一种基于雷电预警的重要输电通道雷击主动防护方法

技术领域

本发明涉及输电线路雷电防护技术领域，更具体地，涉及一种基于雷电预警的重要输电通道雷击主动防护方法。

背景技术

现有技术中，输电通道的防雷，主要是通过加强输电线路的抗雷击能力、降低线路遭受雷击时的雷击跳闸率而实现，通常采取的措施有，降低杆塔接地电阻提高输电线路的耐雷水平、针对同塔多回线路安装相应的避雷器等。这些传统的静态防雷措施，虽能在一定程度上降低雷害，但大都侧重于设计安装阶段对输电线路的改造，防雷措施往往较为被动。

随着电网的不断发展和广泛互联，网络结构越来越复杂，整个电网的防雷性能不再简单地由每条线路或每一个设备的性能决定，因而传统的防雷措施逐渐由单一的静态防雷向静态防雷和动态防雷的结合过渡。如果能在雷暴活动前，预判到有较大概率遭受到雷击的输电线路，提前制定适当的预防控制措施降低该输电线路上的潮流，那么将能够极大地减少该输电线路遭受雷击后造成的损失。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于雷电预警的重要输电通道雷击主动防护方法，预判重要输电通道的雷击概率，决策是否采取雷击事前调控措施以降低重要输电通道上的潮流，减少该线路遭受雷击造成的损失。

本发明采用如下的技术方案。

一种基于雷电预警的重要输电通道雷击主动防护方法的步骤如下：

步骤1，采集气象要素数据，基于贝叶斯网络建立输电线路落雷概率预警模型；将落雷概率预警模型输出的落雷预警概率最大值所对应的预警等级，作为当前气象要素对应的落雷预警等级；

步骤2，基于潮流灵敏度的网络等值算法，对大规模区域电力系统进行节点导纳矩阵的重构和联络线功率的等值计算；

步骤3，以联络线断开后的功率损失费用和发电机出力的调节成本之和最小为优化目标函数，在系统约束条件下建立重要输电通道潮流转移优化模型；

步骤4，以采取雷击事前调控造成的联络线主动断开后的功率损失费用和发电机出力的调节成本之和作为调控成本A，以未采取雷击事前调控造成的联络线因雷击断开的功率损失费用作为负荷功率损失费用B，当调控成本A不大于负荷功率损失费用B时，实施雷击事前调控，即发送雷电预警和调控联络线潮流。

优选地，

在步骤1中，气象要素数据包括：气温、降水、气压、风向、风速和湿度。

在步骤1中，输电线路落雷概率预警模型满足如下关系式：

式中，

S

P（S

P（S

P（S

优选地，

步骤2包括：

步骤2.1，将低压网络潮流等值至高压网络，等值前后的高压网络潮流相同；其中，交流线路阻抗、双绕组变压器和三绕组变压器采取结构等值方式；基于等值结果重构节点导纳矩阵；

步骤2.2，高低压网络联络线的功率则基于潮流灵敏度值进行潮流等值；基于各个发电机及负荷节点注入功率对于各高压节点联络线功率的影响程度，将各发电机及负荷节点注入功率等值至高压节点的注入功率上。

步骤2.1包括：

步骤2.1.1，对于交流线路，仅对多回高电压等级交流线路采用并联等值处理，对于低电压等级交流线路不进行等值处理；

步骤2.1.2，对于双绕组变压器，采用星型等值处理；基于变压器高低压侧电压等级，增加中间节点用于网络等值；仅对变压器两端电压均大于指定参考电压等级V

步骤2.1.3，对于三绕组变压器，首先增设中间节点，不计入低于指定参考电压等级V

步骤2.2包括：

步骤2.2.1，计算全网络的潮流结果，记录等值前各高压节点与低压网络联络线功率之和∑P

步骤2.2.2，计算潮流灵敏度；通过第j个对低压发电机及负荷节点的注入功率施加小扰动量

式中，

j表示低压发电机及负荷节点的编号，其中j=1，…，n，n为低压发电机及负荷节点的总数，

i表示高压节点的编号，其中i=1，…，m，m为高压节点的总数。

步骤2.2.3，计算等值注入功率；当得到各高压节点相对各低压节点的潮流灵敏度后，将各个低压发电机及负荷节点按照相应的潮流灵敏度等值到第i个高压节点的注入功率之和，作为第i个高压节点的等效注入功率，满足如下关系式：

式中，

P

P

优选地，

步骤3包括：

步骤3.1，基于重要输电通道的落雷概率，以省间联络线断开后造成的功率损失费用以及发电机组出力的调节成本之和最小为优化目标，建立的优化目标函数满足如下关系式：

式中，

N

P

a

P

W

步骤3.2，建立系统约束条件，包括：潮流约束、功率平衡约束、常规机组爬坡速率约束、支路潮流上下限约束以及常规机组出力上下限约束；

步骤3.3，在系统约束条件下，利用优化目标函数，建立重要输电通道潮流转移优化模型。

步骤3.2包括：

步骤3.2.1，以如下关系式建立直流潮流约束：

式中，

P

B

步骤3.2.2，以如下关系式建立功率平衡约束：

式中，

P

步骤3.2.3，根据雷电预警提前的时间，以如下关系式建立常规机组爬坡速率约束：

式中，

步骤3.2.4，以如下关系式建立支路潮流上下限约束：

式中，

P

步骤3.2.5，以如下关系式建立常规机组出力上下限约束：

式中，

优选地，

在步骤4中，调控成本A满足如下关系式：

负荷功率损失费用B满足如下关系式：

式中，

N

P

a

P

P

W

在步骤4中，负荷功率损失费用B包括基于柔性负荷调节能力计算的负荷功率损失费用。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，在雷电预警基础上制定恰当的事前雷击主动防护策略能够为调度人员提供合理的指导，实现主动防雷措施，尤其是在预判到重要输电通道中的省间联络线遭受雷击的风险较大时，及时采取雷击事前调控，不仅实现雷击预警，而且能够减少雷击带来的负荷损失及调控成本。

附图说明

图1为本发明一种基于雷电预警的重要输电通道雷击主动防护方法的流程图；

图2为本发明一种基于雷电预警的重要输电通道雷击主动防护方法中，基于贝叶斯网络建立输电线路落雷概率预警模型的结构示意图；

图3为本发明一种基于雷电预警的重要输电通道雷击主动防护方法中，基于潮流灵敏度的网络等值算法，实施交流线路等值处理的示意图；

图4为本发明一种基于雷电预警的重要输电通道雷击主动防护方法中，基于潮流灵敏度的网络等值算法，实施双绕组变压器等值处理的示意图；

图5为本发明一种基于雷电预警的重要输电通道雷击主动防护方法中，基于潮流灵敏度的网络等值算法，实施三绕组变压器等值处理的示意图；

图6为本发明一种基于雷电预警的重要输电通道雷击主动防护方法中，基于潮流灵敏度的网络等值算法，联络线功率等值的流程图；

图7为本发明一种基于雷电预警的重要输电通道雷击主动防护方法中，雷击主动防护策略实施的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

如图1，一种基于雷电预警的重要输电通道雷击主动防护方法的步骤如下：

步骤1，采集气象要素数据，基于贝叶斯网络建立输电线路落雷概率预警模型；将落雷概率预警模型输出的落雷预警等级概率最大值所对应的落雷预警等级，作为当前气象要素对应的落雷预警等级。

具体地，

在步骤1中，气象要素数据包括：气温、降水、气压、风向、风速和湿度。

本发明优选实施例中，选取气温、降水、气压、风向、风速和湿度这六个气象要素数据，以及落雷预警等级，作为随机变量，建立刻画7个随机变量之间相关性的贝叶斯网络的结构示意图如图1所示。当得到下一时刻的气象六要素数据时，可根据气象六要素各自的离散化区间将其划分为对应的状态，从而根据构建的贝叶斯网络结构可得到该气象状态下对应的各落雷预警等级的概率。

在步骤1中，输电线路落雷概率预警模型满足如下关系式：

式中，

S

P（S

P（S

P（S

步骤2，基于潮流灵敏度的网络等值算法，对大规模区域电力系统进行节点导纳矩阵的重构和联络线功率的等值计算。

具体地，

步骤2包括：

步骤2.1，将低压网络潮流等值至高压网络，等值前后的高压网络潮流相同；其中，交流线路阻抗、双绕组变压器和三绕组变压器采取结构等值方式；基于等值结果重构节点导纳矩阵。

步骤2.1包括：

步骤2.1.1，对于交流线路，仅对多回高电压等级交流线路采用并联等值处理，对于低电压等级交流线路不进行等值处理；

如图3所示，端点1和端点2之间多条高电压等级交流线路，其阻抗依次为X

步骤2.1.2，对于双绕组变压器，采用星型等值处理；基于变压器高低压侧电压等级，增加中间节点用于网络等值；仅对变压器两端电压均大于指定参考电压等级V

如图4所示，双绕组变压器

步骤2.1.3，对于三绕组变压器，首先增设中间节点，不计入低于指定参考电压等级 V

如图5所示，对于500kV/220kV/110kV的三绕组变压器，首先增设中间节点O，500kV侧对中间节点O的阻抗为X

如图5所示，对于500kV/110kV/35kV的三绕组变压器，首先增设中间节点O，500kV侧对中间节点O的阻抗为X

步骤2.2，高低压网络联络线的功率则基于潮流灵敏度值进行潮流等值；基于各个发电机及负荷节点注入功率对于各高压节点联络线功率的影响程度，将各发电机及负荷节点注入功率等值至高压节点的注入功率上。

如图6，步骤2.2包括：

步骤2.2.1，计算全网络的潮流结果，记录等值前各高压节点与低压网络联络线功率之和

步骤2.2.2，计算潮流灵敏度；通过对第j个低压发电机及负荷节点的注入功率施加小扰动量

式中，

j表示低压发电机及负荷节点的编号，其中j=1，…，n，n为低压发电机及负荷节点的总数，

i表示高压节点的编号，其中i=1，…，m，m为高压节点的总数。

步骤2.2.3，计算等值注入功率；当得到各高压节点相对各低压节点的潮流灵敏度后，将各个低压发电机及负荷节点按照相应的潮流灵敏度等值到第i个高压节点的注入功率之和，作为第i个高压节点的等效注入功率，满足如下关系式：

式中，

P

P

本发明优选实施例，基于潮流灵敏度的网络等值方法对大规模电力系统进行分析计算，提升计算速度，对于重要输电通道，尤其是联络线上的功率计算速度，能够满足雷击事前预防控制措施所需的决策时间要求。

步骤3，以联络线断开后的功率损失费用和发电机出力的调节成本之和最小为优化目标函数，在系统约束条件下建立重要输电通道潮流转移优化模型。

优选地，

步骤3包括：

步骤3.1，基于重要输电通道的落雷概率，以省间联络线断开后造成的功率损失费用以及发电机组出力的调节成本之和最小为优化目标，建立的优化目标函数满足如下关系式：

式中，

N

P

a

P

W

步骤3.2，建立系统约束条件，包括：潮流约束、功率平衡约束、常规机组爬坡速率约束、支路潮流上下限约束以及常规机组出力上下限约束，

步骤3.3，在系统约束条件下，利用优化目标函数，建立重要输电通道潮流转移优化模型。

步骤3.2包括：

步骤3.2.1，以如下关系式建立直流潮流约束：

式中，

P

B

步骤3.2.2，以如下关系式建立功率平衡约束：

式中，

P

步骤3.2.3，根据雷电预警提前的时间，以如下关系式建立常规机组爬坡速率约束：

式中，

步骤3.2.4，以如下关系式建立支路潮流上下限约束：

式中，

P

步骤3.2.5，以如下关系式建立常规机组出力上下限约束：

式中，

步骤4，以采取雷击事前调控造成的联络线主动断开后的功率损失费用和发电机出力的调节成本之和作为调控成本A，以未采取雷击事前调控造成的联络线因雷击断开的功率损失费用作为负荷功率损失费用B，如图7，当调控成本A不大于负荷功率损失费用B时，实施雷击事前调控，即发送雷电预警和调控联络线潮流。

具体地，

在步骤4中，调控成本A满足如下关系式：

负荷功率损失费用B满足如下关系式：

式中，

N

P

a

P

P

W

在步骤4中，负荷功率损失费用B包括基于柔性负荷调节能力计算的负荷功率损失费用。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，在雷电预警基础上制定恰当的事前雷击主动防护策略能够为调度人员提供合理的指导，实现主动防雷措施，尤其是在预判到重要输电通道中的省间联络线遭受雷击的风险较大时，及时采取雷击事前调控，不仅实现雷击预警，而且能够减少雷击带来的负荷损失及调控成本。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。