本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種考慮發(fā)電機(jī)組恢復(fù)時(shí)間模型的電網(wǎng)快速恢復(fù)方法。

背景技術(shù)：

大規(guī)模的電網(wǎng)互聯(lián)是世界范圍內(nèi)電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展迅猛，電力負(fù)荷急劇增加，超、特高壓交流和直流輸電線路建成投運(yùn)，電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性也變得越來越復(fù)雜。正是由于電力系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)特性和電力的公用性，電網(wǎng)事故傳播速度快、影響范圍大，而且后果嚴(yán)重。大面積停電事故一旦發(fā)生，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)建設(shè)和人民群眾的生活秩序?qū)⑹艿絿?yán)重影響，帶來的不僅僅是巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)危害社會(huì)的和諧穩(wěn)定發(fā)展。

雖然大面積的停電事故是不能完全避免的，但是加強(qiáng)對(duì)大停電后電網(wǎng)的恢復(fù)研究是很有意義的，制定詳細(xì)且契合實(shí)際的恢復(fù)計(jì)劃，能夠最大程度上減少停電事故帶來的經(jīng)濟(jì)損失。目前國(guó)內(nèi)外的許多學(xué)者對(duì)電網(wǎng)的恢復(fù)過程做了大量的研究，并根據(jù)系統(tǒng)恢復(fù)過程的時(shí)間節(jié)點(diǎn)和恢復(fù)操作目標(biāo)的不同，將恢復(fù)過程分為了三個(gè)階段：準(zhǔn)備階段、網(wǎng)架恢復(fù)階段和負(fù)荷恢復(fù)階段。其中，恢復(fù)過程中的重點(diǎn)是網(wǎng)架恢復(fù)階段，主要是指系統(tǒng)開始恢復(fù)后的第2到第8小時(shí)，主要目的是通過在事故后殘存的孤網(wǎng)或具備自啟動(dòng)能力的黑啟動(dòng)機(jī)組，選擇最優(yōu)的送電路徑，對(duì)不具備自啟動(dòng)能力的機(jī)組進(jìn)行送電，使發(fā)電機(jī)帶電及并網(wǎng)，在這個(gè)過程中投入適當(dāng)?shù)呢?fù)荷以維持系統(tǒng)的頻率和電壓穩(wěn)定，最終形成能夠穩(wěn)定運(yùn)行的基本網(wǎng)架。而負(fù)荷恢復(fù)階段是在電網(wǎng)形成基本網(wǎng)架后，以快速恢復(fù)所有負(fù)荷為目的的將所有失電的區(qū)域重新帶電。因此，從數(shù)學(xué)角度來看電力系統(tǒng)恢復(fù)是一個(gè)多目標(biāo)、多約束、非線性、多階段的數(shù)學(xué)問題。

網(wǎng)架恢復(fù)階段的整體目標(biāo)是安全、快速地恢復(fù)所有的失電發(fā)電機(jī)，形成足夠穩(wěn)定的主網(wǎng)網(wǎng)架。其中涉及的主要問題要：發(fā)電機(jī)啟動(dòng)順序的確定、目標(biāo)發(fā)電機(jī)送電路徑的最優(yōu)選擇、目標(biāo)函數(shù)的確定、約束條件的限定及計(jì)算效率的最優(yōu)化等。

在現(xiàn)有黑啟動(dòng)策略的制定過程中，發(fā)電機(jī)采用的多為統(tǒng)一模型，但是在實(shí)際電網(wǎng)中，發(fā)電機(jī)類型眾多，從所利用資源的不同上分類，包括火電機(jī)組、水電機(jī)組及核電機(jī)組等。從啟動(dòng)特性上分類包括黑啟動(dòng)機(jī)組、不具備其啟動(dòng)能力的機(jī)組、以及具備fcb能力的機(jī)組，其中常見的黑啟動(dòng)機(jī)組包括水電機(jī)組、小部分火電機(jī)組，而具備fcb功能的機(jī)組是指發(fā)電機(jī)具備在電網(wǎng)發(fā)生大事故后，機(jī)組主動(dòng)與電網(wǎng)解列，甩去大部分負(fù)荷，并帶廠用電孤網(wǎng)運(yùn)行，當(dāng)電網(wǎng)事故解除后又能快速并網(wǎng)進(jìn)行功率輸出。由于系統(tǒng)內(nèi)機(jī)組種類的繁雜，及功能的提升，單一的采用統(tǒng)一發(fā)電機(jī)模型勢(shì)必會(huì)造成結(jié)果的不合理，影響電網(wǎng)恢復(fù)過程的效率，甚至?xí)斐呻娋W(wǎng)恢復(fù)的失敗，造成二次沖擊。

因此，建立詳細(xì)的發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間模型，考慮送電路徑的啟動(dòng)時(shí)間，并且設(shè)置以恢復(fù)時(shí)間最短為目標(biāo)函數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)在最短的恢復(fù)操作時(shí)間內(nèi)，在安全穩(wěn)定的前提下，最大程度上提高系統(tǒng)的負(fù)荷恢復(fù)量。

本發(fā)明很好的解決了系統(tǒng)在大停電事故后，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)時(shí)間模型不精確帶來的方案不合理的問題，通過建立了詳細(xì)的發(fā)電機(jī)恢復(fù)時(shí)間模型，并考慮送電路徑的時(shí)間模型，得到一套高效的動(dòng)態(tài)發(fā)電機(jī)排序方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及一種考慮發(fā)電機(jī)組恢復(fù)時(shí)間模型的電網(wǎng)快速恢復(fù)方法，包括如下步驟：

步驟1：建立計(jì)及發(fā)電機(jī)組狀態(tài)的詳細(xì)發(fā)電機(jī)時(shí)間模型以及確定作為黑啟動(dòng)電源的發(fā)電機(jī)組；

步驟2：建立支路啟動(dòng)時(shí)間模型，在考慮支路的啟動(dòng)時(shí)間的前提下，加入支路的充電功率、高壓電抗器容量來表征無功功率對(duì)高壓線路充電的影響；

步驟3：通過改進(jìn)的迪杰斯特拉算法搜索出所有發(fā)電機(jī)的最優(yōu)啟動(dòng)路徑，然后對(duì)所有未啟動(dòng)的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行排序，確定目標(biāo)發(fā)電機(jī)；

步驟4：設(shè)置目標(biāo)函數(shù)，以已啟動(dòng)的發(fā)電機(jī)中所需調(diào)節(jié)時(shí)間最長(zhǎng)的那一臺(tái)相較于其它方案時(shí)間最短為目標(biāo)；

步驟5：利用原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)最優(yōu)潮流算法求解目標(biāo)函數(shù)，若結(jié)果收斂，則表示目標(biāo)發(fā)電機(jī)可以啟動(dòng)；

步驟6：發(fā)電機(jī)啟動(dòng)路徑的暫態(tài)校驗(yàn)，包括自勵(lì)磁和過電壓校驗(yàn)；

步驟7：將剛剛啟動(dòng)的發(fā)電機(jī)組從未啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組中刪除，并將帶電輸電線路的權(quán)重值修改為原來的五分之一，并增加已啟動(dòng)發(fā)電機(jī)之間的虛擬支路，然后重復(fù)步驟3-7；

步驟8：根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)的不同選擇最終的啟動(dòng)方案。

發(fā)電機(jī)組包括具備自啟動(dòng)能力的機(jī)組、不具備自啟動(dòng)能力的機(jī)組和具備fcb功能的機(jī)組，所述具備自啟動(dòng)能力的機(jī)組包括水電機(jī)組和部分火電機(jī)組。

水電機(jī)組在系統(tǒng)恢復(fù)階段的啟動(dòng)時(shí)間模型為：

pg(t)＝min<kr·max{[t-(tctp-tstart)],0},c>(1)

tstart是機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)刻，tctp是指機(jī)組從啟動(dòng)到開始爬坡向外界輸送功率的時(shí)間，kr是機(jī)組的最大爬坡率，pmax是機(jī)組的最大出力，c是機(jī)組的容量。

具備自啟動(dòng)能力的火電機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)間模型為：

pg(t)＝min<k·max{[t-(tctp-tstart)]，0}，c>-r·u[t-(tctp-tstart)](2)

其中，tstart是機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)刻，tctp是指機(jī)組從啟動(dòng)到開始爬坡向外界輸送功率的時(shí)間，k是發(fā)電機(jī)組出力的爬坡率；c是機(jī)組的容量，u(t)為單位階躍函數(shù)，r為發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)容量。

具有fcb功能的發(fā)電機(jī)組在系統(tǒng)恢復(fù)階段的啟動(dòng)時(shí)間模型為：

pg(t)＝p0(t)+kfcb[t-(tctp-tstart)](4)

其中，p0(t)為廠用電功率，kfcb為火電機(jī)組爬坡率，tstart是機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)刻，tctp是指機(jī)組從啟動(dòng)到開始爬坡向外界輸送功率的時(shí)間。

普通火電機(jī)組的恢復(fù)階段啟動(dòng)時(shí)間模型與具備自啟動(dòng)能力的火電機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)間模型相同，不過在此基礎(chǔ)上根據(jù)汽輪機(jī)缸溫的不同，其機(jī)組的準(zhǔn)備時(shí)間也會(huì)有所變化。

在步驟2中，在支路的恢復(fù)時(shí)間模型中不僅僅考慮了時(shí)間權(quán)重值，也考慮了線路充電電容和高壓電抗器的對(duì)線路恢復(fù)的影響，采用的線路恢復(fù)時(shí)間模型為：

wi＝mti+(qci-qli)(5)

式中

wi——支路i的權(quán)重值；

ti——支路i的啟動(dòng)時(shí)間權(quán)重；

m——時(shí)間權(quán)重比例系數(shù)，為一個(gè)適當(dāng)?shù)恼麛?shù)，以保證輸電線路的啟動(dòng)時(shí)間小于變壓器；

qci——支路i的充電功率標(biāo)幺值；

qli——高壓電抗器容量標(biāo)幺值；

改進(jìn)的迪杰斯特拉算法采用了父節(jié)點(diǎn)向量，避免了在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和支路的權(quán)重不變的情況下，反復(fù)調(diào)用迪杰斯特拉算法的問題；將電網(wǎng)已經(jīng)啟動(dòng)的多個(gè)電源節(jié)點(diǎn)等效成一個(gè)節(jié)點(diǎn)，也就是在各個(gè)恢復(fù)供電的電源之間增加權(quán)重值為0的虛擬支路；將已經(jīng)帶電的輸電線路的支路權(quán)重值設(shè)置為原來的五分之一。

在步驟3中對(duì)所有發(fā)電機(jī)進(jìn)行排序，確定目標(biāo)發(fā)電機(jī)的具體方法為：

計(jì)算與發(fā)電機(jī)性能相關(guān)的權(quán)重因子gk，

gk＝sk/rk(6)

式中，k為目標(biāo)發(fā)電機(jī)；sk為目標(biāo)發(fā)電機(jī)k的啟動(dòng)容量標(biāo)幺值；rk為目標(biāo)發(fā)電機(jī)的爬坡率標(biāo)幺值；sk越小、rk越大則發(fā)電機(jī)對(duì)后續(xù)恢復(fù)過程的潛在貢獻(xiàn)越大；

計(jì)算待啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組的優(yōu)先級(jí)指標(biāo)

pk＝dk+gk(7)

式中，dk表示目標(biāo)發(fā)電機(jī)k對(duì)應(yīng)的最短路徑的權(quán)重值；dk、gk分別經(jīng)過線性歸一化；發(fā)電機(jī)的優(yōu)先級(jí)指標(biāo)pk值越小，其優(yōu)先級(jí)越高。

在步驟4中，假設(shè)已經(jīng)有m臺(tái)發(fā)電機(jī)成功啟動(dòng)，那么，啟動(dòng)第m+1臺(tái)發(fā)電機(jī)時(shí)，目標(biāo)函數(shù)為：

其中，pk為第k臺(tái)發(fā)電機(jī)待求有功功率，為當(dāng)前第k臺(tái)發(fā)電機(jī)有功功率，|·|表示取絕對(duì)值，tk表示第k臺(tái)發(fā)電機(jī)所需的調(diào)節(jié)時(shí)間，rpk表示第k臺(tái)發(fā)電機(jī)的爬坡率，優(yōu)化目標(biāo)是使所有已經(jīng)帶電的發(fā)電機(jī)中，所需爬坡時(shí)間最長(zhǎng)的發(fā)電機(jī)的爬坡時(shí)間最小。

在步驟6中，所述自勵(lì)磁和過電壓校驗(yàn)的自勵(lì)磁判據(jù)如下：

xc>xd或

其中xc表示線路容抗，xd為直軸電抗，xq為交軸電抗，x'd為直軸暫態(tài)電抗。

步驟8中的優(yōu)化目標(biāo)包括：開關(guān)數(shù)、支路充電時(shí)間、支路充電無功功率和支路充電時(shí)間權(quán)重+支路充電無功功率-高壓電抗器容量。

本發(fā)明的效果在于，將電網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)根據(jù)其啟動(dòng)的特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分類，并分別建立相對(duì)應(yīng)的時(shí)間模型，充分考慮了fcb機(jī)組對(duì)自愈過程的促進(jìn)作用，是黑啟動(dòng)方案更加快速合理，幫助運(yùn)行規(guī)劃人員正確地決策分析。同時(shí)降低自愈過程中發(fā)生二次事故的風(fēng)險(xiǎn)，更加完善了自愈方案。

附圖說明

圖1為水電機(jī)組在系統(tǒng)恢復(fù)階段的模型；

圖2為普通火電機(jī)組在系統(tǒng)恢復(fù)中的模型；

圖3為fcb機(jī)組在系統(tǒng)恢復(fù)中的模型；

圖4為機(jī)組停機(jī)后汽輪機(jī)的缸溫下降曲線；

圖5為發(fā)電機(jī)組的自勵(lì)磁區(qū)域；

圖6為改進(jìn)后的迪杰斯特拉算法流程圖；

圖7為發(fā)電機(jī)啟動(dòng)順序優(yōu)化方法流程圖；

圖8為ieee-30節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)；

圖9為廣東電網(wǎng)原有的黑啟動(dòng)方案；

圖10為根據(jù)本發(fā)明方法得到的黑啟動(dòng)方案。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。

一種考慮發(fā)電機(jī)組恢復(fù)時(shí)間模型的電網(wǎng)快速恢復(fù)方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：建立計(jì)及機(jī)組狀態(tài)的詳細(xì)發(fā)電機(jī)時(shí)間模型以及確定作為黑啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組；

步驟2：建立支路啟動(dòng)時(shí)間模型，在考慮支路的啟動(dòng)時(shí)間的前提下，加入支路的充電功率、高壓電抗器容量來表征無功功率對(duì)高壓線路充電的影響；

步驟3：通過改進(jìn)的迪杰斯特拉算法搜索出所有發(fā)電機(jī)的最優(yōu)啟動(dòng)路徑，然后對(duì)所有未啟動(dòng)的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行排序，確定目標(biāo)發(fā)電機(jī)；

步驟4：設(shè)置目標(biāo)函數(shù)，以已啟動(dòng)的發(fā)電機(jī)中所需調(diào)節(jié)時(shí)間最長(zhǎng)的那一臺(tái)相較于其它方案時(shí)間最短為目標(biāo)；

步驟5：利用原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)最優(yōu)潮流算法求解目標(biāo)函數(shù)，若結(jié)果收斂，則表示目標(biāo)發(fā)電機(jī)可以啟動(dòng)；

步驟6：發(fā)電機(jī)啟動(dòng)路徑的暫態(tài)校驗(yàn)，包括自勵(lì)磁和過電壓校驗(yàn)；

步驟7：將剛剛啟動(dòng)的發(fā)電機(jī)組從未啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組中刪除，并將帶電輸電線路的權(quán)重值修改為原來的五分之一，并增加已啟動(dòng)發(fā)電機(jī)之間的虛擬支路，然后重復(fù)步驟3-7；

步驟8：根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)的不同選擇最終的啟動(dòng)方案。

本發(fā)明根據(jù)發(fā)電機(jī)自身的啟動(dòng)特點(diǎn)將其分為三類：具備自啟動(dòng)能力的機(jī)組，主要包括水電機(jī)組和部分火電機(jī)組；不具備自啟動(dòng)能力的機(jī)組；具備fcb功能的火電機(jī)組。

1)對(duì)于水電機(jī)組來說，在電網(wǎng)大面積停電后，機(jī)組的黑啟動(dòng)有兩種情況可選擇。一是有電源電站或柴油發(fā)電機(jī)組的電站，它是利用電源電站或者柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電，提供電力啟動(dòng)機(jī)組。二是沒有備用電源的電站，它一般是利用電站自身的儲(chǔ)存能量進(jìn)行水電機(jī)組的黑啟動(dòng)。一般來講，所有發(fā)電廠機(jī)組的啟動(dòng)都需要一定的啟動(dòng)電能的供應(yīng)。水電廠的廠用電相當(dāng)小，僅為電廠最大負(fù)荷的0.1％～1％。

由以上分析可知，對(duì)于水電機(jī)組而言，可以對(duì)其在系統(tǒng)恢復(fù)階段的啟動(dòng)時(shí)間模型如下所示：

pg(t)＝min<kr·max{[t-(tctp-tstart)]，0},c>(1)

tstart是機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)刻，tctp是指機(jī)組從啟動(dòng)到開始爬坡向外界輸送功率的時(shí)間，kr是機(jī)組的最大爬坡率，pmax是機(jī)組的最大出力，c是機(jī)組的容量。根據(jù)實(shí)際情況，當(dāng)機(jī)組在達(dá)到最小出力之前，其輸出不能穩(wěn)定在某一輸出值，只能持續(xù)爬坡，該模型如圖1所示。

2)在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的操作環(huán)境下，各類火力發(fā)電廠可以通過輸電系統(tǒng)或配電系統(tǒng)獲得所需的啟動(dòng)電能。在電力系統(tǒng)發(fā)生崩潰瓦解的全黑事故的緊急狀態(tài)下，一部分具有黑啟動(dòng)能力的發(fā)電機(jī)組通過安裝在特定位置的補(bǔ)助發(fā)電設(shè)備獲得所需的啟動(dòng)電能。而其余的無黑啟動(dòng)能力的機(jī)組，則需要在黑啟動(dòng)機(jī)組啟動(dòng)之后，獲得啟動(dòng)電能后才能正常啟動(dòng)。而對(duì)于一般普通的火電機(jī)組而言，它們基本都不具備自我黑啟動(dòng)的能力，所以需要一些黑啟動(dòng)電源向其提供啟動(dòng)功率，以幫助它啟動(dòng)，而且相對(duì)于水電廠而言，火電廠的廠用電則比較大，大約為最大負(fù)荷的5％-8％。

火電廠的鍋爐和汽輪機(jī)都有一個(gè)最小技術(shù)負(fù)荷，火電機(jī)組退出運(yùn)行和再度投入，或承擔(dān)急劇變動(dòng)的負(fù)荷時(shí)既要額外耗費(fèi)能量，又花費(fèi)時(shí)間，且易于損壞設(shè)備。另外，不同類型火電廠的鍋爐和汽輪機(jī)的效率和調(diào)節(jié)范圍有所不同，有高溫高壓、中溫中壓之分，其中，高溫高壓設(shè)備效率較高，但可以靈活調(diào)節(jié)的范圍窄；中溫中壓設(shè)備效率較前者低些，但可以靈活調(diào)節(jié)的范圍較前者寬。核電廠的反應(yīng)堆和汽輪機(jī)退出運(yùn)行和再度投入或承擔(dān)急劇變動(dòng)的負(fù)荷時(shí)也要額外耗費(fèi)能量和花費(fèi)時(shí)間，且易于損壞設(shè)備，同時(shí)操作比較復(fù)雜。

綜上所述具備自啟動(dòng)能力的火電機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)間模型如圖2所示。

本發(fā)明采用的時(shí)間模型為：

pg(t)＝min<k·max{[t-(tctp-tstart)]，0}，c)-r·u[t-(tctp-tstart)](2)

其中，tstart是機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)刻，tctp是指機(jī)組從啟動(dòng)到開始爬坡向外界輸送功率的時(shí)間，k是發(fā)電機(jī)組出力的爬坡率；c是機(jī)組的容量，u(t)為單位階躍函數(shù)，r為發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)容量。

3)所謂fcb是指機(jī)組在高于某一負(fù)荷之上運(yùn)行時(shí)，因機(jī)組或電網(wǎng)故障與電網(wǎng)解列，瞬間甩掉全部對(duì)外供電負(fù)荷，并保持鍋爐在最低負(fù)荷運(yùn)行，維持發(fā)電機(jī)帶廠用電運(yùn)行或停機(jī)不停爐的自動(dòng)控制功能。機(jī)組具備fcb功能不僅有助于事故情況下機(jī)組安全停機(jī)，而且可以使發(fā)電機(jī)具備解列后帶廠用電“孤島運(yùn)行”的能力，為以后恢復(fù)電網(wǎng)供電做準(zhǔn)備，以隨時(shí)為其他電廠機(jī)組提供啟動(dòng)電源。

目前部分大型火電廠機(jī)組的自動(dòng)控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)有fcb功能，也就是當(dāng)送出系統(tǒng)發(fā)生故障，單元機(jī)組進(jìn)行甩負(fù)荷后，可以維持機(jī)組自帶廠用電運(yùn)行。當(dāng)機(jī)組具備fcb功能后，具備發(fā)電機(jī)解列帶廠用電能力，有助于電網(wǎng)在可能的最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常，也有助于發(fā)電機(jī)組的安全停運(yùn)。因此，發(fā)電機(jī)具備fcb功能將具有非常明顯的社會(huì)效益和安全意義。

從上面對(duì)火電機(jī)組fcb功能的理解來看，具有fcb功能的火電機(jī)組與普通火電大機(jī)組在“黑啟動(dòng)”中的作用是有明顯區(qū)別的，可以說具有fcb功能的機(jī)組在電力系統(tǒng)恢復(fù)中能起到關(guān)鍵的作用。fcb即為針對(duì)電網(wǎng)(或發(fā)電機(jī)組)故障設(shè)計(jì)的保護(hù)和控制邏輯，其意義是快速減負(fù)荷，故障消除后快速恢復(fù)負(fù)荷。

fcb機(jī)組維持廠用電運(yùn)行的狀態(tài)可以看作機(jī)組為熱備用停機(jī)，也就是由于系統(tǒng)中出現(xiàn)一些故障，需要短時(shí)間停機(jī)處理，帶故障處理后立即恢復(fù)運(yùn)行，這就需要fcb機(jī)組在甩100％負(fù)荷后，機(jī)、爐金屬溫度保持較高水平以使重新啟動(dòng)時(shí)，能按極熱態(tài)或熱態(tài)方式進(jìn)行，以縮短啟動(dòng)時(shí)間。

在系統(tǒng)恢復(fù)階段，對(duì)具有fcb功能的機(jī)組建立以下模型，如圖3所示：

其時(shí)間模型為：

pg(t)＝p0(t)+kfcb[t-(tctp-tstart)](4)

其中p0(t)為廠用電功率，kfcb為火電機(jī)組爬坡率，tstart是機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)刻，tctp是指機(jī)組從啟動(dòng)到開始爬坡向外界輸送功率的時(shí)間。

因此，三種可以作為黑啟動(dòng)電源的機(jī)組在啟動(dòng)過程的差異對(duì)比如表1所示：

表1各機(jī)組在恢復(fù)啟動(dòng)過程中的差異對(duì)比

4)對(duì)于普通火電機(jī)組來說，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障，機(jī)組被迫甩負(fù)荷而導(dǎo)致鍋爐滅火，汽輪機(jī)的缸溫將逐步下降。隨時(shí)間的增加，缸溫越低，機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)間也就越長(zhǎng)。機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)間主要取決于汽機(jī)高壓缸的溫度和帶最小負(fù)荷暖機(jī)的時(shí)間。由于機(jī)組類型很多，啟動(dòng)方式復(fù)雜，難以針對(duì)每臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間進(jìn)行研究。一般電廠中根據(jù)汽機(jī)缸溫的不同將機(jī)組的啟動(dòng)類型簡(jiǎn)化分為5類，下面給出了機(jī)組停機(jī)后汽輪機(jī)的缸溫下降曲線如圖4所示，由圖中可以看出缸溫的降低速率隨時(shí)間的增長(zhǎng)而減慢，即剛停機(jī)時(shí)，溫度降低較快，因此機(jī)組的啟動(dòng)過程隨著時(shí)間的延長(zhǎng)將需要更長(zhǎng)的啟動(dòng)時(shí)間。其恢復(fù)時(shí)間模型與具備自啟動(dòng)能力的火電機(jī)組的啟動(dòng)模型相同，不過在此基礎(chǔ)上根據(jù)汽輪機(jī)缸溫的不同，其機(jī)組的準(zhǔn)備時(shí)間也會(huì)有所變化。

在支路的恢復(fù)時(shí)間模型中不僅僅考慮了時(shí)間權(quán)重值，也考慮了線路充電電容和高壓電抗器的對(duì)線路恢復(fù)的影響。因?yàn)橛捎诔潆婋娙莸拇嬖?，在線路合閘操作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的無功功率，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)的電壓水平過高，而相反地，高壓電抗器的投入可以吸收多余的無功功率，有利于系統(tǒng)的恢復(fù)。因此，采用的線路恢復(fù)時(shí)間模型為：

wi＝mti+(qci-qli)(5)

式中

wi——支路i的權(quán)重值；

ti——支路i的啟動(dòng)時(shí)間權(quán)重；

m——時(shí)間權(quán)重比例系數(shù)，為一個(gè)適當(dāng)?shù)恼麛?shù)，以保證輸電線路的啟動(dòng)時(shí)間小于變壓器；

qci——支路i的充電功率標(biāo)幺值；

qli——高壓電抗器容量標(biāo)幺值；

待啟動(dòng)發(fā)電機(jī)的最優(yōu)啟動(dòng)路徑通過改進(jìn)的迪杰斯特拉算法得到，然后確定發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)順序，其流程圖如圖6所示，其中m為節(jié)點(diǎn)數(shù)，p為父節(jié)點(diǎn)向量，用來存放某一節(jié)點(diǎn)錢的節(jié)點(diǎn)編號(hào)，t為節(jié)點(diǎn)之間的權(quán)重值矩陣，q為一臨時(shí)存放節(jié)點(diǎn)的向量。

傳統(tǒng)的迪杰斯特拉算法只能解決一個(gè)節(jié)點(diǎn)到其他節(jié)點(diǎn)的最短路徑，但是在電網(wǎng)恢復(fù)過程中，當(dāng)黑啟動(dòng)電源已經(jīng)啟動(dòng)其他機(jī)組形成局域網(wǎng)絡(luò)時(shí)，傳統(tǒng)的算法就不再適用。因此本文采用改進(jìn)后的迪杰斯特拉算法，解決多個(gè)目標(biāo)之間的加權(quán)路徑的搜索和計(jì)算。主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1)采用了父節(jié)點(diǎn)向量，避免了在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和支路的權(quán)重不變的情況下，反復(fù)調(diào)用迪杰斯特拉算法的問題。

2)將電網(wǎng)已經(jīng)啟動(dòng)的多個(gè)電源節(jié)點(diǎn)等效成一個(gè)節(jié)點(diǎn)，也就是在各個(gè)恢復(fù)供電的電源之間增加權(quán)重值為0的虛擬支路。

3)將已經(jīng)帶電的輸電線路的支路權(quán)重值設(shè)置為原來的五分之一，這樣不僅可以區(qū)分非電源節(jié)點(diǎn)和電源節(jié)點(diǎn)，更能避免出現(xiàn)幾條帶電輸電線路組成的路徑優(yōu)于一條不帶電的路徑這種不合理的結(jié)果出現(xiàn)。

通過改進(jìn)的迪杰斯特拉算法搜索出所有發(fā)電機(jī)的最優(yōu)啟動(dòng)路徑之后，對(duì)所有發(fā)電機(jī)進(jìn)行排序，確定目標(biāo)發(fā)電機(jī)。

首先計(jì)算與發(fā)電機(jī)性能相關(guān)的權(quán)重因子gk，由式(6)計(jì)算：

gk＝sk/rk(6)

式中，k為目標(biāo)發(fā)電機(jī)；sk為目標(biāo)發(fā)電機(jī)k的啟動(dòng)容量標(biāo)幺值；rk為目標(biāo)發(fā)電機(jī)的爬坡率標(biāo)幺值。sk越小、rk越大則發(fā)電機(jī)對(duì)后續(xù)恢復(fù)過程的潛在貢獻(xiàn)越大。

然后由式(7)計(jì)算待啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組的優(yōu)先級(jí)指標(biāo)

pk＝dk+gk(7)

式中，dk表示目標(biāo)發(fā)電機(jī)k對(duì)應(yīng)的最短路徑的加權(quán)重值；dk、gk分別經(jīng)過線性歸一化。發(fā)電機(jī)的優(yōu)先級(jí)指標(biāo)pk值越小，其優(yōu)先級(jí)越高。

將最優(yōu)潮流目標(biāo)函數(shù)設(shè)為所需調(diào)節(jié)時(shí)間最長(zhǎng)的發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)時(shí)間最短。不妨設(shè)已經(jīng)有m臺(tái)發(fā)電機(jī)成功啟動(dòng)，那么，啟動(dòng)第m+1臺(tái)發(fā)電機(jī)時(shí)，目標(biāo)函數(shù)為：

其中，pk為第k臺(tái)發(fā)電機(jī)待求有功功率，為當(dāng)前第k臺(tái)發(fā)電機(jī)有功功率，|·|表示取絕對(duì)值，tk表示第k臺(tái)發(fā)電機(jī)所需的調(diào)節(jié)時(shí)間，rpk表示第k臺(tái)發(fā)電機(jī)的爬坡率。優(yōu)化目標(biāo)是使所有已經(jīng)帶電的發(fā)電機(jī)中，所需爬坡時(shí)間最長(zhǎng)的發(fā)電機(jī)的爬坡時(shí)間最小。

最優(yōu)送電路徑確定后，下面就是啟動(dòng)每一條線路，在啟動(dòng)空載線路的過程中，特別是高壓線路，特別容易產(chǎn)生操作過電壓和自勵(lì)磁現(xiàn)象，本發(fā)明采用由圖5所示自勵(lì)磁區(qū)域可得機(jī)組自勵(lì)磁判據(jù)如下：

xc>xd或

其中xc表示線路容抗，xd為直軸電抗，xq為交軸電抗，x'd為直軸暫態(tài)電抗。

運(yùn)行規(guī)劃人員可以根據(jù)不同的偏重選擇選擇不同的優(yōu)化目標(biāo)，本發(fā)明主要分為四個(gè)優(yōu)化目標(biāo)：

1)開關(guān)數(shù)：認(rèn)為每條支路都包含兩個(gè)開關(guān)，開關(guān)次數(shù)越多，啟動(dòng)所需時(shí)間越長(zhǎng)。以開關(guān)數(shù)為支路權(quán)重，搜索所需開關(guān)次數(shù)最少的送電路徑。

2)支路充電時(shí)間：輸電線路和變壓器充電并網(wǎng)都需要一定的時(shí)間，一般來說，輸電線路和變壓器充電并網(wǎng)所需的時(shí)間不同。以支路充電時(shí)間為支路權(quán)重，搜索所需充電時(shí)間最短的送電路徑。

3)支路充電無功功率：空載線路，尤其是高壓空載線路充電時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量感性無功功率，這會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)無功功率過剩，線路末端電壓過高；系統(tǒng)無功過剩還可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)自勵(lì)磁，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓水平進(jìn)一步惡化。以支路充電無功功率為支路權(quán)重，搜索充電無功最小的送電路徑，最大程度避免系統(tǒng)電壓過高。

4)支路充電時(shí)間權(quán)重+支路充電無功功率-高壓電抗器容量：支路充電時(shí)間權(quán)重的數(shù)量級(jí)比支路充電無功功率(標(biāo)幺值)和高壓電抗器容量(標(biāo)幺值)的數(shù)量級(jí)大得多，以此為支路權(quán)重，在充電時(shí)間權(quán)重相同的情況下，選擇充電無功最小的送電路徑。

最終，本發(fā)明總的結(jié)構(gòu)流程圖如圖7所示。

下面根據(jù)一個(gè)具體的實(shí)施例來測(cè)試本發(fā)明提出的快速恢復(fù)方法，采用ieee-30節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)算例統(tǒng)(如圖8)。算例包含30個(gè)節(jié)點(diǎn)，6臺(tái)發(fā)電機(jī)，4臺(tái)變壓器和37條輸電線路。其中1號(hào)機(jī)組為黑啟動(dòng)機(jī)組(火電機(jī)組)，其余機(jī)組均為不具有自啟動(dòng)能力的火電機(jī)組。其中發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)參數(shù)如表2所示。送電路徑的啟動(dòng)權(quán)重值包括其啟動(dòng)時(shí)間以及線路電容和高抗，其數(shù)據(jù)如表三所示。

表2電網(wǎng)中發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)參數(shù)

表3本發(fā)明所述考慮充電電容和線路高抗后的支路權(quán)重值

接下來，就是根據(jù)發(fā)電機(jī)計(jì)算各目標(biāo)發(fā)電機(jī)的優(yōu)先級(jí)指標(biāo)，如表4所示。

表3目標(biāo)發(fā)電機(jī)的路徑權(quán)重值和送電路徑

由表4可得，此時(shí)目標(biāo)發(fā)電機(jī)排序向量st為{2,5,8,13,11}，位于節(jié)點(diǎn)2的發(fā)電機(jī)優(yōu)先級(jí)最高。由表3可得2號(hào)節(jié)點(diǎn)發(fā)電機(jī)的最短加權(quán)路徑為1-2。

第三步：以步驟6中所述的原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)最優(yōu)潮流求解該系統(tǒng),并進(jìn)行自勵(lì)磁校驗(yàn)，然后啟動(dòng)線路和發(fā)電機(jī)。

第四步：第三步的目標(biāo)發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后，接著以帶電網(wǎng)絡(luò)為起點(diǎn)，搜索其它目標(biāo)發(fā)電機(jī)的最短加權(quán)路徑，進(jìn)而計(jì)算目標(biāo)發(fā)電機(jī)的優(yōu)先級(jí)指標(biāo)，確定最優(yōu)先發(fā)電機(jī)。本發(fā)明還將1號(hào)機(jī)組改造成fcb機(jī)組，與普通機(jī)組作為黑啟動(dòng)機(jī)組的結(jié)果做了對(duì)比，最終得到發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)順序及相應(yīng)的最短加權(quán)路徑如表5所示。

表5發(fā)電機(jī)啟動(dòng)順序及其送電路徑

與傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明更加符合實(shí)際情況，充分考慮了電網(wǎng)恢復(fù)過程中所有機(jī)組的啟動(dòng)特點(diǎn)，充分發(fā)揮了fcb機(jī)組對(duì)黑啟動(dòng)進(jìn)程的促進(jìn)作用，所得結(jié)果顯示其在相同時(shí)間內(nèi)發(fā)電機(jī)恢復(fù)的功率輸出更多，同時(shí)啟動(dòng)方案的合理化也避免了在啟動(dòng)過程中二次事故的發(fā)生。

下面再結(jié)合實(shí)際電網(wǎng)的算例來說明本發(fā)明的可行性，本發(fā)明利用了廣州北部和東莞地區(qū)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行了黑啟動(dòng)過程的驗(yàn)證，其結(jié)果與廣東實(shí)際的黑啟動(dòng)方案對(duì)比如圖9和圖10所示，本發(fā)明的方法更加詳細(xì)和合理，計(jì)算了后續(xù)啟動(dòng)過程中的詳細(xì)最優(yōu)路徑。即給增城、新塘充電后，優(yōu)先向水鄉(xiāng)站充電，原因是增城—水鄉(xiāng)線路產(chǎn)生的充電功率很小，無自勵(lì)磁、過電壓風(fēng)險(xiǎn)，距高埗廠電氣距離小，可盡快增強(qiáng)系統(tǒng)發(fā)電能力。在恢復(fù)東莞地區(qū)電網(wǎng)后，穩(wěn)定性進(jìn)一步增強(qiáng)，可保證廣州地區(qū)其余變電站逐步安全恢復(fù)。

以上所述，充分驗(yàn)證了本發(fā)明能夠根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際特點(diǎn)，計(jì)算得到更加詳細(xì)且符合實(shí)際的電網(wǎng)快速恢復(fù)方法。