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團(tuán)隊(duì)介紹

王增平，教授，博士生導(dǎo)師，華北電力大學(xué)副校長，電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)科帶頭人，北京市教學(xué)名師，中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)繼電保護(hù)專委會(huì)副主任委員，中國電工技術(shù)學(xué)會(huì)電力系統(tǒng)控制與保護(hù)專委會(huì)副主任委員。致力于繼電保護(hù)原理、變電站綜合自動(dòng)化、廣域保護(hù)等領(lǐng)域的研究工作，先后完成重大科技項(xiàng)目10余項(xiàng)，獲省、部級科技獎(jiǎng)勵(lì)9項(xiàng)，在國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文200多篇，其中100多篇被三大檢索機(jī)構(gòu)收錄。

朱劭璇，博士研究生，1989年生，主要從事電力系統(tǒng)安全防御研究。

王彤，副教授，碩士生導(dǎo)師，博士后，1985年生，2013年華北電力大學(xué)獲得博士學(xué)位，2011-2012年在美國弗吉尼亞大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)，從事電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與控制等方面研究，發(fā)表論文30余篇，主持國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目1項(xiàng)，博士后科學(xué)基金面上資助1項(xiàng)，獲省部級獎(jiǎng)1項(xiàng)。

導(dǎo)語

超、特高壓輸電線路因故障切除后容易引發(fā)受端電網(wǎng)出現(xiàn)大規(guī)模潮流轉(zhuǎn)移過負(fù)荷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致連鎖跳閘甚至大面積停電。針對此現(xiàn)象，提出了一種受端電網(wǎng)分層優(yōu)化切負(fù)荷策略。該策略考慮了不同電壓等級下電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在有效消除線路過負(fù)荷的同時(shí)避免了直接切除高壓線路造成的“過切”現(xiàn)象。

研究背景

超、特高壓線路因故障切除后可能導(dǎo)致受端電網(wǎng)出現(xiàn)大規(guī)模潮流轉(zhuǎn)移，進(jìn)而引發(fā)部分線路出現(xiàn)過負(fù)荷。如不能及時(shí)有效地消除過負(fù)荷現(xiàn)象，繼電保護(hù)裝置將切除過負(fù)荷線路，造成故障事態(tài)的進(jìn)一步擴(kuò)大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致連鎖跳閘甚至大面積停電。然而，現(xiàn)有切負(fù)荷控制仍屬于系統(tǒng)穩(wěn)定控制功能范圍，啟動(dòng)時(shí)間滯后，控制功能實(shí)現(xiàn)時(shí)，繼電保護(hù)裝置可能已經(jīng)因過負(fù)荷而動(dòng)作跳閘。因此，合理利用切負(fù)荷控制手段，在過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作之前，快速高效地解決線路過負(fù)荷問題，對受端電網(wǎng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。

論文所解決的問題及意義

本文考慮了不同電壓等級下電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以有效解決超特高壓線路切除引發(fā)的受端電網(wǎng)潮流轉(zhuǎn)移過負(fù)荷問題。相比于其他策略，本策略在有效消除線路過負(fù)荷的同時(shí)避免了直接切除高壓線路造成的“過切”現(xiàn)象，策略計(jì)算時(shí)間短，有利于實(shí)現(xiàn)工程在線應(yīng)用。

論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

按目前我國電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，500kV及以上電壓等級線路普遍采用環(huán)形或網(wǎng)格型結(jié)構(gòu)運(yùn)行，而500kV以下電壓等級線路則基本采用解環(huán)輻射結(jié)構(gòu)運(yùn)行。本文基于電網(wǎng)實(shí)際結(jié)構(gòu)建立了一個(gè)按電壓等級分層的切負(fù)荷系統(tǒng)，以500kV為界線，對500kV以上和以下電壓等級分別制定切負(fù)荷策略，在潮流轉(zhuǎn)移過負(fù)荷發(fā)生后依策略由高電壓等級向低電壓等級逐級分配切負(fù)荷任務(wù)。

圖1 受端電網(wǎng)分層切負(fù)荷策略流程圖

500kV及以上電壓等級切負(fù)荷策略

推導(dǎo)了過負(fù)荷支路電流與負(fù)荷節(jié)點(diǎn)注入電流之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式，為保證電網(wǎng)停電范圍盡可能小，以切負(fù)荷總量最小為準(zhǔn)則，結(jié)合電網(wǎng)頻率及節(jié)點(diǎn)電壓約束條件，將問題轉(zhuǎn)化為最優(yōu)化求解問題。由于大電網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大，直接對全部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行求解會(huì)導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間過長，甚至陷入維數(shù)災(zāi)。因此提出了一種節(jié)點(diǎn)分區(qū)方案，通過對定義的過負(fù)荷區(qū)域內(nèi)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)進(jìn)行辨識(shí)及校驗(yàn)，避免了對全部負(fù)荷節(jié)點(diǎn)進(jìn)行搜索計(jì)算。

圖2 過負(fù)荷區(qū)域劃分示意圖

500kV以下電壓等級切負(fù)荷策略

500kV節(jié)點(diǎn)切負(fù)荷量確定后，為避免停電范圍擴(kuò)大，需將控制任務(wù)細(xì)分至500kV以下各電壓等級。為保證快速分配不同電壓等級之間的切負(fù)荷任務(wù)，本文以負(fù)荷重要度、負(fù)荷承載度以及負(fù)荷靈活度為評價(jià)因素，建立了切負(fù)荷綜合評價(jià)體系。首先建立評價(jià)因素的隸屬度函數(shù)，由層次分析法確定各評價(jià)因素的權(quán)重大小，然后采用模糊評價(jià)法對各級變電站下屬負(fù)荷線路進(jìn)行綜合評價(jià)，最終根據(jù)評價(jià)結(jié)果得到各電壓等級變電站的切負(fù)荷量。

結(jié)論

• （1）通過跨電壓等級分層優(yōu)化切負(fù)荷，避免了直接切除高壓線路導(dǎo)致的“過切”現(xiàn)象，可有效減少停電范圍。
• （2）500kV及以上電壓等級線路通過劃分過負(fù)荷區(qū)域，避免了對系統(tǒng)中負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的全局計(jì)算，大幅減少了計(jì)算時(shí)間。
• （3）本策略利用的是不同電壓等級變電站之間的天然物理聯(lián)系，體現(xiàn)了切負(fù)荷控制與負(fù)荷物理分布的一致性，對于500kV以下電壓等級切負(fù)荷，僅需在相鄰變電站之間傳遞切負(fù)荷信息，具有信息可靠性高，傳遞速度快的特點(diǎn)。

引用本文

王增平, 朱劭璇, 王彤, 秦紅霞. 受端電網(wǎng)分層優(yōu)化切負(fù)荷策略[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2020, 35(5): 1128-1139. Wang Zengping, Zhu Shaoxuan, Wang Tong, Qin Hongxia. Research on Stratified Optimal Load Shedding Strategy for Receiving End Power Grid. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(5): 1128-1139.