支路潮流越限控制

支路概述

连锁跳闸是大停电事故的初期表现,防止连锁过载跳闸是防止电网大停电的重要措施之一。

支路故障切除或线路检修会引起潮流的转移,这就有可能引起某些支路潮流越限。输电系统的阻塞,威胁系统的安全和稳定。阻塞按其物理特性可以分为稳态阻塞和动态阻塞,支路潮流越限属于稳态阻塞问题。

通常采用灵敏度分析方法和优化方法解决系统中的阻塞问题。灵敏度方法是根据支路潮流的越限量,推算出控制变量应有的调整量。该方法不存在收敛性问题,鲁棒性较强,但考虑系统约束较少,计算精度不高。优化方法可以较全面地考虑各类约束,结果也较精确,但计算复杂,鲁棒性不好,需要对算法的收敛性和鲁棒性做进一步的研究。

基于戴维南定理,本文提出了过载支路的虚拟支路分流模型。虚拟支路是实际不存在的,必须通过控制措施将虚拟支路切除。基于置换定理,将虚拟支路切除问题转化为虚拟支路两端点注入功率增长问题,并通过灵敏度方法得到最小控制代价方案。该方法既考虑了各种约束条件,又具有计算简单的特点。

支路算法流程

算法流程的步骤如下:

1)搜索系统中潮流越限支路。

2)对最严重越限支路实施虚拟支路分流措施。根据分流系数K、戴维南等效阻抗以及越限支路导纳计算虚拟支路参数λ。

3)通过潮流计算获得虚拟支路潮流,基于置换定理,将虚拟支路的切除问题转化为支路两端点注入功率的增长问题。

4)在当前运行点计算越限支路视在功率对各个发电机和负荷节点注入功率的灵敏度。

5)根据虚拟功率源参数增长步长Δμ以及步骤4中计算的灵敏度确定切负荷、切发电机节点以及控制量,并实施控制措施。

6)重新计算潮流,若虚拟功率源参数μ尚未达到1,即虚拟支路尚未完全切除,则返回步骤4;若μ已经达到1,即虚拟支路已经完全切除,则进入步骤7。

7)检查系统中是否存在其他越限支路,若存在越限支路,转到步骤2;若不存在潮流越限支路,输出控制措施的最终结果。

支路算例分析

本节以NewEngland39节点系统为例,对本文方法进行了验证。算例中均假设对系统中唯一潮流越限支路进行减流控制。表1～表3对系统中所选减流支路分别以分流系数K=0.95,K=0.90,K=0.80进行控制减流和误差分析,提出了减小误差的措施。

控制后实际电流幅值变为原先电流幅值的倍数,即实际分流效果。误差分析:由表中实际分流效果数据可以看出,在实施虚拟支路分流和灵敏度控制后,实际得到的电流分流效果K′与目标分流系数K存在一定的偏差,且这个偏差随着K取值的减小而增大。这主要有如下几方面因素:

1)切负荷对虚拟支路导纳系数的影响。在实施切负荷后,负荷等效阻抗实际发生了变化,这将影响到从支路看进去系统的戴维南阻抗,进而影响分流效果。在分流系数K较大时,这种影响很小,可以忽略不计;但随着分流系数K的减小,切负荷量也随之增大,这种影响就比较明显了。

2)负荷本身性质的影响。由于在计算戴维南等效阻抗时将负荷转化为等效阻抗,在基于灵敏度实施控制时,势必会引起各负荷节点电压的变化,这些电压的变化会引起负荷等效阻抗的变化,进而影响分流效果。当分流系数K较大时,这种影响造成的误差可以忽略不计。当K较小,即需要大的分流时,这种影响将比较明显。减小误差的措施如下。当对支路进行较大比例的减流时,可将一次减流比例分为2次或几次减流来实现。算例仿真表明,K≈0.90时的支路控制效果基本能满足工程需要。这样,就可将一次减流分成几次在K≈0.90的支路减流,及时修正戴维南等效阻抗对虚拟支路参数的影响,减小累计误差。例如,要使支路电流幅值降低为原来的0.75倍左右,即目标系数K≈0.75,直接采用1次减流时,误差偏离较大,可采用连续3次减流,每次减流比例取0.75的3次方根即K1≈0.91,每次减流完成后,重新计算戴维南等效阻抗,然后继续以K1为目标计算虚拟支路参数,实施减流控制措施,直到3次减流完成为止。该措施及时修正了负荷及负荷等效导纳变化对戴维南等效阻抗的影响,提高了计算精度。给出了当选择K=0.90时,部分支路控制中的切发电机节点g、负荷节点l及其控制量x、戴维南等效阻抗Zeq、虚拟支路导纳系数λ的数据

支路总结

1)利用并联虚拟支路方法对过流支路进行分流,使过流支路电流降为目标电流水平。虚拟支路导纳系数由戴维南等效阻抗、过流支路导纳以及目标分流系数共同决定。

2)基于置换定理,将虚拟支路用含参数的等效虚拟功率源置换,将虚拟支路切除问题转化为虚拟功率源参数的增长问题。

3)利用灵敏度方法逐步切负荷和切发电机,获得最小控制代价控制方案。

4)对产生误差的原因进行了分析,提出了减小误差的措施。算例验证了该算法的正确性,具有工

程实用价值。 2100433B

支路概述

根据发电机出力变化与系统能量裕度变化的关系及其与支路潮流变化之间的关系，在求取发电机出力变化对支路电流变化的影响因子基础上，采用非线性优化的思路，通过预测-校正内点法对系统所有发电机出力变化量进行组合优化，计算了对应不同系统状态的支路电流变化量约束上下限，并根据约束上下限构建了支路脆弱性评估指标。最后在IEEE-30母线系统中比较了本文所提方法与传统最优潮流法两种优化手段下的脆弱性评估，结果证明，根据系统运行条件变化来实时更新支路电流变化量约束上下限是本研究的一大优点；另外，由于多台发电机出力变化的综合效应可能引起支路的脆弱性并不按照通常趋势变化，鉴于此，这里在使用能量裕度获取支路约束时，允许支路潮流变化由不特定的发电机引起，有助于进一步探索电网的支路脆弱性。

支路实现方法分析

电网安全问题一直是众多电力工作者关注的热点问题。随着电网规模的不断扩大，电网结构更加复杂，前期投资不足或者设计不当，将导致电网某些部分存在脆弱隐患。而某些运行状态的影响或不确定因素在特定环境下的叠加往往使得这些部分的脆弱特征更加鲜明，而该处的状态改变将影响到与其相关联的环节，使得脆弱化所带来的影响在一定范围内传播和扩大，最终导致大面积的系统灾变。因此，电网结构脆弱性在引发大面积的系统灾变中扮演了重要角色，辨识现有网架结构的脆弱点，对于维护电网安全具有重要意义。

迄今为止，国内外不少研究者对电网结构脆弱性进行了一定研究，所采用的方法大致可分为四类：能量函数法、基于概率和风险理论的方法、复杂网络理论以及人工智能的结合等。将能量裕度及其随有功输送的变化趋势作为系统安全指标来评估系统脆弱性，引入了人工神经网络，完成快速的模式识别和安全状态的分类，在保证准确性的基础上计算速度快；将暂态能量的变化规律与割集理论结合来识别网络的脆弱支路；从系统保护的角度建立优化模型，并提出系统充裕度指标和系统脆弱性指标的安全概率来评估系统脆弱性；从系统脆弱源发生的概率和造成的影响两方面入手提出低电压、过负荷风险指标来定量评估系统脆弱性；引入风险理论从电能短缺、容量短缺和系统故障三个方面来评估系统供电能力的脆弱性；基于复杂网络理论，提出了用带权重的支路介数来辨识电网中对系统脆弱性影响大的支路，基于复杂网络理论，进一步提出通过度数指标来揭示电力网络的脆弱环节，有助于对连锁故障在大电网中传播机理的研究；基于小世界网络理论，提出以电网的连通性水平作为电网脆弱性评估判据来评估电网的脆弱性；基础上构造基于线路电抗的加权电网拓扑模型，提出计算加权电网平均距离的算法，评估电网脆弱性；同时考虑影响电网脆弱性的运行状态和拓扑参量因素，在一定的电网运行条件下，结合加权改进的小世界模型，提出了基于二维平面拟合的电网脆弱性分析方法，所提指标具有一定的可行性。上述方法为电网结构脆弱性研究向深入和实用方向发展提供了极其重要的借鉴作用。通过考虑发电机出力变化和支路约束变化的关系来分析电网的结构脆弱性问题。首先是探讨发电机出力变化与系统能量裕度变化及其与支路潮流变化之间的关系，然后在求取发电机出力变化对支路潮流变化的影响因子基础上，采用非线性优化的思路，应用已有的预测-校正内点算法求解，获取了不同系统条件下支路的电流变化量约束的上下限及其对应的发电机出力变化量组合，最后根据所得约束提出了结构脆弱性的评估指标。该思路的主要特点是以发电机的注入能量作为中介，将发电机出力变化对电网结构的影响折算成支路电流变化，并通过非线性优化技术计算不同系统状态下的支路电流变化量约束上下限，结合评估指标来检验支路当前电流状态，以此判断支路脆弱性。最后，在IEEE-30母线系统中对上述思路进行了正确性和可行性验证。

网络支路

[branch]∶网络的一部分,由一个或多个两端元件串联组成

供电支路

[branchcircuit]∶供电系统的一部分，电路支路为电路中能通过同一电流的每个分支.，它分为有源支路(支路中含有电源)和无源支路.。在电路中支路为单个电路元件或是若干个电路元件的串联，构成的一个分支，一个分支上流经的是同一个电流，电路中每个分支都称作支路。

干路：并联电路的总电流流过的路线；（就像树干）支路：并联电路的分支电流流过的路线。（就像树枝）

道路支路

[branchway]∶支路是次干路与街坊路的连接线，解决局部交通问题，以服务功能为主。部分主要支路可以补充干道网的不足，可以设置公共交通线路，也可以作为非机动车专用道。支路上不宜通行过境车辆，只允许通行为地方服务的车辆。

(1)

[branchway]∶由干路分出的小路

(2)

[branchcircuit]∶供电系统的一部分

(3)

[branch]∶网络的一部分,由一个或多个两端元件串联组成

中文名称

支路电压矢量

英文名称

branch voltage vector

定　　义

以一个电路中各支路电压作为元素所构成的矢量。

应用学科

电力（一级学科），通论（二级学科）

以支路电流为求解对象的电路计算方法。用此法计算一个具n个节点和b条支路的电路时，因待求的支路电流数为 b，故需列出 b个含支路电流的独立方程。根据电路内的支路电流在节点上必须服从基尔霍夫电流定律(KCL)的约束,支路电压沿回路必须服从基尔霍夫电压定律(KVL)的约束（见基尔霍夫定律）,而支路电流和支路电压在每条支路上又必须满足该支路的特性方程（即支路的电压-电流关系，VCR）,可以导出这b个方程。首先，对除参考节点外的所有节点,利用KCL写方程,可得(n-1)个只含支路电流的独立方程；对所选定的基本回路，利用KVL写方程，可得（b-n 1）个只含支路电压的独立方程。再根据各支路的连接形式和所含元件的类型写出 b个既含支路电流又含支路电压的支路方程。最后利用支路方程消去(b-n 1)个方程中的支路电压,便得到总数为(n-1) (b-n 1)=b个只含支路电流的方程。列写完这些方程可以联立解出所需要的物理量。