基於發電損失和負荷供應充裕度的檢修計劃安全評估方法
2023-07-17 15:55:46
專利名稱：基於發電損失和負荷供應充裕度的檢修計劃安全評估方法
技術領域：
本發明屬於電力系統檢修計劃評估與優化領域，涉及一種基於發電損失和負荷供應充裕度的檢修計劃安全評估的方法。
背景技術：
隨著電力系統的發展，電力網絡規模越來越大，調度中心所管轄的設備越來越多，各類設備本身都有自己的生命周期，需要定期安排檢修，另外，由於基建和技改的需要，需要不定期的安排某些設備停電。設備停電會引起到電力系統運行方式的變化，有可能會出現電力系統的安全性問題，進而影響電網公司的經濟效益。因此，對安排的檢修計劃進行安全評估分析有著很重要的意義。
目前，調度中心安排檢修時一般是根據經驗，判斷檢修計劃是否會引起安全問題，而網絡結構越複雜，經驗判斷越不準確。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於提供一種科學有效檢修計劃安全評估方案，能夠定量的給出待安排的檢修計劃的安全性能指標，根據該安全性能指標可以對檢修計劃的調整給出指導性建議。
本發明基於電網的物理模型參數，網絡拓撲數據，負荷預測數據，安全約束等，根據確定的原則計算發電容量損失指標和負荷供應充裕度指標，得到適用於檢修計劃優化調整的計算結果。
因此，本發明提出了一種適用於檢修計劃優化調整的基於發電損失和負荷供應充裕度的檢修計劃安全評估方法。主要解決了以下問題 (1)發電容量損失評估，發電容量損失越小，檢修計劃安排越合理。電力系統實際運行中，發輸電設備檢修有可能造成實際可用發電能力的降低。發電容量損失就是指由於發電設備檢修或者輸電設備檢修，造成的實際可用發電能力降低。發電容量損失是綜合考慮發電檢修、輸電檢修和負荷需求的一個綜合指標。
對發電容量損失進行評估的主要目的
避免負荷尖峰時段檢修；
避免同一輸電通道上多個輸電設備同時檢修；
鼓勵發、輸電設備同時檢修。
(2)負荷供應充裕度評估，每個母線負荷的供應充裕度越高，檢修計劃安排越合理。負荷供應充裕度評估是評估在設定的檢修計劃模式下，各負荷需求供應的充足程度。對其評估的目的是分析檢修對負荷需求供應能力的影響。對負荷供應充裕度的評估落實到每一個母線負荷節點上。通過對負荷供應充裕度評估，能夠給出相應時段檢修模式下系統的安全性。
本發明的方法包括如下步驟 1)確定進行檢修評估的時刻，獲得各時刻檢修計劃的列表。
2)參與評估的系統運行方式採用正常態。首先將第一個時刻的檢修計劃布置到系統的網絡結構上去，進行網絡拓撲分析。
3)根據網絡拓撲分析結果計算所有發電機和母線負荷節點對所有支路的靈敏度。因為靈敏度計算只和網絡拓撲有關，所以本步驟可以在潮流計算前進行。
4)獲取評估時刻的系統負荷預測值，根據經驗數據，按比例將系統負荷預測分配到母線負荷上，如果檢修評估能夠獲得母線負荷預測的結果，則可以直接使用該值。
5)根據系統負荷預測的值，加上2％的網損，減去相應的聯絡線計劃，即可獲得該時刻系統的總發電量。按照發電機額定容量比將總發電量分配到各個機組上。
6)發電和負荷分配好後，啟動潮流計算。獲得潮流計算結果後，結合步驟3)所得的靈敏度計算該時刻的發電容量損失和負荷供應充裕度。
潮流計算前需要進行一系列設置，如設置平衡機和PV節點。如果潮流計算不收斂，能夠自動調整PV節點的設置。
61)發電容量損失計算方法 對可用發電容量產生影響的檢修分為兩種機組檢修和支路檢修。本發明對可用發電容量損失的定義是描述性的，不是準確的檢修評估數據模型。
變量Sensij，t作為t時段發電機Gi對檢修設備j的靈敏度參數，變量Pi為發電機Gi的額定功率，Ls，t為t時段系統總負荷。如果是發電機檢修，則Sensii，t＝1；如果是支路j檢修，則可以通過靈敏度計算得出發電機Gi對該支路的靈敏度Sensij，t。發電容量損失可以通過如下公式計算得到
如果機組在t時段檢修，則Sensii，t＝1，否則去0。機組可用容量的損失來自機組檢修的直接影響和線路、變壓器檢修的間接影響，每一類的影響都不超過機組額定容量，取二者之間的最大值。如果同一通道的發、輸電設備同時檢修，則計算的值相對較小。公式將Ls，t作為因子，即充分考慮了該時段負荷需求所造成的影響，如果該時段負荷需求很大，則公式計算所得發電容量損失也會增大，這和避免負荷高峰時安排檢修的目標是契合的。另外，本公式將
作為除數，是為了實現歸一化處理，歸一化處理後所得值應該是一個不是很大的值，便於直觀的看出發電容量損失的指標變化了多少。
62)負荷供應充裕度計算方法 負荷供應充裕度評估的目的是分析檢修對負荷需求供應能力的影響，評價在設定的檢修計劃模式下，各負荷需求供應的充足程度。對負荷供應充裕度的評估落實到每一個母線負荷節點上。
負荷供應充裕度計算分時段進行。如日檢修計劃的負荷供應充裕度評估可以分24個時間點進行，即每小時評估一個斷面。在已知基態潮流下，在每一時段考慮相應的待評估的檢修計劃，計算支路有功對負荷有功的靈敏度sensij，同時，通過潮流計算，計算支路在其熱穩定限值下，還能再增長多少出力，即Pmax-P，然後，根據支路對負荷的有功靈敏度計算負荷最多還能增長多少功率Pijldmax(如公式2)。針對某一時段的某一負荷j，在考慮所有支路的影響後，計算所得的min{P1jldmax，P2jldmax……Pijldmax……}即為在相應檢修下負荷j能增長的最大功率，也即負荷的裕度。
其中Pimax表示支路i的熱穩極限功率，Pi表示當前潮流的支路i的功率，sensij表示負荷j對支路i的靈敏度，Pijldmax表示在支路i的限制下，負荷j能增長的最大出力。
因為靈敏度sensij反應了支路和負荷的相關性，相關性越大，sensij值就越大，而Pimax-Pi反應了支路的熱穩定裕度，也即能保證該支路運行在安全範圍內最大的有功功率上升空間，Pimax-Pi值越小，該支路的熱穩定裕度越小，也就造成和該支路相關性越大的負荷的充裕度Pijldmax值越小，因此公式能夠很好的反映檢修狀態下負荷供應充裕度的情況。
另外，由於要拉高支路潮流，以計算負荷的功率上升空間，根據實際系統運行的經驗，此功率的貢獻一般由系統內多臺機組提供，因此，此處使用的靈敏度為考慮多機平衡的靈敏度，根據經驗，系統中有大量的備用，足夠負荷增長的需要，換句話說，負荷在增長到一定程度時，支路早已越限，而此時系統中還有大量備用。
7)返回到步驟(2)-(6)，計算下一時刻的發電容量損失和負荷供應充裕度。
8)計算完所有時刻的發電容量損失和負荷供應充裕度後，進行結果展示，程序退出。
本發明的方法具有以下特點和功能 (1)能夠自動整合潮流計算數據，並進行潮流計算和靈敏度計算。
(2)計算所得發電容量損失，可以表徵在檢修模式下，由於發電設備檢修或者輸電設備檢修，造成的實際可用發電能力變化情況。
(3)計算所得負荷供應充裕度評估，可以表徵在檢修模式下，由於設備檢修，所造成的負荷供應充裕度變化情況。
本發明所達到的有益效果 本發明對檢修計劃編制，不管是日檢修計劃編制、月檢修計劃編制還是年檢修計劃編制，都可以進行初步的檢修計劃安排的安全性評估，通過分析安全評估結果，可以得出檢修計劃安排的建設性建議。如何安排檢修計劃，使系統運行不僅能夠滿足安全性的要求，還能夠兼顧系統經濟，一直是檢修計劃優化領域研究的問題。本發明提出的基於發電容量損失和負荷供應充裕度的檢修計劃安全評估方法從系統運行的經濟性和安全性兩個角度考慮，進行檢修模式下的系統的仿真計算，安全性評估，並針對可能出現的安全性問題，可以通過分析評估結果，得出輔助性的建議。本發明可以分析檢修模式下系統運行的安全隱患，指導檢修計劃安排的調整，對電網的安全穩定運行有著重要的意義。由於負荷預測、聯絡線計劃等計劃數據不是完整的潮流數據，所以把計劃數據，網絡拓撲數據等整合成潮流數據，並進行調整，獲得滿足運行要求的潮流是檢修計劃安全評估的重要部分，也是進行安全分析的前提。
本方法在實際電網數據下開展檢修計劃安全評估的研究和嘗試，摸索出一種在自動整合潮流數據的基礎上，進行檢修計劃安全評估的方法。本方法將網絡拓撲數據，計劃數據整合為潮流數據，形成完整潮流，在此基礎上進行潮流計算和靈敏度計算，利用計算結果進行分析，得出檢修模式下，系統的發電容量損失和負荷供應充裕度，安全評估所得結果有助於制定合理的檢修計劃，提高電網運行的安全性和經濟性。
由於本方法涉及的潮流計算和安全評估，都是自動計算，不需要大量人力的參與，計算速度也可以滿足需求，有效的解決了以往評估分析需大量人力，依靠經驗，效率低的弊病。
圖1是本發明檢修計劃安全評估分析計算流程圖。
具體實施例方式 下面是本發明的一個優選實施案例，包含了採用本發明方法的一個日檢修計劃編制的評估過程，它的特徵、目的和優點可以從實施例的說明中看出。
在日檢修計劃評估過程中，評估分24個時段進行，按照需評估的時刻順序，整理每一時段的檢修計劃，同時根據獲得的計劃數據和網絡拓撲數據進行潮流數據整合，然後根據預定的方案、運行極限約束等自動計算評估結果，直到所有時段評估完成為止。
本發明的檢修計劃評估主要包括兩個部分，一個是基於發電容量損失的評估，通過系統網絡拓撲計算發電機對所有支路的靈敏度，根據公式計算發電容量損失的歸一值；另一部分是基於負荷供應充裕度的評估，通過潮流計算結果、靈敏度計算結果和支路運行極限約束，計算母線負荷供應的充裕度。
(1)發電容量損失的計算 發電容量損失可以通過公式(1)計算得到。
如果機組在t時段檢修，則Sensii，t＝1，否則取0。機組可用容量的損失來自機組檢修的直接影響和線路、變壓器檢修的間接影響，每一類的影響都不超過機組額定容量，取二者之間的最大值。
發電容量損失的計算是首先分時段進行，得到24個發電容量損失值後，將24個時段計算結果相加，得到本次日檢修計劃編制的總的發電容量損失。另外，可以通過比較每個時段發電容量損失值的變化，和檢修計劃的變化作對比，可以分析得到每個檢修計劃，所引起的發電容量損失的變化的趨勢。
(2)負荷供應充裕度的計算 負荷供應充裕度的計算分24個時段進行，即每小時評估一個斷面。在已知基態潮流下，在每一時段考慮相應的待評估的檢修計劃，計算支路有功對負荷有功的靈敏度sensij，同時，通過潮流計算，計算支路在其熱穩定限值下，還能再增長多少出力，即Pmax-P，然後，根據公式(2)計算支路對負荷的有功靈敏度計算負荷最多還能增長多少功率Pijldmax。針對某一時段的某一負荷j，在考慮所有支路的影響後，計算所得的min{P1jldmax，P2jldmax……Pijldmax……}即為在相應檢修下負荷j能增長的最大功率，也即負荷的裕度。
因為靈敏度sensij反應了支路和負荷的相關性，相關性越大，sensij值就越大，而Pimax-Pi反應了支路的熱穩定裕度，也即能保證該支路運行在安全範圍內最大的有功功率上升空間，Pimax-Pi值越小，該支路的熱穩定裕度越小，也就造成和該支路相關性越大的負荷的充裕度Pijldmax值越小，因此公式能夠很好的反映檢修狀態下負荷供應充裕度的情況。
另外，由於要拉高支路潮流，以計算負荷的功率上升空間，根據實際系統運行的經驗，此功率的貢獻一般由系統內多臺機組提供，因此，此處使用的靈敏度為考慮多機平衡的靈敏度，根據經驗，系統中有大量的備用，足夠負荷增長的需要，換句話說，負荷在增長到一定程度時，支路早已越限，而此時系統中還有大量備用。
實際應用效果 本技術方案在某區域電網一體化檢修優化管理系統中得到應用。該電網包括五個省級電網。能夠從其他系統獲得省網拼接的大模型，及其相應的物理模型數據，網絡拓撲數據，系統負荷預測數據，聯絡線計劃等，通過數據整合形成該區域全網評估日的24個點的完整潮流數據。通過潮流計算和靈敏度分析，獲得檢修計劃安全評估所需的基礎數據，最後根據評估的公式計算獲得最終評估結果。
對計算結果進行分析，檢修計劃安全評估的結果符合實際情況。
本方法在實際電網數據下開展檢修計劃安全評估的研究和嘗試，摸索出一種基於發電容量損失和負荷供應充裕度評估的方法。該方法將網絡拓撲數據，計劃數據整合為潮流數據，並從參考潮流數據中提取缺失的數據，形成完整的潮流，同時還進行了基於網絡拓撲的靈敏度分析，根據靈敏度分析和潮流計算的結果，計算獲得發電容量損失和負荷供應充裕度。該方法不需要大量人力的參與，計算速度可以滿足實際應用的需要，有效地解決了傳統的檢修計劃安全評估需要大量人力，依靠經驗，效率低，安全性評估不準確的弊病，具有廣泛的推廣前景。
此處根據特定的示例性實施案例描述了本發明。對本領域的技術人員來說不脫離本發明範圍下進行適當的替換或修改是顯而易見的。示例性的實施案例僅僅是例證性的，而不是對本發明的範圍的限制，本發明的範圍由所附屬的權利要求定義。
權利要求
1.一種基於發電損失和負荷供應充裕度的檢修計劃安全評估方法，其特徵在於包括如下步驟
1)確定進行檢修評估的時刻，獲得各時刻檢修計劃的列表；
2)參與評估的系統運行方式採用正常態，首先將第一個時刻的檢修計劃布置到系統的網絡結構上去，進行網絡拓撲分析；
3)根據網絡拓撲分析結果計算所有發電機和母線負荷節點對所有支路的靈敏度；
4)獲取評估時刻的系統負荷預測值，根據經驗數據，按比例將系統負荷預測分配到母線負荷上，如果檢修評估能夠獲得母線負荷預測的結果，則直接使用該值；
5)根據系統負荷預測的值，加上2％的網損，減去相應的聯絡線計劃，獲得該時刻系統的總發電量，按照發電機額定容量比將總發電量分配到各個機組上；
6)發電和負荷分配好後，啟動潮流計算，獲得潮流計算結果後，結合步驟3)所得的靈敏度計算該時刻的發電容量損失和負荷供應充裕度；
7)返回到步驟2)-6)，計算下一時刻的發電容量損失和負荷供應充裕度；
8)計算完所有時刻的發電容量損失和負荷供應充裕度後，進行結果展示。
2.根據權利要求1所述的基於發電損失和負荷供應充裕度的檢修計劃安全評估方法，其特徵在於在所述步驟6)中，發電容量損失計算方法如下
變量Sensij，t作為t時段發電機Gi對檢修設備j的靈敏度參數，變量Pi為發電機Gi的額定功率，Ls，t為t時段系統總負荷，如果是發電機檢修，則Sensii，t＝1；如果是支路j檢修，則可以通過靈敏度計算得出發電機Gi對該支路的靈敏度Sensij，t。
發電容量損失可以通過如下公式計算得到
公式(1)
3.根據權利要求1所述的基於發電損失和負荷供應充裕度的檢修計劃安全評估方法，其特徵在於在所述步驟6)中，負荷供應充裕度指標計算方法如下
a)在已知基態潮流下，考慮評估時段相應的待評估的檢修計劃，計算支路有功對負荷有功的靈敏度sensij；
b)通過潮流計算，計算支路在其熱穩定限值下，還能再增長多少出力，即Pmax-P；
c)利用公式(2)根據支路對負荷的有功靈敏度計算負荷最多還能增長多少功率Pijldmax；
公式(2)
d)針對某一時段的某一負荷j，在考慮所有支路的影響後，計算所得的min{P1jldmax，P2jldmax.......Pijldmax......}即為在相應檢修下負荷j能增長的最大功率，也即負荷的裕度，
其中Pimax表示支路i的熱穩極限功率，Pi表示當前潮流的支路i的功率，sensij表示負荷j對支路i的靈敏度，Pijldmax表示在支路i的限制下，負荷j能增長的最大出力。
全文摘要
本發明屬於電力系統檢修計劃評估與優化領域，涉及一種基於發電損失和負荷供應充裕度的檢修計劃安全評估的方法。包括下列步驟首先將網絡拓撲數據，計劃數據整合為潮流數據，並從參考潮流數據中提取缺失的數據，形成完整的潮流，同時還進行了基於網絡拓撲的靈敏度分析，根據靈敏度分析和潮流計算的結果，計算獲得發電容量損失和負荷供應充裕度，其中，基於發電容量損失的評估是通過系統網絡拓撲計算發電機對所有支路的靈敏度，根據公式計算發電容量損失的歸一值；基於負荷供應充裕度的評估是通過潮流計算結果、靈敏度計算結果和支路運行極限約束，計算母線負荷供應的充裕度。採用本發明的方法，解決了即有方法存在的問題。
文檔編號H02J3/00GK101764406SQ200910264868
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月24日 優先權日2009年12月24日
發明者謝麗榮, 環加飛, 楊爭林, 張淳, 張勇, 胡勁 申請人:國電南瑞科技股份有限公司, 華北電網有限公司