[发明专利]一种海上油田群电网紧急控制的在线预决策方法

摘要

本发明涉及一种海上油田群电网紧急控制的在线预决策方法，其步骤为：正常运行，EMS系统对实际电网进行实时监控并按预先设定的时间间隔定期采集系统当前运行参数信息，将电网参数提供给紧急控制系统；根据系统当前运行参数进行状态估计，得到当前的运行方式参数，包括各状态变量的值，判断运行参数是否有刷新，如果有刷新则生成紧急控制系统控制策略表；实时检测系统是否发生扰动和故障，若未发生则系统继续正常运行，返回第一步；若发生故障则判断扰动和故障类型，继续执行下一步；在控制策略表中寻找匹配的控制策略；执行紧急控制策略，并实时检测系统运行状态；在系统经过渡过程回到稳定运行时，本次紧急控制结束返回第一步。本发明能在海上油气田生产和电网控制领域中广泛应用。

主权项

一种海上油田群电网紧急控制的在线预决策方法，其包括以下步骤：1）系统正常运行，EMS系统对实际电网进行实时监控并按预先设定的时间间隔定期采集系统当前运行参数信息，将电网参数提供给紧急控制系统；2）根据系统当前运行参数进行状态估计，得到当前的运行方式参数，包括各状态变量的值，判断运行参数是否有刷新，如果有刷新则生成紧急控制系统控制策略表；紧急控制系统控制策略表生成方法如下：（1）建立紧急控制在线预决策的数学模型： min Σ i = 1 N m ω Ci M i s . t . Σ i = 1 N Gon P gi max - Σ i = 1 N D P Di - ϵ P ≥ 0 P Gi - P Di - e i Σ j = 1 N D ( G ij e j - B ij f j ) - f i Σ j = 1 N D ( G ij f j + B ij e j ) = 0 i = 1 , . . . , N D Q Gi - Q Di - f i Σ j = 1 N D ( G ij e j - B ij f j ) + e i Σ j = 1 N D ( G ij f j + B ij e j ) = 0 i = 1 , . . . , N D ( G ij 2 + B ij 2 ) [ ( e i e j + f i f j - e i 2 - f i 2 ) 2 + ( f i e j - e i f j ) 2 ] ≤ S ij max 2 i = 1 , . . . , N D V i min 2 ≤ e i 2 + f i 2 ≤ V i max 2 i = 1 , . . . , N D u i ∈ { 0,1 } i = 1 , . . . , N m ; 其中，ui为采取的第i个措施；ωCi为采取措施i所需付出的代价；Nm为决策量的维数，Pgimax表示发电机i的最大有功出力，εP表示修正值；NGon表示故障后在线的发电机机组数；ND表示系统的节点数；PGi为节点i注入的发电有功功率；PDi为节点i的负载有功功率；QGi为节点i注入的发电无功功率；QDi为节点i的负载无功功率；Gij为节点i和节点j间的互电导；Bij为节点i和节点j间的互电纳；Vimin、Vimax分别表示节点i电压幅值的下限和上限；NL为系统支路数；Sijmax为节点i和节点j直接交换功率的最大值，ei和fi分别表示状态变量在节点i的横分量和纵分量；（2）将步骤（1）中的数学模型进行分解简化，其步骤如下：第一步、判断当前负荷下，系统能否稳定；当系统发生故障后，判断在不切除负荷的情况下，是否满足以下约束条件： P Gi - P Di - e i Σ j = 1 N D ( G ij e j - B ij f j ) - f i Σ j = 1 N D ( G ij f j + B ij e j ) = 0 i = 1 , . . . , N D Q Gi - Q Di - f i Σ j = 1 N D ( G ij e j - B ij f j ) + e i Σ j = 1 N D ( G ij f j + B ij e j ) = 0 i = 1 , . . . , N D ( G ij 2 + B ij 2 ) [ ( e i e j + f i f j - e i 2 - f i 2 ) 2 + ( f i e j - e i f j ) 2 ] ≤ S ij max 2 i = 1 , . . . , N L V i min 2 ≤ e i 2 + f i 2 ≤ V i max 2 i = 1 , . . . , N D , 若该约束方程有解，则系统能达到稳定；若该约束方程无解，则进入下一步；第二步、计算系统需要切除的负荷量的限制条件，求得所需切负荷量的约束条件为： P ΣLoad - Σ i = 1 N Gon P gi max + ϵ P ≤ ΔP D ≤ P Σ D max , 式中，PΣLoad代表在切负荷措施前系统的总有功负荷，ΔPD表示所需切掉的负荷量；Pgimax表示发电机i的最大有功出力；PΣDmax为可切负荷的总量；第三步、通过上一步得出的切负荷量的限制，在可切负荷的范围内，寻找满足切负荷量限制的组合，即求解以下模型： min Σ i = 1 N m ω Ci u i s . t . P ΣLoad - Σ i = 1 N Gon P Gi + ϵ P ≤ ΔP D ≤ P Σ D max , 式中，ui为采取的第i个措施；由此得到满足切负荷量约束的最小代价的切负荷组合，该组合是一种或多种；若最终求出一种或多种组合，则置负荷表的标识flag＝1，若无切除任何满足切负荷量约束条件的切负荷组合，则置负荷表的标识flag＝0；第四步、对第三步求得的结果进行判断，若flag＝0，则表示不存在使系统恢复稳定的可切负荷组合，需要输出报警信息；若flag＝1，则继续进行计算，搜索最优控制策略；并重新返回第三步，将模型变为： min Σ i = 1 N m ω Ci u i s . t . Δ P D max + P D min ≤ ΔP D ≤ P Σ D max u i ∈ { 0 , 1 } , i = 1 , . . . , N m , 继续寻找可能的切负荷组合表；PDmin为可切负荷的最小值；ΔPDmax为所有被切负荷组合的最大值；（3）由最优控制策略生成紧急控制在线预决策策略表：若收到了参数刷新的信号，则应该生成新的策略表，若未收到参数刷新的信号，则策略表保持不变；3）实时检测系统是否发生扰动和故障，若未发生则系统继续正常运行，返回步骤1）；若发生故障则判断扰动和故障类型，继续执行下一步；4）在控制策略表中寻找匹配的控制策略；5）执行紧急控制策略，并实时检测系统运行状态；6）在系统经过渡过程回到稳定运行时，本次紧急控制结束，返回步骤1）。