支路支路約束

支路概述

根據(jù)發(fā)電機(jī)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(jī)出力變化對(duì)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(diǎn)法對(duì)系統(tǒng)所有發(fā)電機(jī)出力變化量進(jìn)行組合優(yōu)化，計(jì)算了對(duì)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(píng)估指標(biāo)。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(píng)估，結(jié)果證明，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行條件變化來實(shí)時(shí)更新支路電流變化量約束上下限是本研究的一大優(yōu)點(diǎn)；另外，由于多臺(tái)發(fā)電機(jī)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(shí)，允許支路潮流變化由不特定的發(fā)電機(jī)引起，有助于進(jìn)一步探索電網(wǎng)的支路脆弱性。

支路實(shí)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(diǎn)問題。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，前期投資不足或者設(shè)計(jì)不當(dāng)，將導(dǎo)致電網(wǎng)某些部分存在脆弱隱患。而某些運(yùn)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(kuò)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(shí)現(xiàn)有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的脆弱點(diǎn)，對(duì)于維護(hù)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(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)脆弱性進(jìn)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(xiǎn)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(biāo)來評(píng)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(shí)別和安全狀態(tài)的分類，在保證準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上計(jì)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(shí)別網(wǎng)絡(luò)的脆弱支路；從系統(tǒng)保護(hù)的角度建立優(yōu)化模型，并提出系統(tǒng)充裕度指標(biāo)和系統(tǒng)脆弱性指標(biāo)的安全概率來評(píng)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(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)來定量評(píng)估系統(tǒng)脆弱性；引入風(fēng)險(xiǎn)理論從電能短缺、容量短缺和系統(tǒng)故障三個(gè)方面來評(píng)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(shí)電網(wǎng)中對(duì)系統(tǒng)脆弱性影響大的支路，基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，進(jìn)一步提出通過度數(shù)指標(biāo)來揭示電力網(wǎng)絡(luò)的脆弱環(huán)節(jié)，有助于對(duì)連鎖故障在大電網(wǎng)中傳播機(jī)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(píng)估判據(jù)來評(píng)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?fù)淠Ｐ停岢鲇?jì)算加權(quán)電網(wǎng)平均距離的算法，評(píng)估電網(wǎng)脆弱性；同時(shí)考慮影響電網(wǎng)脆弱性的運(yùn)行狀態(tài)和拓?fù)鋮⒘恳蛩?，在一定的電網(wǎng)運(yùn)行條件下，結(jié)合加權(quán)改進(jìn)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(biāo)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(shí)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(jī)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(jī)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(jī)出力變化對(duì)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(diǎn)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(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)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(píng)估指標(biāo)。該思路的主要特點(diǎn)是以發(fā)電機(jī)的注入能量作為中介，將發(fā)電機(jī)出力變化對(duì)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(jì)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(píng)估指標(biāo)來檢驗(yàn)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(duì)上述思路進(jìn)行了正確性和可行性驗(yàn)證。

網(wǎng)絡(luò)支路

[branch]∶網(wǎng)絡(luò)的一部分,由一個(gè)或多個(gè)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(gè)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(gè)電路元件或是若干個(gè)電路元件的串聯(lián)，構(gòu)成的一個(gè)分支，一個(gè)分支上流經(jīng)的是同一個(gè)電流，電路中每個(gè)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(bǔ)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(jī)動(dòng)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(gè)或多個(gè)兩端元件串聯(lián)組成

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(huì)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(dòng)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(qiáng),但考慮系統(tǒng)約束較少,計(jì)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(jì)算復(fù)雜,魯棒性不好,需要對(duì)算法的收斂性和魯棒性做進(jìn)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(shí)際不存在的,必須通過控制措施將虛擬支路切除?；谥脫Q定理,將虛擬支路切除問題轉(zhuǎn)化為虛擬支路兩端點(diǎn)注入功率增長問題,并通過靈敏度方法得到最小控制代價(jià)方案。該方法既考慮了各種約束條件,又具有計(jì)算簡單的特點(diǎn)。

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(duì)最嚴(yán)重越限支路實(shí)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(jì)算虛擬支路參數(shù)λ。

3)通過潮流計(jì)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(diǎn)注入功率的增長問題。

4)在當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)計(jì)算越限支路視在功率對(duì)各個(gè)發(fā)電機(jī)和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)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(jì)算的靈敏度確定切負(fù)荷、切發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)以及控制量,并實(shí)施控制措施。

6)重新計(jì)算潮流,若虛擬功率源參數(shù)μ尚未達(dá)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(dá)到1,即虛擬支路已經(jīng)完全切除,則進(jìn)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(diǎn)系統(tǒng)為例,對(duì)本文方法進(jìn)行了驗(yàn)證。算例中均假設(shè)對(duì)系統(tǒng)中唯一潮流越限支路進(jìn)行減流控制。表1～表3對(duì)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(jìn)行控制減流和誤差分析,提出了減小誤差的措施。

控制后實(shí)際電流幅值變?yōu)樵入娏鞣档谋稊?shù),即實(shí)際分流效果。誤差分析:由表中實(shí)際分流效果數(shù)據(jù)可以看出,在實(shí)施虛擬支路分流和靈敏度控制后,實(shí)際得到的電流分流效果K′與目標(biāo)分流系數(shù)K存在一定的偏差,且這個(gè)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(fù)荷對(duì)虛擬支路導(dǎo)納系數(shù)的影響。在實(shí)施切負(fù)荷后,負(fù)荷等效阻抗實(shí)際發(fā)生了變化,這將影響到從支路看進(jìn)去系統(tǒng)的戴維南阻抗,進(jìn)而影響分流效果。在分流系數(shù)K較大時(shí),這種影響很小,可以忽略不計(jì);但隨著分流系數(shù)K的減小,切負(fù)荷量也隨之增大,這種影響就比較明顯了。

2)負(fù)荷本身性質(zhì)的影響。由于在計(jì)算戴維南等效阻抗時(shí)將負(fù)荷轉(zhuǎn)化為等效阻抗,在基于靈敏度實(shí)施控制時(shí),勢必會(huì)引起各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓的變化,這些電壓的變化會(huì)引起負(fù)荷等效阻抗的變化,進(jìn)而影響分流效果。當(dāng)分流系數(shù)K較大時(shí),這種影響造成的誤差可以忽略不計(jì)。當(dāng)K較小,即需要大的分流時(shí),這種影響將比較明顯。減小誤差的措施如下。當(dāng)對(duì)支路進(jìn)行較大比例的減流時(shí),可將一次減流比例分為2次或幾次減流來實(shí)現(xiàn)。算例仿真表明,K≈0.90時(shí)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(shí)修正戴維南等效阻抗對(duì)虛擬支路參數(shù)的影響,減小累計(jì)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(biāo)系數(shù)K≈0.75,直接采用1次減流時(shí),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(jì)算戴維南等效阻抗,然后繼續(xù)以K1為目標(biāo)計(jì)算虛擬支路參數(shù),實(shí)施減流控制措施,直到3次減流完成為止。該措施及時(shí)修正了負(fù)荷及負(fù)荷等效導(dǎo)納變化對(duì)戴維南等效阻抗的影響,提高了計(jì)算精度。給出了當(dāng)選擇K=0.90時(shí),部分支路控制中的切發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)g、負(fù)荷節(jié)點(diǎn)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(duì)過流支路進(jìn)行分流,使過流支路電流降為目標(biāo)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(biāo)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(fù)荷和切發(fā)電機(jī),獲得最小控制代價(jià)控制方案。

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

程實(shí)用價(jià)值。 2100433B

中文名稱

支路電壓矢量

英文名稱

branch voltage vector

定　　義

以一個(gè)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(jí)學(xué)科），通論（二級(jí)學(xué)科）

以支路電流為求解對(duì)象的電路計(jì)算方法。用此法計(jì)算一個(gè)具n個(gè)節(jié)點(diǎn)和b條支路的電路時(shí)，因待求的支路電流數(shù)為 b，故需列出 b個(gè)含支路電流的獨(dú)立方程。根據(jù)電路內(nèi)的支路電流在節(jié)點(diǎn)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(gè)方程。首先，對(duì)除參考節(jié)點(diǎn)外的所有節(jié)點(diǎn),利用KCL寫方程,可得(n-1)個(gè)只含支路電流的獨(dú)立方程；對(duì)所選定的基本回路，利用KVL寫方程，可得（b-n 1）個(gè)只含支路電壓的獨(dú)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(gè)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(gè)方程中的支路電壓,便得到總數(shù)為(n-1) (b-n 1)=b個(gè)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。