摘要：在电网中，考虑到发电负荷节点在功率传输中利用情况，结合发电容量、负荷水平形成的影响，引入潮流介数指标，指导关键输电线路的辨识。这种判断指标对电网不同运行方式下潮流分布的特征具有适应性，在全网功率传输中，实现了输电线路作用与贡献的量化，从物理背景层面看，满足了电力系统实际的情况。本文分析了电力关键线路的识别，分析了关键线路相对重要度验证。
关键词：线路；潮流介数；线路识别
一、潮流介数
1、网络拓扑介数
依据复杂网络理论，网络可以描述成由点集V和边集E组成的有向有权图G=(V,E)，每个节点用Vi表示，节点i到节点j的边用Eij表示，该边的权重用wij表示；最短路径Dij定义为节点i与节点j之间所有路径中总权最小的一条路径所经过的边数。边e的介数定义为网络中任意两个节点间最短路径经过e的数目与最短路径总数的比例[14]，如式所示：
介数最早在社会网络和信息网络中使用，由于在这类网络中，两节点间的信息或能量总是通过节点间的最短路径传播，因此介数常用于度量边在网络中的重要程度。支路的介数越大，表示该支路在网络中承担更多的中介功能，因此处于关键地位。
2、潮流介数的计算。依据式求取线路的潮流介数，需要求得关键量：1）发电机m向负荷n 所传输的功率P(m,n)，即负荷n的功率组成中发电机m的贡献功率；2）每条线路功率组成中发电负荷节点对(m,n)的贡献功率Pij(m,n)。采用潮流追踪[1]的方法，在顺序/逆序分配矩阵基础上，分别进行顺流和逆流追踪计算，即可求得线路ij 中的潮流功率组成。其中线路ij 的潮流中流向负荷n 的部分为:
二、基于潮流介数的关键线路辨识流程
基于上节关键线路辨识指标的分析，给出辨识关键线路的流程，如图1所示。1）首先基于电网潮流结果和电网基础数据，形成逆序分配矩阵Au进行潮流逆序追踪计算，得到线路ij的潮流中由发电机m提供的部分Pij,m和发电机m到负荷n的传输功率P(m,n)；2）然后形成顺序分配矩阵Ad进行潮流顺序追踪计算，得到线路ij潮流中流向负荷n的部分Pij,n；3）利用式(9)计算线路ij潮流中由发电负荷对(m,n)提供的分量Pij(m,n)；4）利用式(10)计算线路ij在所有发电负荷对累加效应下的潮流介数；5）得到电网中所有线路的潮流介数，并应用冒泡法进行排序；6）根据电网规模和系统运行要求，确定排名前若干位的线路为关键线路辨识结果。
三、关键线路相对重要度验证
1、层次结构模型建立。辨别一条输电线路在电网中的重要或关键程度如何，需要考察其故障开断对电网造成的影响程度。以往对这种影响程度的衡量多采用与复杂网络拓扑结构相关的参数如连通性水平、系统全局效能等指标。由于这些指标均涉及到从电源点到负荷点的最短路径或最优路径的选取，因而仍保留着节点间功率按“最短路径”传输的色彩，并没有体现出对电力系统状态变化的综合描述。由前两节潮流介数的概念和计算过程可以看出，使用潮流介数指标辨识出的关键线路在电网潮流转移和功率输送中发挥着关键作用，关键线路的故障开断不但会对电网潮流分布和电压分布产生影响，而且会对电网暂态稳定性造成威胁。为了准确反映关键线路故障开断对电力系统状态的综合影响，采用层次分析法AHP，对关键线路故障导致的输电线路过负荷、中枢点电压越限和暂态稳定性等系统状态的变化进行综合评价，以验证上文所辨识出关键线路的相对重要程度。根据线路、系统状态指标和系统安全状态的相互关系，将关键线路对系统状态影响评价的层次结构模型，如图所示。
图中，目标层即为线路开断对系统状态造成的综合影响，是总目标；准则层U=(U1,U2,U3)为描述系统状态的指标，分别为线路过负荷指标、节点电压越限指标和暂态稳定性指标；对象层B=(B1,B2,BN)中的各元素表示按潮流介数大小进行开断的线路。
四、CEPRI36节点系统算例分析
1、CEPRI36节点系统。以CEPRI36节点系统进行仿真，该系统包含8台发电机、9个负荷节点和30条交流线。
2、关键线路辨识结果。根据1.4节的计算方法，去除发电机变压器支路、三绕组变压器支路和小母线支路后，计算得到剩余18条输电线路的潮流介数归一化指标分布，根据系统运行要求，确定潮流介数排名靠前的线路为关键线路，其余线路为非关键线路。将基于潮流介数的关键线路辨识结果与已有电气介数指标的比较结果列于表。
对比表可以看出，对于关键线路，提出的潮流介数辨识结果和已有电气介数的排序结果基本一致，尤其对最关键线路的辨识上保持高度一致，只是在线路23-24 的排序上略有不同。对应电网结构和潮流图可以看出，线路27-28 和线路25-26 是构成500kV 输电网架的关键线路，是供给全网最大的两个负荷节点bus16和bus29的重要输电通道。该线路的开断将导致区域功率供给严重不足，从功率输送和拓扑结构上分析该线路也应属于关键线路。说明潮流介数和电气介数模型在辨识高电压等级重要输电线路的功能上同样有效。线路23-24 是电厂bus1 的功率送出通道，同时也是供给负荷bus22和负荷bus23的重要输电通道，该线路故障将导致电厂bus1 的功率不能完全送出，同时由于发电机bus1处于系统末端，该线路发生故障还将导致bus1 与全网功角失稳。因此得到的结果认为线路23-24在重要程度上大于线路25-26，下文的暂态稳定性指标也验证了该判断的正确性。对于关键性排名第4和5 的两条线路，对比电网结构和潮流图可以看出，线路33-34 是供给电网最大负荷bus29(520MW)的两条线路中输送功率最大的输电线路，而线路16-29 则是两大负荷节点bus16 和bus29 的功率联络线，这两条线路的故障势必导致这两个负荷的功率供给不足，周围区域的电压稳定性也会遭到破坏。因此从承担功率输送作用方面该两条线路应为关键线路在电网中的地位也很重要。
电力系统引起了人们的密切关注。研究得出，大的停电事故通常源于个别元件的故障，产生连锁反应，给整个系统带来瘫痪，少数关键线路波及了大停电事故。输电线路中的潮流有一定的方向性，各发电负荷节点产生不同方向的功率，相互之间叠加、抵消，使发电负荷借助电网中的部分线路，实现功率的传输。
参考文献
[1]曹一家，陈晓刚．基于复杂网络理论的大型电力系统脆弱线路辨识［J］．电力自动化设备，2012，26(12):1－5．
[2]王秀丽，王锡凡．电气介数及其在电力系统关键线路识别中的应用［J］．中国电机工程学报，2013，30(1):33－39．
论文作者:赵瑞东
论文发表刊物:《知识-力量》2018年7月上
论文发表时间:2018/7/16
标签：线路论文; 潮流论文; 关键论文; 节点论文; 负荷论文; 功率论文; 电网论文; 《知识-力量》2018年7月上论文;