[发明专利]基于两层规划的电力系统N-K故障分析方法

说明书

本发明基于两层规划的电力系统N‑K故障分析方法涉及电力系统的故障分析。括如下步骤：上层问题；建立直流潮流条件下的数学模型，确定上层问题目标函数；在故障重数给定的条件下，获得能够引起电网切负荷量最大的故障组合；下层问题；针对步骤1）上层问题决策的故障组合，模拟电网事故后的运行情况，在满足电网各类运行约束的条件下，通过调整发电机组输出功率最小化电网切负荷量确定；当上层问题目标函数值等于各故障组合所引起电网最小切负荷量中的最大值时，即得出引起电网切负荷最大的故障组合。完备考虑了电网运行约束，计及了电网事故后再校正过程，符合电网运行实际。

技术领域

本发明基于两层规划的电力系统N-K故障分析方法涉及电力系统的故障分析。

背景技术

电力系统N-K故障分析是电力系统规划和运行中的常用手段，用以校验当系统中K个元件停运后系统运行状态是否在允许的安全范围内。K的取值一般为1~2，即常见的N-1或N-2校验。近年来发生的国内外大停电事故表明，加强对电网中严重N-K故障（K≥2）的分析，识别和预防连锁故障，对于保证大电网安全可靠运行具有十分重要的意义。

传统的电力系统N-K故障分析需要对预想事故集中可能出现的事故进行组合遍历。对于每一种故障组合，在分析中首先假设组合中的元件处于强迫停运状态，在此基础上进行电网拓扑分析和潮流计算。若出现线路潮流约束或母线电压越限，还需要通过调整发电机组输出功率、发电厂母线电压等手段进行安全校正操作。安全校正过程一般是以切负荷量最小、调整时间最短等为目标。若最终在某些故障组合下出现切负荷的情况，则说明当前电网运行方式无法满足N-K校验的要求，一般需要对发电方式或网架结构进行适当的调整。

目前电力系统N-K故障分析一般是采用组合遍历的方式，然而随着系统元件数量和分析故障重数的增加，故障组合的数量将呈指数级增长，日趋难以满足大电网分析计算的需要。为提高电力系统N-K故障分析的计算效率，近年来学者们开展了大量研究。（易强，万书鹏，彭辉，等. 调度与变电站一体化系统远程维护安全防护设计[J].江苏电机工程，2015，34(1)，40—42,46.）在计算中采用了因子表附加链技术和动态网络接线分析方法，能够较好的保证计算精度和速度。（张煦，张向伍.计及设备故障检修的电网可靠性与经济性分析[J].江苏电机工程，2016，35(2)，60—64.）利用导纳矩阵的稀疏性，并结合矩阵部分重新因子化法和快速前代等技术，有效减少了不必要的计算，节省了计算时间。为快速确定故障后发电机组输出功率再调整量和切负荷量，（丁平, 李亚楼, 徐得超,等. 电力系统快速静态安全分析的改进算法[J]. 中国电机工程学报, 2010, 30(31):77-82.）提出了一种基于交流灵敏度的反向等量配对调整法，具有计算效率高、实用性强的优点。此外，并行计算技术在该领域也得到了应用。（何洋, 洪潮, 陈昆薇. 稀疏向量技术在静态安全分析中的应用[J]. 中国电机工程学报, 2003, 23(1):41-44.）通过直流潮流进行开断故障的快速扫描，并将多个时段的计算任务分配到不同的计算进程，对于单时段内的分析计算采用多线程并行计算的方式，有效提高了整体计算速度。（李海涛, 孙闻, 赵兵,等. 基于交流灵敏度的在线安全控制策略[J]. 电力系统及其自动化学报, 2012, 24(1):32-36.）充分利用N-K故障分析问题的时空弱耦合特征，对于大规模电网采用分区并行计算，对于多时段的静态安全校核采用分时段并行计算，具有较高的计算效率。

上述研究对于提高电力系统N-K故障分析的计算效率，取得了一定的成效，但是仍没有摆脱组合遍历的框架。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供一种基于两层规划的电力系统N-K故障分析方法，将求取N-K故障分析中最严重故障的问题描述成两层规划模型，借助最优化原理，通过寻优方式确定故障组合，以期减少传统组合遍历方式的计算量。

本发明是采取以下技术方案实现的：

基于两层规划的电力系统N-K故障分析方法，包括如下步骤：

1）上层问题