[发明专利]考虑电网调度员实际操作特性的连锁故障模型

权利要求书

1.一种考虑电网调度员实际操作特性的连锁故障模型，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、设定连锁故障模拟天数上限k_max，支路重载负载率阈值λ_heavy；设系统各个节点的交流潮流基准状态为：PQ、PV节点的有功注入无功注入和电压其中j为节点编号；

(2)、初始化连锁故障天数k＝1；

(3)、模拟第k天连锁故障过程；

步骤(3)具体包括：

(3.1)、随机选定第k天连锁故障模拟初始时负荷水平，将系统基准运行方式下PQ节点的有功、无功注入，以及PV节点的有功注入乘以一个[0.7,1.4]区间内平均分布的随机数，作为第k天连锁故障模拟开始时的系统状态；

(3.2)、随机模拟初始故障，随机选1条线路开断；

(3.3)、检查交流潮流是否收敛，若不收敛，表明系统发生了电压崩溃，转到步骤(3.8)；若收敛，继续步骤(3.4)；

(3.4)、计算所有支路的负载率λ_i，若存在支路负载率λ_i≥λ_heavy，则进入步骤(3.5)，否则转到步骤(3.8)；

(3.5)、模拟调度员操作的启发式模型；

(3.6)、模拟线路跳闸随机事件，计算线路负载率，并按照跳闸概率与负载率的关系计算各线路的跳闸概率，并通过随机采样模拟线路跳闸；

(3.7)、若有线路跳闸，则搜索总负荷量最大的电气岛继续进行连锁故障模拟，转到步骤(3.3)；若没有线路跳闸，则转到步骤(3.8)；

(3.8)、统计当天负荷损失、跳闸记录数据；进入步骤(4)；

(4)、k＝k+1；

(5)、若k≤k_max，则转到步骤(3)，否则结束。

2.根据权利要求1所述的考虑电网调度员实际操作特性的连锁故障模型，其特征在于：所述的步骤(3.5)具体包括以下步骤：

(3.5.1)、设调度员调整节点切有功负荷量为ΔP_Dj，切无功负荷量为ΔQ_Dj，发电机有功出力调整量为ΔP_Dj，求解(3-1)所示的优化模型：

min C_D∑ΔP_Dj+C_G∑|ΔP_Gj|

s.t.

-λliPlimax-Pli≤ΔPli(ΔPG,ΔPD)≤λliPlimax-Pli-λliQlimax-Qli≤ΔQli(ΔPG,ΔPD)≤λliQlimax-QliPGjmin-PGj≤ΔPGj≤PGjmax-PGj0≤ΔPDj≤PDj---(3-1)]]>

(3-1)中，C_D、C_G分别为目标函数中切负荷和调整发电机的权重因子，可取C_D＝100，C_G＝1；-λliPlimax-Pli≤ΔPli(ΔPG,ΔPD)≤λliPlimax-Pli-λliQlimax-Qli≤ΔQli(ΔPG,ΔPD)≤λliQlimax-QliPGjmin-PGj≤ΔPGj≤PGjmax-PGj---(3-1)]]>为线路i最大潮流，P_li为线路当前潮流，λ_li为调度员线路潮流风险偏好因子，一般为小于1的正值，ΔP_li(ΔP_G,ΔP_D)、ΔQ_li(ΔP_G,ΔP_D)为线路潮流增量，分别由后面(3-9)、(3-10)定义，ΔP_G,ΔP_D分别为节点负荷发电调整量ΔP_Dj、ΔP_Gj的向量形式；分别为节点j发电机的出力上下限，P_Dj为当前负荷；

(3-1)假设切负荷时负荷节点的功率因数不变，即

ΔQ_Dj＝Q_Dj/P_Dj·ΔP_Dj (3-2)

设式(3-1)中支路i的潮流视在功率限值为支路当前有功、无功潮流为P_li和Q_li，将支路视在功率限值转换为有功、无功限值和

Sli=Pli2+Qli2---(3-3)]]>

Plimax=|Pli|SliSlimax---(3-4)]]>

Qlimax=|Qli|SliSlimax---(3-5)]]>

其中S_li为线路视在功率潮流，ΔP_li(ΔP_G,ΔP_D)和ΔQ_li(ΔP_G,ΔP_D)分别是用节点注入变化量表示的线路有功、无功潮流变化量，由潮流方程线性化后推导而来，推导过程如下：

根据求导的链式法则，有：

∂Pl∂V∂Pl∂θ∂Ql∂V∂Ql∂θ=∂Pl∂PS∂Pl∂QS∂Ql∂PS∂Ql∂QS∂PS∂V∂PS∂θ∂QS∂V∂PS∂θ---(3-6)]]>

其中P_l，Q_l表示支路潮流，P_S，Q_S表示节点注入，V,θ分别表示节点电压幅值和相角；

由(3-5)得到灵敏度矩阵S的计算式：

S=∂Pl∂PS∂Pl∂QS∂Ql∂PS∂Ql∂QS=∂Pl∂V∂Pl∂θ∂Ql∂V∂Ql∂θ∂PS∂V∂PS∂θ∂QS∂V∂PS∂θ-1---(3-7)]]>

若不计线路并联支路，线路潮流有功P_ij、无功Q_ij用状态变量表示为

P_ij＝-G_ijV_i²+G_ijV_iV_jcosθ_ij+B_ijV_iV_jsinθ_ij  (3-8)

Q_ij＝B_ijV_i²-B_ijV_iV_jcosθ_ij+G_ijV_iV_jsinθ_ij  (3-9)

其中G_ij,B_ij分别为支路的电导和电纳，V_i,V_j分别为节点i,j的电压幅值，θ_ij为节点i,j的相角差；

从而容易得到支路潮流对状态变量的偏导数，即(3-7)第一项的矩阵；而第二个矩阵实际上就是潮流方程Jacobian矩阵；这样即可求得给定支路潮流——节点注入灵敏度矩阵S；

将灵敏度矩阵S按照节点类型和变量类型进行分类，得到矩阵分别对应发电调整、负荷调整的子块：

表1 灵敏度矩阵子块

这样，在调整了发电ΔP_G和负荷ΔP_D之后，线路潮流的近似增量可表示为

ΔP_l＝(S_ppd+S_pqdR)ΔP_D+S_ppgΔP_G     (3-10)

ΔQ_l＝(S_qpd+S_qqdR)ΔP_D+S_qpgΔP_G     (3-11)

即ΔP_li(ΔP_G,ΔP_D)和ΔQ_li(ΔP_G,ΔP_D)；

(3.5.2)、若求解优化模型(3-1)不收敛，则认为调度员调整失败，转至步骤(3.5.3)；若求解优化模型(3-1)收敛，则用求得的ΔP_Dj、ΔQ_Dj和ΔP_Gj修正当前系统状态量，并转到步骤(3.5.4)；

(3.5.3)、调度员应当采用次优的紧急切负荷措施，具体模拟方法为：每个负荷节点切除比例为α_D的负荷，同时各个发电节点降低出力以保证功率平衡，以此达到缓解过载的目的；

(3.5.4)、若调度员连续调整次数m达到预设上限m_max，则模拟调度员未在一定时间内完成完全消除过载的目的，跳闸有可能发生，转到步骤(3.6)；若m未达到预设上限m_max，则转到步骤(3.4)。