节点电压的稳定性越差。
[0068] 在步骤20)中，建立功率裕度与阻抗模指标之间的关系式的过程为：
[0069] 功率裕度KP定义为
[0070] 式(301)
[0071] 结合式(207)和式(301)，得到KP的另一种表达方式，如式(302)所示：
[0072] 式(302)
[0073] 由式(210)可得
[0074] 式(303)
[0075] 则结合式(302)和式(303)，得到功率裕度KP与阻抗模指标Vindex之间的关系[0076]
[0077] 在步骤30)中，设定的功率裕度限定值，为事先设定，可以根据本领域的作业规则限定。例如，根据《电力系统安全稳定计算技术规范》(标准号DL/T1234-2013)中对功率裕度KP的规定值，推导相应的阻抗模指标阈值，并以此作为节点电压是否达到紧急状态的判据。《电力系统安全稳定计算技术规范》指出，在区域负荷最大或者断面潮流达到最大时，KP不得低于8％；在N-1故障下，KP不得低于5％。由此可得式(401)：
[0078] 式(401)
[0079] 由此可得：
[0080]
[0081] 因此，可将Vindex<0.358作为动态分区启动判据。
[0082] 下面例举一实施例。
[0083] 以230kV沪巨峰1#这一个薄弱节点为例，通过BPA软件进行潮流计算和稳定文件运行，仿真时间为10s，得到该薄弱节点实时信息(包括有功功率、无功功率、电压幅值和相角)，将数据导入MATLAB，并编程进行电压指标计算，得出结果如表1所示。
[0084] 表1 230kV沪巨峰1#电压指标结果
[0085]时间/s 电压指标值 时间/s 电压指标值
0.5 0.763099818763312 5.5 0.662943865068431
1.0 0.679590478635123 6.0 0.667358883729164
1.5 0.498000794003520 6.5 0.675677440313633
2.0 0.457948311073828 7.0 0.685469870716686
2.5 0.462524250660278 7.5 0.695403741868622
3.0 0.465589621643638 8.0 0.703210457591864
3.5 0.453258840128252 8.5 0.707505750033555
4.0 0.404039885804003 9.0 0.708775548352132
4.5 0.617469536821706 9.5 0.709931902035739
5.0 0.572478419419662 10.0 0.711083592870503
[0086] 由表1中数据可知，在仿真的这10s内，该节点的电压指标值Vindex>0.358，说明230kV沪巨峰1#母线电压稳定。要进一步判断是否需要启动分区方案，还需要对整个分区其他薄弱节点进行同样的计算，观察指标值是否超出0.358，才能得出结论。其他节点的指标计算和上述薄弱节点的计算方法一样，就不一一赘述了。
[0087] 应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
