输电线路的潮流介数及其在关键线路识别中的应用

(整期优先)网络出版时间:2022-07-30
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输电线路的潮流介数及其在关键线路识别中的应用

曲宏震

国网内蒙古东部电力有限公司内蒙古超特高压分公司 内蒙古锡林郭勒盟锡林浩特市026000

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、输电线路简介

输电线路是用变压器将发电机发出的电能升压后,再经断路器等控制设备接入输电线路来实现。安结构形式,输电线路分为架空输电线路和电缆线路。架空输电线路由线路杆塔、导线、绝缘子、线路金具、拉线、杆塔基础、接地装置等构成,架设在地面上。按输送电流性质,输电分为交流输电和直流输电。

二、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:

、潮流介数概述

1、概念。潮流介数根据电网当前的运行环境与条件,通过不同输电线路的不同功率输送利用率引进的关键线路的识别指标,潮流介数指标应用提高了电力传输系统关键线路的识别率,具有广阔的应用前景。一般来说,从发电机传输到电力系统负荷的功率通常只通过电网系统中的部分线路。因此,输电路径中不同线路的功率利用率也不同。通过线路的功率越大,线路在电力系统中就越重要,由此得到潮流介数指标。

2、特点。潮流介数能充分发挥其在识别电力系统关键线路方面的优势,为关键线路的识别增加了一种可选的方式。其特点为:①在某电力系统中,在稳定输送功率不变基础上,线路对发电负荷的输电贡献比例因子越大,线路在输电系统中的重要性则越高;②输电系统的关键线路可通过发电负荷对权重来识别,这种潮流介数特点是基于相同的输电贡献比例因子,权重越大,潮流介数就越大,这也表明线路更重要。

、实际案例分析

本文选择笔者所在电网冬季大负荷运行方式,将对输电线路中的潮流介数进行计算,而且还进行了其是否在关键线路识别中具有相对正确性。笔者所在电网在该运行模式下的发电容量为为17017MW,有功负荷为16810MW,共投运750,330,220,110kV输电线路382条。将多回、双回线、变压器支路去重合并后的简化地理接线图。

4.1、潮流介数的分布

潮流介数分布需要把去重合并后的243条输电线路按照潮流介数的归一化模式按照降序排列起来,介数大小排列后的电线路需要增添线路标记,这样做是为了更加方便潮流介数与线路潮流二者关系的比较,还可以把潮流介数进行10%的缩小后再与线路潮流进行同放,会发现潮流介数与线路潮流是具有很大关联性的,一般来说,拥有较大潮流介数的一般是那些承载潮流较大的线路,(0.8871为二者相关系数值,比自由度241、0.01显性水平系统的相关系数要具备更高的临界值)。然而,这也是具有原因的,3个因素决定着潮流介数的大小:这三个因素分别为:被不同发电负荷对实际利用的数目、贡献比例因子、及发电负荷对的权重大小。如果我们从这3个因素角度出发便可以发现,其实潮流介数与潮流大小并非存在绝对相关性。

4.2、浅析关键线路的辨识结果

根据笔者所在电网的实际规模,取13条线路,潮流介数归一化指标>0.5,为电网冬季大负荷方式下的关键线路,尽管传统观点认为,330kV线路所输送功率并没有750kV线路的多,但仍发现有多条330kV的线路,其关键性甚至可以排在750kV线路前面。这一现象足够说明,对电力系统关键线路的判断,不能只用传输功率作为依据,其实还需要考虑另外一个因素,即处于电网整体结构中的线路位置,甚至还要参考线路在功率传输中所发挥的实际作用。

4.3、线路故障下的丢失负荷量对比

在电力系统的实际运行中,关键线路如果发生的故障时连续性的开断,那么就会产生大片的丢失负荷,范围较大,故障范围越大,负荷的切除量也就会随之加大,由于本文是将丢失负荷作为衡量电力系统破坏程度的主要依据,因此可能会在线路相继开断这一过程中,有多个电气岛的产生,而这些电气岛是由系统解列而成,如果能够用发电机出力的方法来进行岛内功率平衡的有效保持,则不被列入到丢失负荷的范围之内。下面3种线路故障策略都可以进行潮流介数辨识的关键线路对电网的重要程度验证。

(1)随机故障。1此进行1线路的移除,在10次重复后便会有丢失负荷曲线的产生。

(2)电气介数故障。电气介数每次移除最高1条,移除后进行新电气介数线路的更新。

(3)潮流介数故障。潮流介数每次移除最高1条,移除后进行新潮流介数线路的更新。

4.4、不同运行下的潮流介数为了显示特点,需要进行不同验证。选取笔者所在电网4种运行方式,进行输电线路电气介数的不同比较,输电线路大负荷方式下明显要比小负荷方式的电气介数高,由此得出,输电线路在大负荷下所承受的输送任务和功率较重,这一特点和与电网机组差不多,方式不同特点也就不同,另外,还说明其模式是可以将发电负荷最大可用传输功率对线路的关键性影响正确显示出来的。明显问题是,不同潮流方式,发电机到负荷的输电额度与路径都会有变化发生,必然会改变潮流介数,它们对相应线路的作用也就不同,这些都会对关键线路的排序产生影响,于此也就显示出了基于潮流介数辨识关键线路的优势点所在。

总结:本文详细说明了电力系统的潮流传播特点,并且将潮流介数指标进行了提出,且并以此为电网关键线路的潮流分布判断依据。在当前电力系统运行下的潮流分布,既将输电线路的利用深度与广度进行了良好综合,还起到了对电网功率输送的量化作用,而且对于不同负荷及发电量水平下的线路起到了关键影响作用,优点颇多。文中的实例分析也说明,在该指标下计算出来的关键输电线路和运行方式,和电网实际运行特点是非常符合的,这也从另一方面说明一个问题,即潮流介数指标在对关键输电线路的辨识上是非常有效的。由于本文上述的计算案例并没有进行线路故障后的节点电压、网络连通及系统频率等参数的变化计算,因此理论还尚未完整,有待下一步的考证研究。

参考文献:

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[3]丁明,韩平平.加权拓扑模型下的小世界电网脆弱性评估[J].中国电机工程学报,2017,28(10):20-25.

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