Thermal Stability Control Limit Calculation for Power Grid Based on Formulaic Control Limit and Maximization of Minimum Safety Margin

ZENG Tao; CHEN Hao; GUO Ruipeng; WANG Zhen

doi:10.7500/AEPS20230715001

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Thermal Stability Control Limit Calculation for Power Grid Based on Formulaic Control Limit and Maximization of Minimum Safety Margin

Engineering Application | 更新时间：2025-06-16

- Thermal Stability Control Limit Calculation for Power Grid Based on Formulaic Control Limit and Maximization of Minimum Safety Margin
- Automation of Electric Power Systems Vol. 48, Issue 3, Pages: 159-167(2024)
- 作者机构：
  
  1.浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市 310027
  2.国家电网有限公司华东分部，上海市 200120
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52077196)
- DOI：10.7500/AEPS20230715001
  CLC：
- Received：15 July 2023，
  
  Revised：2023-10-26，
  
  Published Online：05 January 2024，
  
  Published：10 February 2024
- 稿件说明：
移动端阅览
曾涛,陈浩,郭瑞鹏等.基于公式化限额和最小裕度最大化的电网热稳定限额计算[J].电力系统自动化,2024,48(3):159-167.

ZENG Tao,CHEN Hao,GUO Ruipeng,et al.Thermal Stability Control Limit Calculation for Power Grid Based on Formulaic Control Limit and Maximization of Minimum Safety Margin[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(3):159-167.
曾涛,陈浩,郭瑞鹏等.基于公式化限额和最小裕度最大化的电网热稳定限额计算[J].电力系统自动化,2024,48(3):159-167. DOI： 10.7500/AEPS20230715001.

ZENG Tao,CHEN Hao,GUO Ruipeng,et al.Thermal Stability Control Limit Calculation for Power Grid Based on Formulaic Control Limit and Maximization of Minimum Safety Margin[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(3):159-167. DOI： 10.7500/AEPS20230715001.

摘要

编制热稳定控制限额是电网调度控制中心的重要工作，也是保障电网安全运行的重要手段。针对新能源大规模并网后潮流不确定性大导致热稳定限额制定难度增大的问题，以预想故障分析为基础计算潮流转移关系并建立电网安全约束，进而提出了基于公式化限额和最小裕度最大化的三阶段电网热稳定限额计算方法，实现了热稳定限额的批量自动计算。第1阶段对输电通道限额进行初始化，第2阶段对故障后易过载的通道按照故障后不超瓶颈设备短时载流能力制定公式化限额要求，第3阶段对转移关系约束存在耦合的通道集合逐次按最小裕度最大化原则计算通道控制限额。对输电资源紧张的通道同时采用公式化限额和通道控制限额要求可以减小保守性，充分释放通道输电能力；对其余通道只采用通道控制限额要求，可减少并简化控制要求。以某区域电网2023年夏季高峰运行方式为例，限额自动计算结果与稳定规程的一致性较好，验证了所提方法的有效性。

Abstract

Establishing the thermal stability control limit is a significant work for the power dispatching and control center and an important means to guarantee the safe operation of power grids. In order to address the problem that it is gradually difficult to establish thermal stability control limit due to the high uncertainty of power flows after the large-scale grid-connection of renewable energy

the power flow transfer relations are calculated and the power grid security constraints are established based on contingency analysis. Then

a three-stage thermal stability control limit calculation method for power grids based on the formulaic control limit and maximization of minimum safety margin is proposed to achieve the automatic calculation of thermal stability control limit. In the first stage

control limits of transmission channels are initialized. In the second stage

formulaic control limit requirements are established for those channels that are prone to overload after a contingency happens according to the criteria that power flow of the bottleneck equipment does not exceed its short-term current-carrying capacity after a contingency happens. In the third stage

the channel control limit is calculated successively according to the maximization principle of minimum safety margin for the set of channels with coupled transfer relation constraints. Both formulaic control limit and channel control limit requirements for the channels with tight transfer capacity can reduce the conservatism and fully release the transfer capacity of the channel. The control requirements can be reduced and simplified by establishing only channel control limit requirements for the remaining channels. Taking the summer peak operation mode of a regional power grid in 2023 as a case

the automatic limit calculation results are in good agreement with the stability regulations

which verifies the effectiveness of the proposed method.

关键词

Keywords

references

薛禹胜，雷兴，薛峰，等 . 关于风电不确定性对电力系统影响的评述［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 29 ）： 5029 - 5040 .

XUE Yusheng ， LEI Xing ， XUE Feng ， et al . A review on impacts of wind power uncertainties on power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 29 ）： 5029 - 5040 .

孙蓉，张诚之，陈兵，等 . 规模化新能源接入下受端电网调峰方式综合评估研究［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 6 ）： 149 - 155 .

SUN Rong ， ZHANG Chengzhi ， CHEN Bing ， et al . Comprehensive evaluation of receiving end grid peak shaving modes under background of large-scale new energy ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 6 ）： 149 - 155 .

徐熙林，宋依群，姚良忠，等 . 高比例可再生能源受端区域电网调峰的出力网际分配［J］. 电力自动化设备， 2017 ， 37 （ 8 ）： 43 - 51 .

XU Xilin ， SONG Yiqun ， YAO Liangzhong ， et al . Power-output allocation for peak regulation of regional grid with high penetration of renewable energy resources ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2017 ， 37 （ 8 ）： 43 - 51 .

唐陇军，杨秋霖，朱兰，等 . 考虑元件结构脆弱性与环境温度不确定性的元件热稳定限额计算方法［J］. 电力系统保护与控制， 2020 ， 48 （ 15 ）： 1 - 9 .

TANG Longjun ， YANG Qiulin ， ZHU Lan ， et al . Calculating method of the thermal stability control limit considering the structural vulnerability of the component and environmental temperature uncertainty ［J］. Power System Protection and Control ， 2020 ， 48 （ 15 ）： 1 - 9 .

朱斌，邱丽君，王勇，等 . 电网输电断面动态热稳定限值在线计算方法［J］. 电力系统保护与控制， 2017 ， 45 （ 3 ）： 94 - 99 .

ZHU Bin ， QIU Lijun ， WANG Yong ， et al . Online calculation method for dynamic thermal stability limit of transmission section ［J］. Power System Protection and Control ， 2017 ， 45 （ 3 ）： 94 - 99 .

国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会 . 电力系统安全稳定导则： GB 38755—2019 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2019 .

State Administration for Market Regulation ， Standardization Administration of the People's Republic of China . Code on security and stability for power system ： GB 38755—2019 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2019 .

陈祎，郭瑞鹏，叶琳，等 . 电网断面热稳定限额计算模型及方法［J］. 电力系统自动化， 2012 ， 36 （ 17 ）： 20 - 24 .

CHEN Yi ， GUO Ruipeng ， YE Lin ， et al . Calculation model and method for thermal stability control limit to transmission interfaces in a power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2012 ， 36 （ 17 ）： 20 - 24 .

刘阳，鄢发齐，汪旸，等 . 热稳定薄弱断面搜索及限额制定的在线算法［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 21 ）： 156 - 164 .

LIU Yang ， YAN Faqi ， WANG Yang ， et al . Online algorithm for searching and limit setting of thermal-stability weak section ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 21 ）： 156 - 164 .

张金龙，鲍颜红，黄磊，等 . 输电断面热稳定功率极限区间在线识别方法［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 14 ）： 79 - 85 .

ZHANG Jinlong ， BAO Yanhong ， HUANG Lei ， et al . On-line identification method for thermally stable power limit interval of transmission section ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 14 ）： 79 - 85 .

赵娟，申旭辉，吴丽华，等 . 结合直流潮流模型的电网断面热稳定极限快速评估方法［J］. 电力系统保护与控制， 2015 ， 43 （ 3 ）： 97 - 101 .

ZHAO Juan ， SHEN Xuhui ， WU Lihua ， et al . Fast evaluation method on thermal stability limit of power grid cross-section with DC power flow model ［J］. Power System Protection and Control ， 2015 ， 43 （ 3 ）： 97 - 101 .

叶剑，王伟红 . 电网断面热稳定限额的计算［J］. 电力与能源， 2014 ， 35 （ 3 ）： 302 - 304 .

YE Jian ， WANG Weihong . Thermal stability limitation calculation of transmission interfaces in power network ［J］. Power & Energy ， 2014 ， 35 （ 3 ）： 302 - 304 .

XIAO J ， ZU G Q ， ZHOU H A ， et al . Total quadrant security region for active distribution network with high penetration of distributed generation ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2021 ， 9 （ 1 ）： 128 - 137 .

姜涛，李晓辉，李雪，等 . 电力系统安全域边界通用搜索模型与近似方法［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 14 ）： 4411 - 4429 .

JIANG Tao ， LI Xiaohui ， LI Xue ， et al . General optimization model and piecewise approach for approximating security region boundary in bulk power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 14 ）： 4411 - 4429 .

余贻鑫 . 电力系统安全域方法研究述评［J］. 天津大学学报， 2008 ， 41 （ 6 ）： 635 - 646 .

YU Yixin . Review of study on methodology of security regions of power system ［J］. Journal of Tianjin University ， 2008 ， 41 （ 6 ）： 635 - 646 .

赵金利，张继楠，贾宏杰，等 . 计及 N -1约束的多维空间断面热稳定安全域边界快速计算［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 4 ）： 128 - 135 .

ZHAO Jinli ， ZHANG Jinan ， JIA Hongjie ， et al . Rapid calculation of sectional thermal security region under constraint of N -1 in multi-dimension space ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 4 ）： 128 - 135 .

赵金利，邱璐璐，黄河，等 . 多维空间中断面热稳定安全域边界特性［J］. 电力系统自动化， 2014 ， 38 （ 12 ）： 39 - 45 .

ZHAO Jinli ， QIU Lulu ， HUANG He ， et al . Boundary characteristic of section thermal security region in multi-dimension spaces ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2014 ， 38 （ 12 ）： 39 - 45 .

姜涛，谭洪强，李雪，等 . 电力系统热稳定安全域边界快速搜索的优化模型［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 22 ）： 6533 - 6547 .

JIANG Tao ， TAN Hongqiang ， LI Xue ， et al . A general optimization model for exploring static thermal security region boundary in bulk power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 22 ）： 6533 - 6547 .

TEJADA-ARANGO D A ， SANCHEZ-MARTIN P ， RAMOS A . Security constrained unit commitment using line outage distribution factors ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 1 ）： 329 - 337 .

郭瑞鹏，边麟龙，宋少群，等 . 安全约束最优潮流的实用模型及故障态约束缩减方法［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 13 ）： 161 - 168 .

GUO Ruipeng ， BIAN Linlong ， SONG Shaoqun ， et al . Practical model of security constrained optimal power flow and reduction methods for contingency constraints ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 13 ）： 161 - 168 .

卢俊，刘天琪，南璐，等 . 基于改进连续潮流的输电断面热稳定功率极限计算［J］. 科学技术与工程， 2019 ， 19 （ 20 ）： 221 - 228 .

LU Jun ， LIU Tianqi ， NAN Lu ， et al . Approach of thermal stability power limit for transmission sections calculation based on improved continuous power flow method ［J］. Science Technology and Engineering ， 2019 ， 19 （ 20 ）： 221 - 228 .

徐岩，郅静，王祥晖 . 基于 N -1原则的输电断面热稳定功率极限评估［J］. 电力系统及其自动化学报， 2017 ， 29 （ 1 ）： 13 - 17 .

XU Yan ， ZHI Jing ， WANG Xianghui . Evaluation on thermal stability power limit of transmission section based on N -1 principle ［J］. Proceedings of the CSU-EPSA ， 2017 ， 29 （ 1 ）： 13 - 17 .

郝广涛，张逸，林清华，等 . 基于输电线路利用率和连锁过载线路数量的关键输电线路辨识［J］. 武汉大学学报（工学版）， 2021 ， 54 （ 5 ）： 429 - 437 .

HAO Guangtao ， ZHANG Yi ， LIN Qinghua ， et al . Identification of key transmission lines based on power line utilization and interlocking overload line number ［J］. Engineering Journal of Wuhan University ， 2021 ， 54 （ 5 ）： 429 - 437 .

李传栋，张逸，杨桂钟，等 . 基于故障影响域的多重预想故障集筛选方法［J］. 电力系统保护与控制， 2015 ， 43 （ 14 ）： 92 - 99 .

LI Chuandong ， ZHANG Yi ， YANG Guizhong ， et al . An anticipated multi-contingencies selection method based on fault influence domain ［J］. Power System Protection and Control ， 2015 ， 43 （ 14 ）： 92 - 99 .

徐渊，谌艳红，王凯，等 . 基于有效约束识别的电网热稳边界辨识方法［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 11 ）： 54 - 60 .

XU Yuan ， CHEN Yanhong ， WANG Kai ， et al . Identification method of a power grid thermal stability boundary based on effective constraint identification ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 11 ）： 54 - 60 .

张伯明，陈寿孙，严正 . 高等电力网络分析［M］. 2版 . 北京：清华大学出版社， 2007 .

ZHANG Boming ， CHEN Shousun ， YAN Zheng . Analysis of advanced power network ［M］. 2nd ed . Beijing ： Tsinghua University Press ， 2007 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

安全约束最优潮流的实用模型及故障态约束缩减方法

通信系统中断对电网广域保护控制系统的影响

Related Author

GUO Ruipeng

YAN Jiamei

Related Institution

College of Electrical Engineering, Zhejiang University

NARI Technology Co. Ltd.

⁰