基于潮流介數的電力系統關鍵線路辨識

發布日期：2017-07-03 來源：中國知網 作者：劉文穎梁才徐鵬但揚清王佳明王維洲 瀏覽次數：307

近年來，電力系統大停電得到了越來越密切的關注。尤其是 2012 年 7 月 30 日和 31 日印度發生的史上影響范圍最大的大規模停電事故，為中國電網的大停電預防和安全運行敲響了警鐘[1-2]。研究分析表明，大停電事故一般由個別元件故障開始，引發連鎖反應故障最終導致系統崩潰，其中極少數起關鍵作用的線路對大停電事故的蔓延往往起到推波助瀾的作用[3-4]。因此如何尋找這些關鍵性線路具有重要的理論和應用研究價值。文獻[5-6]使用了節點或支路的介數來衡量該節點或支路的關鍵性，并得到“介數指標能更好辨識電網薄弱環節，高介數線路和節點對電網脆弱性影響更大”的結論。文獻[7-8]提出了加權介數的概念，即采用電抗參數最短的路徑的邊作為最短路徑，并引入節點“運行容量”和“運行極限”進行線路電抗修改使分析結果更加精確。文獻[9]進一步將節點間的電氣距離改進到電壓耦合強度和線路可用概率。文獻[10]以發電機有功出力作為線路權系數，并將線路加權介數修正為相鄰線路中加權介數最高值的方法辨識電網關鍵線路。文獻[11-12]基于電路方程提出電氣介數的概念，克服了加權介數模型假設母線間潮流只沿最短路徑流動的不足。文獻[13]提出結合電網運行狀態和網絡拓撲的綜合評估模型進行關鍵環節辨識。
上述模型和方法大多假設母線間功率只按最短路徑流動(包括最短電氣距離)，忽略了電網節點間按 Kirchhoff 定律傳輸的事實，于是在計算介數時就忽略了其他可能傳輸路徑的作用；并且現有研究建立的電網拓撲模型大多是一個無向圖，并未考慮線路潮流具有方向性的特點。因此，上述模型和方法尚未被電力工程界所廣泛接受，如何建立更加符合電網實際物理屬性的關鍵線路辨識方法顯得尤為重要。
本文首先在分析網絡拓撲介數和已有介數指標不足的基礎上，提出潮流介數概念，并將其用于辨識系統的關鍵線路。該方法克服了以往(加權)介數指標假設節點間功率按最短路徑傳輸的不足，考慮了線路中潮流的方向性和實際潮流分布特點，使其物理背景更加符合電力系統特點；接著給出基于潮流介數的關鍵線路辨識具體流程；其次，在反映關鍵線路對電力系統狀態造成的影響方面，提出采用層次分析法對關鍵線路開斷對系統造成的影響進行綜合評價，使得評價結果更加客觀和貼近電力系統實際。最后，通過 CEPRI 36 節點數據和甘肅電網實際運行數據的仿真結果表明，所提關鍵線路辨識方法充分考慮了線路在發電機到負荷功率傳輸中發揮的作用和不同發電容量和負荷水平對線路關鍵性的影響，可準確反映關鍵線路在整個電網中的重要程度。更多詳細內容請見附件