PDF《大停电后发电机启动顺序优化方法》

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7 大停电后发电机启动顺序优化方法 刘崇茹1 ,邓应松2 ,卢恩3 ,李扬絮3 ,王宁3 ,龙霏3 ( 1. 华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室,北京市

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2 2

0 6;

2. 广东电网公司电力科学研究院,广东省广州市

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0 0

8 0;

3. 广东电网电力调度控制中心,广东省广州市

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0 6

0 0 ) 摘要:大停电后电力系统恢复初期发电机的启动顺序对恢复进程有重要影响.针对现有发电机排 序方法中存在的优化目标不一致和重复计算等问题, 提出基于迪杰斯特拉算法的发电机启动顺序 优化方法.改进支路权值, 建立优先级指标, 综合考虑支路权值以及发电机启动功率和爬坡率对发 电机进行排序.采用避免回溯的计算方法, 改进迪杰斯特拉算法调用逻辑, 避免重复调用迪杰斯特 拉算法, 有效减少计算量.以I E E E3 9节点系统为例, 验证了所提方法的优越性. 关键词:电力系统恢复;

发电机排序;

迪杰斯特拉算法;

优先级指标;

避免回溯 收稿日期:

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3 1;

修回日期:

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0 4 -

2 8. 广东电网公司科技项目( K - G D

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3 ) .

0 引言 按照不同的优化目标, 可将大停电后系统恢复 过程 分为黑启动、 网架重构和负荷恢复3个阶段[

1 - 5] .黑启动阶段是指由黑启动电源向无自启动 能力的机组提供启动功率, 使其重新并入电网, 恢复 发电能力[

6 ] ;

网架重构阶段是指确定目标节点的送 电路径, 形成具备较强发电能力的系统[ 7] ;

负荷恢复 阶段[ 8] 是指在系统频率和电压允许范围内尽快恢复 负荷.3个阶段之间通常交替进行, 没有严格的分 界线.系统发生大停电后, 发电机的启动是后续恢 复过程的基础.发电机的启动顺序将影响系统恢复 时间, 甚至关系到系统恢复的成败[ 1,

9 -

1 4 ] . 国内外在发电机启动顺序的优化方面已经开展 了大量的研究工作.文献[ 1] 提出了火力发电机启 动排序时需要遵循的若干原则, 指出发电机启动排 序的重要性.文献[

1 0 -

1 4] 以系统恢复过程中系统 发电量或负荷恢复量最大为目标, 采用数学优化方 法对发电机启动顺序进行优化.迪杰斯特拉算法作 为典型的最短路算法, 在发电机启动排序研究中得 到广泛应用.目前基于迪杰斯特拉算法的发电机启 动排序研究的通常做法[

1 3,

1 5] 为: 首先选择待启动目 标区域;

然后采用深度优先等对区域中待启动的发 电机进行筛选, 确定目标发电机;

接着搜索目标发电 机的最优送电路径;

当送电方案校验不合格时, 则需 要重新选择目标发电机并调用迪杰斯特拉算法, 搜 索新目标发电机的最优送电路径;

倘若所有待启动 发电机都找不到合格的送电方案, 则回溯至上一台 成功的发电机;

如此反复, 直至确定所有发电机的启 动顺序及其最优送电路径.该做法存在2个问题: 一是目标发电机的选择和最优送电路径的选择各自 独立, 会造成所选目标发电机及其送电路径不一定 最优.例如按照 A 原则选出发电机, 又按照 B原则 寻找其最优送电路径, 则结果可能既不是 A 原则最 优也不是 B 原则最优, 更不是二者多目标最优;

二 是针对单目标节点计算最短加权路径, 极大地降低 了迪杰斯特拉算法的效率.迪杰斯特拉算法是典型 的基于网络拓扑和支路权值的单源最短路算法, 用 于计算 一个节点到其他所有节点的最短加权路径[

1 6] .也就是说, 执行一次迪杰斯特拉算法就可以 得到起点到所有节点的最短加权路径及相应的权 值, 因此, 在网络结构不变的情况下没有必要针对每 一个目标节点都调用一次迪杰斯特拉算法搜索其最 短加权路径;

且稍加改进, 就可以扩展到多起点到多 目标之间最短加权路径的搜索和计算. 本文提出一种基于迪杰斯特拉算法的发电机启 动排序方法, 以恢复时间最短为目标, 通过改进支路 权值, 建立综合优先级指标, 统一发电机和送电路径 的寻优过程;

充分利用迪杰斯特拉算法的计算结果, 减少算法调用次数;

采用避免回溯策略, 减少为所有 发电机提供启动功率所需的时间.

1 发电机启动顺序优化模型 1.

1 支路权值 迪杰斯特拉算法是基于网络拓扑和支路权值的 最短路算法, 支路权值的设置对算法的实施至关重 要.该算法是一种局部寻优的路径搜索方法, 要求 支路的权值为非负.如果支路权值为0, 表示该支 路具有最高启动优先级. ―

5 5 ― 第37卷第18期2013年9月25日Vol.37No.18Sept.25,

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1 3 为了在一定程度上保证送电路径的全局最优 性, 并解决多起点多目标之间最短加权路径的搜索 和计算, 本文做出如下处理.

1 ) 如果系统中存在多个黑启动电源, 则可能会 出现多个孤立带电网络的情况.为了得到多起点到 所有待启动发电机的最优送电路径, 在各个黑启动 电源节点之间增加权值为0的虚拟支路.并且当某 个已经启动的发电机已经成功开始带负荷过程, 具 备出力调节能力时, 则在该发电机和黑启动电源之 间增加权值为0的虚拟支路[

1 7 ] .这样能够充分利 用黑启动电源和已经启动的发电机的带电能力, 同 时计算全网所有待启动发电机的最优送电路径.

2 ) 对已经带电的支路, 将其权值设置为未带电 时权值的十分之一, 而不设置为0或一个接近于0 的极小正数[

1 8 ] .尽管充电后的支路直接连接了其 首末端节点, 搜索送电路径时, 虽然权值小于未充电 线路, 但并不能简单视为权值为0或接近于0的支 路, 因为非电源节点带电后其电压调节能力并不能 与电源节点等价.因此, 为了描述这种带电能力的 差别, 本文将充电后的支路权值修改成其未带电时 的十分之一, 进而避免多条带电支路组成的路径优 于一条未带电支路组成的路径, 即避免了因远距离 送电增加的网络损耗和因无功不平衡产生的对系统 恢复的不利影响. 需要指出的是, 在实际恢复操作中, 变压器的恢 复是在厂站中完成的, 现有文献也是将其纳入节点 内部恢复的范畴.然而, 在潮流计算和功率流分析 中, 变压器必须作为支路处理.由于本文在校验恢 复路径和启动方案的可行性时采用原对偶内点法, 其等式约束条件即为节点功率平衡方程, 因此在送 电路径选择和优化时将变压器作为支路处理. 对系统恢复过程进行分析, 可得如下结论.

1 ) 与输电线路相比, 经过变压器需要进行较为 复杂的操作: 首先要检查变压器的保护系统和外观, 项目检查通过后, 还需进行冲击合闸试验, 因此变压 器支路的启动时间常常大于输电线路的启动时间.

2 ) 系统恢复控制操作过程中需给线路充电, 由 于线路充电电容的存在, 将产生大量的无功功率, 导 致某些节点的电压水平过高;

线路的充电功率会延 长系统恢复时间, 因此充电功率小的线路优先于充 电功率大的线路;

高压电抗器的投入有助于消耗过 剩的无功功率, 加快系统恢复, 因此往往在投入线路 时一并投入线路上的高压电抗器[

7 ] . 文献[

1 3 ] 将线路权值取为考虑高压电抗器或低 压电........