支路潮流越限控制

支路概述

連鎖跳閘是大停電事故的初期表現(xiàn),防止連鎖過載跳閘是防止電網(wǎng)大停電的重要措施之一。

支路故障切除或線路檢修會引起潮流的轉(zhuǎn)移,這就有可能引起某些支路潮流越限。輸電系統(tǒng)的阻塞,威脅系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。阻塞按其物理特性可以分為穩(wěn)態(tài)阻塞和動態(tài)阻塞,支路潮流越限屬于穩(wěn)態(tài)阻塞問題。

通常采用靈敏度分析方法和優(yōu)化方法解決系統(tǒng)中的阻塞問題。靈敏度方法是根據(jù)支路潮流的越限量,推算出控制變量應(yīng)有的調(diào)整量。該方法不存在收斂性問題,魯棒性較強,但考慮系統(tǒng)約束較少,計算精度不高。優(yōu)化方法可以較全面地考慮各類約束,結(jié)果也較精確,但計算復(fù)雜,魯棒性不好,需要對算法的收斂性和魯棒性做進一步的研究。

基于戴維南定理,本文提出了過載支路的虛擬支路分流模型。虛擬支路是實際不存在的,必須通過控制措施將虛擬支路切除。基于置換定理,將虛擬支路切除問題轉(zhuǎn)化為虛擬支路兩端點注入功率增長問題,并通過靈敏度方法得到最小控制代價方案。該方法既考慮了各種約束條件,又具有計算簡單的特點。

支路算法流程

算法流程的步驟如下:

1)搜索系統(tǒng)中潮流越限支路。

2)對最嚴重越限支路實施虛擬支路分流措施。根據(jù)分流系數(shù)K、戴維南等效阻抗以及越限支路導(dǎo)納計算虛擬支路參數(shù)λ。

3)通過潮流計算獲得虛擬支路潮流,基于置換定理,將虛擬支路的切除問題轉(zhuǎn)化為支路兩端點注入功率的增長問題。

4)在當(dāng)前運行點計算越限支路視在功率對各個發(fā)電機和負荷節(jié)點注入功率的靈敏度。

5)根據(jù)虛擬功率源參數(shù)增長步長Δμ以及步驟4中計算的靈敏度確定切負荷、切發(fā)電機節(jié)點以及控制量,并實施控制措施。

6)重新計算潮流,若虛擬功率源參數(shù)μ尚未達到1,即虛擬支路尚未完全切除,則返回步驟4;若μ已經(jīng)達到1,即虛擬支路已經(jīng)完全切除,則進入步驟7。

7)檢查系統(tǒng)中是否存在其他越限支路,若存在越限支路,轉(zhuǎn)到步驟2;若不存在潮流越限支路,輸出控制措施的最終結(jié)果。

支路算例分析

本節(jié)以NewEngland39節(jié)點系統(tǒng)為例,對本文方法進行了驗證。算例中均假設(shè)對系統(tǒng)中唯一潮流越限支路進行減流控制。表1～表3對系統(tǒng)中所選減流支路分別以分流系數(shù)K=0.95,K=0.90,K=0.80進行控制減流和誤差分析,提出了減小誤差的措施。

控制后實際電流幅值變?yōu)樵入娏鞣档谋稊?shù),即實際分流效果。誤差分析:由表中實際分流效果數(shù)據(jù)可以看出,在實施虛擬支路分流和靈敏度控制后,實際得到的電流分流效果K′與目標分流系數(shù)K存在一定的偏差,且這個偏差隨著K取值的減小而增大。這主要有如下幾方面因素:

1)切負荷對虛擬支路導(dǎo)納系數(shù)的影響。在實施切負荷后,負荷等效阻抗實際發(fā)生了變化,這將影響到從支路看進去系統(tǒng)的戴維南阻抗,進而影響分流效果。在分流系數(shù)K較大時,這種影響很小,可以忽略不計;但隨著分流系數(shù)K的減小,切負荷量也隨之增大,這種影響就比較明顯了。

2)負荷本身性質(zhì)的影響。由于在計算戴維南等效阻抗時將負荷轉(zhuǎn)化為等效阻抗,在基于靈敏度實施控制時,勢必會引起各負荷節(jié)點電壓的變化,這些電壓的變化會引起負荷等效阻抗的變化,進而影響分流效果。當(dāng)分流系數(shù)K較大時,這種影響造成的誤差可以忽略不計。當(dāng)K較小,即需要大的分流時,這種影響將比較明顯。減小誤差的措施如下。當(dāng)對支路進行較大比例的減流時,可將一次減流比例分為2次或幾次減流來實現(xiàn)。算例仿真表明,K≈0.90時的支路控制效果基本能滿足工程需要。這樣,就可將一次減流分成幾次在K≈0.90的支路減流,及時修正戴維南等效阻抗對虛擬支路參數(shù)的影響,減小累計誤差。例如,要使支路電流幅值降低為原來的0.75倍左右,即目標系數(shù)K≈0.75,直接采用1次減流時,誤差偏離較大,可采用連續(xù)3次減流,每次減流比例取0.75的3次方根即K1≈0.91,每次減流完成后,重新計算戴維南等效阻抗,然后繼續(xù)以K1為目標計算虛擬支路參數(shù),實施減流控制措施,直到3次減流完成為止。該措施及時修正了負荷及負荷等效導(dǎo)納變化對戴維南等效阻抗的影響,提高了計算精度。給出了當(dāng)選擇K=0.90時,部分支路控制中的切發(fā)電機節(jié)點g、負荷節(jié)點l及其控制量x、戴維南等效阻抗Zeq、虛擬支路導(dǎo)納系數(shù)λ的數(shù)據(jù)

支路總結(jié)

1)利用并聯(lián)虛擬支路方法對過流支路進行分流,使過流支路電流降為目標電流水平。虛擬支路導(dǎo)納系數(shù)由戴維南等效阻抗、過流支路導(dǎo)納以及目標分流系數(shù)共同決定。

2)基于置換定理,將虛擬支路用含參數(shù)的等效虛擬功率源置換,將虛擬支路切除問題轉(zhuǎn)化為虛擬功率源參數(shù)的增長問題。

3)利用靈敏度方法逐步切負荷和切發(fā)電機,獲得最小控制代價控制方案。

4)對產(chǎn)生誤差的原因進行了分析,提出了減小誤差的措施。算例驗證了該算法的正確性,具有工

程實用價值。 2100433B

支路概述

根據(jù)發(fā)電機出力變化與系統(tǒng)能量裕度變化的關(guān)系及其與支路潮流變化之間的關(guān)系，在求取發(fā)電機出力變化對支路電流變化的影響因子基礎(chǔ)上，采用非線性優(yōu)化的思路，通過預(yù)測-校正內(nèi)點法對系統(tǒng)所有發(fā)電機出力變化量進行組合優(yōu)化，計算了對應(yīng)不同系統(tǒng)狀態(tài)的支路電流變化量約束上下限，并根據(jù)約束上下限構(gòu)建了支路脆弱性評估指標。最后在IEEE-30母線系統(tǒng)中比較了本文所提方法與傳統(tǒng)最優(yōu)潮流法兩種優(yōu)化手段下的脆弱性評估，結(jié)果證明，根據(jù)系統(tǒng)運行條件變化來實時更新支路電流變化量約束上下限是本研究的一大優(yōu)點；另外，由于多臺發(fā)電機出力變化的綜合效應(yīng)可能引起支路的脆弱性并不按照通常趨勢變化，鑒于此，這里在使用能量裕度獲取支路約束時，允許支路潮流變化由不特定的發(fā)電機引起，有助于進一步探索電網(wǎng)的支路脆弱性。

支路實現(xiàn)方法分析

電網(wǎng)安全問題一直是眾多電力工作者關(guān)注的熱點問題。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，前期投資不足或者設(shè)計不當(dāng)，將導(dǎo)致電網(wǎng)某些部分存在脆弱隱患。而某些運行狀態(tài)的影響或不確定因素在特定環(huán)境下的疊加往往使得這些部分的脆弱特征更加鮮明，而該處的狀態(tài)改變將影響到與其相關(guān)聯(lián)的環(huán)節(jié)，使得脆弱化所帶來的影響在一定范圍內(nèi)傳播和擴大，最終導(dǎo)致大面積的系統(tǒng)災(zāi)變。因此，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)脆弱性在引發(fā)大面積的系統(tǒng)災(zāi)變中扮演了重要角色，辨識現(xiàn)有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的脆弱點，對于維護電網(wǎng)安全具有重要意義。

迄今為止，國內(nèi)外不少研究者對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)脆弱性進行了一定研究，所采用的方法大致可分為四類：能量函數(shù)法、基于概率和風(fēng)險理論的方法、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論以及人工智能的結(jié)合等。將能量裕度及其隨有功輸送的變化趨勢作為系統(tǒng)安全指標來評估系統(tǒng)脆弱性，引入了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，完成快速的模式識別和安全狀態(tài)的分類，在保證準確性的基礎(chǔ)上計算速度快；將暫態(tài)能量的變化規(guī)律與割集理論結(jié)合來識別網(wǎng)絡(luò)的脆弱支路；從系統(tǒng)保護的角度建立優(yōu)化模型，并提出系統(tǒng)充裕度指標和系統(tǒng)脆弱性指標的安全概率來評估系統(tǒng)脆弱性；從系統(tǒng)脆弱源發(fā)生的概率和造成的影響兩方面入手提出低電壓、過負荷風(fēng)險指標來定量評估系統(tǒng)脆弱性；引入風(fēng)險理論從電能短缺、容量短缺和系統(tǒng)故障三個方面來評估系統(tǒng)供電能力的脆弱性；基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，提出了用帶權(quán)重的支路介數(shù)來辨識電網(wǎng)中對系統(tǒng)脆弱性影響大的支路，基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，進一步提出通過度數(shù)指標來揭示電力網(wǎng)絡(luò)的脆弱環(huán)節(jié)，有助于對連鎖故障在大電網(wǎng)中傳播機理的研究；基于小世界網(wǎng)絡(luò)理論，提出以電網(wǎng)的連通性水平作為電網(wǎng)脆弱性評估判據(jù)來評估電網(wǎng)的脆弱性；基礎(chǔ)上構(gòu)造基于線路電抗的加權(quán)電網(wǎng)拓撲模型，提出計算加權(quán)電網(wǎng)平均距離的算法，評估電網(wǎng)脆弱性；同時考慮影響電網(wǎng)脆弱性的運行狀態(tài)和拓撲參量因素，在一定的電網(wǎng)運行條件下，結(jié)合加權(quán)改進的小世界模型，提出了基于二維平面擬合的電網(wǎng)脆弱性分析方法，所提指標具有一定的可行性。上述方法為電網(wǎng)結(jié)構(gòu)脆弱性研究向深入和實用方向發(fā)展提供了極其重要的借鑒作用。通過考慮發(fā)電機出力變化和支路約束變化的關(guān)系來分析電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)脆弱性問題。首先是探討發(fā)電機出力變化與系統(tǒng)能量裕度變化及其與支路潮流變化之間的關(guān)系，然后在求取發(fā)電機出力變化對支路潮流變化的影響因子基礎(chǔ)上，采用非線性優(yōu)化的思路，應(yīng)用已有的預(yù)測-校正內(nèi)點算法求解，獲取了不同系統(tǒng)條件下支路的電流變化量約束的上下限及其對應(yīng)的發(fā)電機出力變化量組合，最后根據(jù)所得約束提出了結(jié)構(gòu)脆弱性的評估指標。該思路的主要特點是以發(fā)電機的注入能量作為中介，將發(fā)電機出力變化對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的影響折算成支路電流變化，并通過非線性優(yōu)化技術(shù)計算不同系統(tǒng)狀態(tài)下的支路電流變化量約束上下限，結(jié)合評估指標來檢驗支路當(dāng)前電流狀態(tài)，以此判斷支路脆弱性。最后，在IEEE-30母線系統(tǒng)中對上述思路進行了正確性和可行性驗證。

網(wǎng)絡(luò)支路

[branch]∶網(wǎng)絡(luò)的一部分,由一個或多個兩端元件串聯(lián)組成

供電支路

[branchcircuit]∶供電系統(tǒng)的一部分，電路支路為電路中能通過同一電流的每個分支.，它分為有源支路(支路中含有電源)和無源支路.。在電路中支路為單個電路元件或是若干個電路元件的串聯(lián)，構(gòu)成的一個分支，一個分支上流經(jīng)的是同一個電流，電路中每個分支都稱作支路。

干路：并聯(lián)電路的總電流流過的路線；（就像樹干）支路：并聯(lián)電路的分支電流流過的路線。（就像樹枝）

道路支路

[branchway]∶支路是次干路與街坊路的連接線，解決局部交通問題，以服務(wù)功能為主。部分主要支路可以補充干道網(wǎng)的不足，可以設(shè)置公共交通線路，也可以作為非機動車專用道。支路上不宜通行過境車輛，只允許通行為地方服務(wù)的車輛。

(1)

[branchway]∶由干路分出的小路

(2)

[branchcircuit]∶供電系統(tǒng)的一部分

(3)

[branch]∶網(wǎng)絡(luò)的一部分,由一個或多個兩端元件串聯(lián)組成

中文名稱

支路電壓矢量

英文名稱

branch voltage vector

定　　義

以一個電路中各支路電壓作為元素所構(gòu)成的矢量。

應(yīng)用學(xué)科

電力（一級學(xué)科），通論（二級學(xué)科）

以支路電流為求解對象的電路計算方法。用此法計算一個具n個節(jié)點和b條支路的電路時，因待求的支路電流數(shù)為 b，故需列出 b個含支路電流的獨立方程。根據(jù)電路內(nèi)的支路電流在節(jié)點上必須服從基爾霍夫電流定律(KCL)的約束,支路電壓沿回路必須服從基爾霍夫電壓定律(KVL)的約束（見基爾霍夫定律）,而支路電流和支路電壓在每條支路上又必須滿足該支路的特性方程（即支路的電壓-電流關(guān)系，VCR）,可以導(dǎo)出這b個方程。首先，對除參考節(jié)點外的所有節(jié)點,利用KCL寫方程,可得(n-1)個只含支路電流的獨立方程；對所選定的基本回路，利用KVL寫方程，可得（b-n 1）個只含支路電壓的獨立方程。再根據(jù)各支路的連接形式和所含元件的類型寫出 b個既含支路電流又含支路電壓的支路方程。最后利用支路方程消去(b-n 1)個方程中的支路電壓,便得到總數(shù)為(n-1) (b-n 1)=b個只含支路電流的方程。列寫完這些方程可以聯(lián)立解出所需要的物理量。