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團隊介紹

王增平，教授，博士生導師，華北電力大學副校長，電力系統(tǒng)及其自動化學科帶頭人，北京市教學名師，中國電機工程學會繼電保護專委會副主任委員，中國電工技術(shù)學會電力系統(tǒng)控制與保護專委會副主任委員。致力于繼電保護原理、變電站綜合自動化、廣域保護等領(lǐng)域的研究工作，先后完成重大科技項目10余項，獲省、部級科技獎勵9項，在國內(nèi)外重要學術(shù)刊物上發(fā)表論文200多篇，其中100多篇被三大檢索機構(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，碩士生導師，博士后，1985年生，2013年華北電力大學獲得博士學位，2011-2012年在美國弗吉尼亞大學聯(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，主持國家自然科學基金青年項目1項，博士后科學基金面上資助1項，獲省部級獎1項。

導語

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)移過負荷，嚴重時會導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，在有效消除線路過負荷的同時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致受端電網(wǎng)出現(xiàn)大規(guī)模潮流轉(zhuǎn)移，進而引發(fā)部分線路出現(xiàn)過負荷。如不能及時有效地消除過負荷現(xiàn)象，繼電保護裝置將切除過負荷線路，造成故障事態(tài)的進一步擴大，嚴重時會導致連鎖跳閘甚至大面積停電。然而，現(xiàn)有切負荷控制仍屬于系統(tǒng)穩(wěn)定控制功能范圍，啟動時間滯后，控制功能實現(xiàn)時，繼電保護裝置可能已經(jīng)因過負荷而動作跳閘。因此，合理利用切負荷控制手段，在過負荷保護動作之前，快速高效地解決線路過負荷問題，對受端電網(wǎng)的安全運行至關(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，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)移過負荷問題。相比于其他策略，本策略在有效消除線路過負荷的同時避免了直接切除高壓線路造成的“過切”現(xiàn)象，策略計算時間短，有利于實現(xiàn)工程在線應用。

論文方法及創(chuàng)新點

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)運行。本文基于電網(wǎng)實際結(jié)構(gòu)建立了一個按電壓等級分層的切負荷系統(tǒng)，以500kV為界線，對500kV以上和以下電壓等級分別制定切負荷策略，在潮流轉(zhuǎn)移過負荷發(fā)生后依策略由高電壓等級向低電壓等級逐級分配切負荷任務。

圖1 受端電網(wǎng)分層切負荷策略流程圖

500kV及以上電壓等級切負荷策略

推導了過負荷支路電流與負荷節(jié)點注入電流之間的數(shù)學關(guān)系式，為保證電網(wǎng)停電范圍盡可能小，以切負荷總量最小為準則，結(jié)合電網(wǎng)頻率及節(jié)點電壓約束條件，將問題轉(zhuǎn)化為最優(yōu)化求解問題。由于大電網(wǎng)中節(jié)點數(shù)量龐大，直接對全部節(jié)點進行求解會導致計算時間過長，甚至陷入維數(shù)災。因此提出了一種節(jié)點分區(qū)方案，通過對定義的過負荷區(qū)域內(nèi)負荷節(jié)點進行辨識及校驗，避免了對全部負荷節(jié)點進行搜索計算。

圖2 過負荷區(qū)域劃分示意圖

500kV以下電壓等級切負荷策略

500kV節(jié)點切負荷量確定后，為避免停電范圍擴大，需將控制任務細分至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荷任務，本文以負荷重要度、負荷承載度以及負荷靈活度為評價因素，建立了切負荷綜合評價體系。首先建立評價因素的隸屬度函數(shù)，由層次分析法確定各評價因素的權(quán)重大小，然后采用模糊評價法對各級變電站下屬負荷線路進行綜合評價，最終根據(jù)評價結(jié)果得到各電壓等級變電站的切負荷量。

結(jié)論

• （1）通過跨電壓等級分層優(yōu)化切負荷，避免了直接切除高壓線路導致的“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荷區(qū)域，避免了對系統(tǒng)中負荷節(jié)點的全局計算，大幅減少了計算時間。
• （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)了切負荷控制與負荷物理分布的一致性，對于500kV以下電壓等級切負荷，僅需在相鄰變電站之間傳遞切負荷信息，具有信息可靠性高，傳遞速度快的特點。

引用本文

王增平, 朱劭璇, 王彤, 秦紅霞. 受端電網(wǎng)分層優(yōu)化切負荷策略[J]. 電工技術(shù)學報, 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.