基于电气分区的输电断面及其自动发现研究

基于电气分区的输电断面及其自动发现研究摘要：电力系统的稳定工作是保证国民基础经济建设有序发展的基础，然而实际工作中往往会因为各种外因，导致电力故障。断面连锁过载跳闸属于其中一个比较严重的问题，主要发生在过载之路切断后，要进行有效的解决，必须首先寻找到输电断面。传统上人工搜寻的方法显然已不适应于目前电力发展的现状，本文提出了一种基于电气分区的输电断面自动发现方法，并通过算例仿真论证了其有效性。关键词：电气分区；多电压等级；过负荷输电断面；自动发现引言输电断面是对宏观电力系统进行划分，降低其维度，利用特定运行规则实现阶段性控制的基本单位，其反应了电力系统运行的安全性，要求再电网设计过程中做出有效的确定。传统上倾向于以人工选择确定断面，然而该方法并不适应于运行方式实时变化的电网，但现阶段的电网正由于不断扩展规模、不断接入新能源，而不断改变着运行方式。在这种背景下，我们必须探究准确性更高的输电断面自动发现方式。目前研究较为深入的输电断面自动发现方法有如下三类：①按照电网运行特征将系统划分为不同的区间，利用数学图论原则查找断面，该算法虽然能够简化系统，方便在线定位断面，但不适用于区内支路；②定位过载支路节点，以最小路径法确定关键输电断面，该算法理论性较强，然而并未有效考虑电压等级等其他内因对电网的影响，因此实际意义不大；③通过交流潮流及其他过载支路信息，准确计算出输电断面，该算法虽然精度较高，但需要得到详细的功率信息，对计算速度的要求较高，实用性也并不大。本文则提出了一中基于电力分区的断面定义方法，并就其自动发现方法做了详细的介绍，通过实际验证，结果显示每15分钟，即能对输电断面进行一次自动获取，适用性已能满足当前的电网发展需求。一、基于电气分区的输电断面自动发现方法为了深入研究输电断面的自动发现方法，我们首先对输电断面有一个基本的认识。（一）输电断面的特征及定义断面的特征主要有：①不可继续分割；②有功潮流方向相同；③支路开断灵敏度大。基于以上三点，我们又可将断面继续做分类，其中初始断面主要满足特征①、输电断面同时满足三个特征、关键断面则属于对电网具有重要影响的输电断面，其安全裕度极小。可见，从包含关系上看，三类断面之间满足（关键断面∈输电断面∈初始断面）的包含关系。本文基于此包含关系，首先介绍了初始断面的发现方法，随后逐级找出其中的输电断面、关键断面。其详细流程图如图1所示。需要注意的是，电气分区采用的是实时潮流方式，初始断面的获取则利用了数学图论知识。图1输电断面自动发现流程图（二）基于电气分区的输电断面自动发现方法研究1、电气分区本文探讨的电气分区方法，主要利用了场站地理分区信息。首先假设电网是一进一出的二端口，共有N个节点，那么两场站之间的电气距离，就是场站间电网的等值阻抗，设电气距离为Dij，则：（1）其中下角标不同的三项Z元素是阻抗矩阵中的对应值。由此可进一步推得，电气分区的主要步骤为：首先，对电网进行场站地理分区；其次，做厂站预处理，令树枝厂站与所连环上厂站处于同一分区、对相互连接的环上厂站，如果除1个外，其他均位于同一分区，则将那一个划分至同一分区、对于边界厂站，通过计算其到每个分区厂站间的平均电气距离，置于距离最近的分区中；接下来重复上一步骤，使所有厂站分区不再改变。电气分区的流程图可表示为：图2电气分区流程图2、初始断面获得初始断面的获得主要依靠图论原则，如果我们将电网看成图G（V,E），则仅需遍历交集为空集、并集为V的顶点集，找出其中的连通图，联通顶点集之间的联络线即为初始断面。显然，对于一个顶点数为n的图而言，上述遍历算法需要进行(2n/2-1)次，而对于省级电网而言，遍历次数显然会过多，不适宜于目前的科学计算机处理，因此还应该将联系紧密的厂站压缩至同一个顶点中进行计算。一般而言，为了降低顶点数目，我们会将数字顶点压缩到与其相连的换上顶点进行考虑。3、输电断面获得由断面定义可知，输电店面即是有功潮流流向相同、支路开端灵敏度大的初始断面，以这两个约束因子对获得的初始断面进行筛选，就得到了所需输电断面。有功潮流的流向一致，其表现为支路负载较低或支路有功功率相较于断面其他支路较小；支路开断灵敏度则可以通过开端分布因子来计算。此因子的计算公式为：（2）其中x表示相关线路电抗，X表示相应的自阻抗和互阻抗。当此因子大于阈值时，即可认定支路开断灵敏度交稿，断面属于输电断面。4、关键断面获得从输电断面中继续筛选出安全裕度极小的断面，即可得到关键断面。一般可以通过下式计算断面安全裕度：（3）其中，Psec表示断面功率，Psmax表示功率极限，该极限值可以选择连续潮流法计算下的断面悲观极限。二、实际算例分析（一）自动发现结果分析本地区电网某一时刻投运200个有功厂站、500条支路，通过上述算法，获得了初始断面33个、输电断面7个，而相关专家通过人工选择，确定的断面数有12个，且被包含在通过本方法确定的断面中，充分显示了此算法的准确性。姊妹电网管理中心也同时开展了对该算法的检测试验，结果显示，某一时刻投运279个有工厂站，601条支路，上述算法得到的初始断面为38个，输电断面11个，而相关专家给出的断面为14个，同样被包含在本方法确定的断面中，再次验证了算法的有效性。（二）输电断面的确定以本地区电网另一时刻运行状况为例，分析其关键断面自动发现效果。通过本文研究的方法，共确定了13条输电断面，其中11条同时得到了运行方式专家和本算法的验证，另有两条属于专家未准确找出的断面，说明本文所研究的方法能够有效发现新断面，降低断面遗漏，更适合运行方式改变下的电网。与此同时，运行方式专家共找出了14个断面，并判断出其中的3条不属于输电断面，理由是有功潮流的流向不统一，然而其中却有1条断面最终被本算法认定的输电断面所涵盖，这说明通过本方案，能够有效纠正人工选择下的误差。当然，运行方式专家给出的断面数量要多于本方案认定的输电断面，这也显示了人工选择显得保守性。结束语基于输电断面对电网安全稳定运行的意义重大，而传统上以专家人工选择断面的方式具有显著的局限性，已逐渐无法满足现阶段电网实时变动的情况，因此，我们有必要探寻自动化程度更高、选择更为准确的方案。本文主要分析了一种基于电气分区的输电断面定义及其自动发现方法。在该方案下，首先需要根据地区内厂站的地理分布信息进行电气分区，再以遍历法从中搜寻出初始断面，进而细化约束条件，从初始断面中进一步找出输电断面及关键断面。通过实际检验，并与专家给出的结果相对比，显示此方案具备一定的可行性，值得在一定范围内推广。参考文献：[1]王亮.电力系统输电断面搜索与输电能力分析[D].华中科技大学,2012.[2]孙宏斌,赵峰,蒋维勇,等.电网精细规则在线自动发现系统架构与功能设计[J].电力系统自动化,2011（18）:81-86.[3]杨燕,文福拴,王洁,等.计及关键支路的输电断面自动确定方法[J].电力系统自动化,2012（14）:6-10.[4]雷成,刘俊勇,刘友波,等.基于状态分区的输电断面快速搜索[J].华东电力,2013（03）:558-562.[5]罗钢,陈金富,石东源,等.基于复杂网络理论的关键输电断面分析[J].中国电机工程学报,2013（25）:147-155，22.