淺析電力系統關鍵線路辨識

蘇欣++孫永生++姚遠++王繼廣

摘 要：簡要分析電氣介數、網絡拓撲介數以及潮流介數，通過對比得出更加符合電網實際物理屬性的關鍵線路辨識方法：潮流介數法。此方法考慮了發電機和負荷間最大可用傳輸功率對關鍵線路的影響，能有效量化關鍵線路在發電機到負荷功率傳輸中發揮的作用，更加適應于電力系統實際應用。潮流介數應用于電力系統關鍵線路辨識，可方便對電力系統的分析和控制，有效降低不可控情況的發生。

關鍵詞：電力系統 關鍵線路辨識 潮流介數

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（c）0109-01

現如今，社會的發展穩定越發離不開電力系統的正常運行，兩者的關系日益緊密，同時大范圍停電所造成的社會經濟損失也越發不可估量。2012年印度發生的大規模停電事故為全世界電網的安全運行敲響了警鐘。研究表明，某些個別元件的故障往往是導致大停電事故的罪魁禍首，繼而引發系統整體的連鎖反應，最終導致系統完全崩潰，因此可以得出結論：系統中起關鍵的線路往往會推動大停電事故的快速蔓延，因此，準確及時地識別這些關鍵線路就顯得非常有研究價值。

1 網絡拓撲介數

通常用介數來度量支路或節點在網絡中的重要程度，介數越大的支路或者節點，其在網絡中的中介功能就愈加凸顯，所以其所處地位很關鍵。

2 電氣介數

電流信心在電網中的傳輸存在“可分性”，也就是說在電網中，從發電機節點輸送到負荷節點的功率分流傳播時遵循基爾霍夫定律，而電流傳播的路徑有可能是電網中所有線路。鑒于其它模型的基本思想以及電力系統潮流分布的特點，線路的電氣介數可定義為：

G、L：所有發電機和負荷的節點；Wm：發電機m的權重，取發電機額定容量；Wn：負荷節點n的權重，取實際或峰值負荷；Imn（i，j）：在發電負荷節點對（m，n）間加上單位注入電流源后在線路ij上引起的電流。先不對潮流按最短路徑流動進行假設，而電路的計算方程符合物理原理的，所以具備一定的合理性。這種定義法使其不再受到網絡拓撲的限制，借助“介數”理念定義的電力系統實際的線路介數則更加的適合。不過，線路中電流的方向性是電氣介數沒有考慮到的，僅僅疊加了不同方向的電流絕對值。

3 潮流介數

因為發電負荷對功率的傳輸路徑在每條線路上都是不完全一樣的，故通過該線路的發電機與負荷節點對后，在全網中的重要性程度指標——潮流介數因此就得到了。實際電力系統中，因潮流疊加方向的不同，功率由發電機向負荷傳輸的路徑只是電網線路的一部分，線路潮流介數的指標由此而提出來了。定義基于單一發電負荷對的線路潮流介數如下。

式中：單一潮流介數的權重是min（Sm，Sn），取發電機m的實際出力和負荷n的實際負荷中的較小值，表示m與n之間的最大可用傳輸功率；P（m，n）為發電機m到負荷n所傳輸的有功功率，Pij（m，n）為P（m，n）在線路ij上的分量。該指標表示，在單一發電負荷對之間潮流傳輸時，此線路所擔任的功率傳輸任務的重要程度。

因不同的發電負荷對傳輸路徑可能經過每條線路，所以該線路在電網當前運行狀態下的重要程度可以通過被經過的次數反應出來。電網中所有發電負荷對的線路潮流介數指標定義為

式中：G為發電機節點集合；L為所有負荷節點。

求取線路的潮流介數根據式（3）和（4）可得，有兩個關鍵量需求得：①負荷n的功率組成中發電機m的貢獻功率，即發電機m向負荷n所傳輸的功率P（m，n）；②各條線路功率中發電負荷節點對（m，n）的貢獻功率Pij（m，n）。根據潮流追蹤法，基于順序分配矩陣，分別追蹤計算逆流和順流，ij線路中的潮流功率組成即可求得。

ij線路的潮流中流向負荷n部分的為：

式中：Pij為線路ij中的有功功率；Pi為節點i的節點潮流；PLn為負荷節點n的有功負荷；Ad為順序分配矩陣，其元素為

最終我們可以計算得出ij線路的潮流介數計算公式：

4 結語

網絡拓撲介數和已有介數指標都是假設母線間功率只按最短路徑流動，其他可能傳輸路徑的作用在計算介數時被忽略了；現有的已研究建立的電網拓撲模型以無向圖居多，線路潮流方向性的特點并沒有考慮到，而使用潮流介數作為電力系統關鍵線路辨識指標解決了其存在的不足。潮流介數基于當前實際電網潮流分布，對線路中潮流的方向性和實際潮流分布特點進行考慮，使線路在功率傳輸發揮的作用得以充分體現和量化，也更加符合電力系統的實際。

參考文獻

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