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計及負荷轉供措施的電網設備過載輔助決策

文檔作者：周曉寧徐偉胥傳普王偉徐泰山毛俊文檔來源： 1．南京南瑞集團公司/國網電力科學研究院 2．上海市電力公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年06月16日
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第41卷第23期
2013年12月1日
電力系統(tǒng)保護與控制
Power System Protection and Control
Vb1．4 1 No．23
Dec．1，2013
計及負荷轉供措施的電網設備過載輔助決策
周曉寧 ，徐偉 ，胥傳普 ，王偉 ，徐泰山 ，毛俊
(1．南京南瑞集團公司／國網電力科學研究院，江蘇南京210003；2．上海市電力公司，上海200122)
摘要：電網設備過載輔助決策是大電網安全穩(wěn)定綜合協(xié)調防御系統(tǒng)的重要功能，當電網中當前狀態(tài)下和預想故障下出現(xiàn)過載
問題時在線計算負荷轉供措施，減少發(fā)電機調整量和卸負荷量，提高過載控制的經濟性。采用不同的限值計算電網當前狀態(tài)
和預想故障下設備的過載安全裕度，計算負荷轉供措施和有功調整措施的綜合性能指標。若投運設備無法解決過載問題，則
在此基礎上確定解決過載問題的發(fā)電機、負荷有功調整措施。采用集群計算技術對調整方案進行交流潮流校核，確定控制代
價最小且滿足有功調整計算精度要求的調整方案。
關鍵詞：負荷轉供；設備過載；性能指標；輔助決策
The assistant decision—making for power grid equipment overloading considering load transfer actions
ZHOU Xiao．ning ，XU Wei ，XU Chuan．pu2
，
WANG Wei ，XU Tai—shan ，MAO Jun2
(1．State Grid Electric Power Research Institute，Nanjing 210003，China；
2．Shanghai Municipal Electric Power Company,Shanghai 200122，China)
Abstract：Overloading assistant decision-making is one of the most impo~am modules in integrated and coordinated defense system
of large power system security and stability．W hen overloading occurs under current operating condition or post-fault operating
condition，the adjustment amount of generators and discharge loads can be decreased by online computation of load transfer actions
to get a more economical control strategy．Diferent limits are adopted for the calculation of overloading safety margin under current
operating condition or post—fault operating condition．A comprehensive index for load tran sfer actions and active power actions is
calculated．If load transfer action can not eliminate overloading，active power adjustment of generators and loads is required．Based
on parallel computing technology,AC power flow calculation is performed for each control strategy to get the one with least cost and
satisfying the precision requirements of active power adjustment．
Key words：load tran sfer；device overloading；performance index；assistant decision—making
中圖分類號： TM712 文獻標識碼：A 文章編號： 1674．3415(2013)23—0061-06
0 引言
電網設備過載輔助決策是大電網安全穩(wěn)定綜合
協(xié)調防御系統(tǒng)的重要功能IJ J，當電網當前狀態(tài)和預
想故障下出現(xiàn)過載問題時，在線計算發(fā)電機、負荷
有功調整措施。過載輔助決策算法主要包括優(yōu)化規(guī)
劃類方法和靈敏度類方法。優(yōu)化規(guī)劃類方法通過求
解包含優(yōu)化目標和約束條件的規(guī)劃模型得到調整方
案，可以保證較好的經濟性指標，但在實際運用中
需調整的設備較多，且存在算法復雜性高、對初值
的依賴性強和算法收斂性差等不足[4-6]。靈敏度類算
法不需要迭代，不存在收斂性的問題，可以實現(xiàn)調
整量最小或調整設備最少的目標，給出的調整方案
符合運行人員的操作習慣 J。
針對有功調整的靈敏度類方法一般采用反向等
量配對調整法以保證系統(tǒng)功率平衡及調整量最小，
并未考慮電網中出現(xiàn)多個設備過載的情況以及有功
調整措施的控制代價。文獻[8]以有功調整措施對過
載設備的靈敏度為基礎，根據(jù)不同過載設備的過載
量確定權重，從而計算有功調整措施的綜合靈敏度。
但不同電壓等級設備的允許運行值相差較大，甚至
不在相同數(shù)量級；而且線路一般采用電流作為允許
運行值，變壓器采用容量作為允許運行值，二者量
綱不同，不具備可比性。因此，應在計算過載設備
的過載安全裕度基礎上，計算綜合性能指標；同時，
考慮有功調整措施的控制代價，確定有功調整措施
的調整順序。
為滿足快速性的要求，靈敏度類算法一般采用
一62． 電力系統(tǒng)保護與控制
直流潮流確定有功調整措施實施后過載設備的越限
情況，無法保證有功調整措施能夠完全解決過載問
題也不能滿足有功調整精度的要求。只有通過交流
潮流校核才能確定完全解決過載問題且滿足計算精
度的有功調整方案。隨著集群計算技術的發(fā)展，用
高性能計算技術解決大規(guī)模電力系統(tǒng)的計算問題，
被認為是實現(xiàn)大規(guī)模、復雜電網在線計算分析的有
效方法 ?。因此，需要設計適應大規(guī)模分布式并
行處理技術的電網設備過載輔助決策算法。
相比有功調整措施，負荷轉供措施控制代價小，
操作簡單，調整速度快。為此，本文提出一種計及
負荷轉供措施的電網設備過載輔助決策方法。采用
不同的限值計算電網當前狀態(tài)和預想故障下設備的
過載安全裕度，計算負荷轉供措施和有功調整措施
的綜合性能指標；若投運一條線路或一臺變壓器無
法解決過載問題，則在此基礎上確定解決過載問題
的發(fā)電機、負荷有功調整措施；采用集群計算技術
對調整方案進行交流潮流校核，確定控制代價最小
且滿足有功調整計算精度要求的調整方案。
1 過載安全裕度
在故障條件下可以允許線路和變壓器在一段
時間內有一定的過負荷能力。因此，需要采用不同
的限值計算電網當前狀態(tài)和預想故障下設備的過載
安全裕度。
當?shù)?，個設備為線路時，選取線路兩端電流較
大一端的電流通過公式(1)計算過載安全裕度刀，。
，’
77f=(1一 )×100％ (1)
』P
若 為當前狀態(tài)下線路電流，則ID為正常運行條件
下線路允許電流；若 為預想故障下線路電流，則
，n為事故條件下線路運行允許電流。
當?shù)?，個設備為變壓器時，通過公式(2)分別
計算變壓器各繞組的過載安全裕度r／ 。
}T T
，
= (1一 )x100％ (2)
L)P ，u N
． w
其中：W表示變壓器的不同繞組； ，為繞組的額
定電壓。若 和【，T為繞組當前狀態(tài)下的視在功率和
電壓，則 為正常條件下變壓器的允許容量；若 和
【，T為預想故障下繞組的視在功率和電壓，則Sp為事
故條件下變壓器的允許容量。變壓器設備的過載安全
裕度為所有繞組中過載安全裕度的最小值。
2 綜合性~一B匕丁41日F-,標
靈敏度算法的關鍵是確定可投運設備和有功調
整措施消除過載的能力。當存在多個過載設備時，
應綜合考慮控制措施對不同過載設備的靈敏度和過
載設備的過載程度，在此基礎上計算控制措施的綜
合性能指標。
采用公式(3)計算可投運設備對當前狀態(tài)下過
載和預想故障下過載的綜合性能指標。
(3)
其中： =1，2，?，L，L為可投運設備的總數(shù)；P 為
第 個可投運設備的綜合性能指標；N為當前狀態(tài)
下過載設備的總數(shù)；77 為第，個設備的過載安全裕
度；Si 為第f1個設備投運后第，個設備的過載安
全裕度變化量；W為過載安全關鍵故障的總數(shù)；Nk
為第k個故障下過載設備的總數(shù)； 為第k個故
障下第 個設備的過載安全裕度；Si 為第‘個
設備投運后第k 個故障下第 7．1個設備的,過載安全裕
度變化量。
采用公式(4)計算有功調整措施對當前狀態(tài)下
過載和預想故障下過載的綜合性z ~ gj-k日ka標。
N W Nk
： Σ【 M， (1一 )]+ΣΣ[ M (1-／7i, )](4)
j=l k=l J'l=I
其中：iM=1，2，?，M ，M為有功調整措施的總數(shù)；
為第 個有功調整措施的綜合性能指標； Ⅳ 為
當前狀態(tài)下過載設備的總數(shù)；77 為第，個設備的過
載安全裕度； 為第f ，個有功調整措施對第，個
設備的有功靈敏度； 為過載安全關鍵故障的總
數(shù)；Ⅳ 為第k個故障下過載設備的總數(shù)； 為第
k個故障下第 個設備的過載安全裕度； ， 為
第 個有功調整措施對第k個故障下第，1個設備
的有功靈敏度。
3 有功調整措施計算
有功調整措施的計算應滿足如下要求：1)通過
設置控制措施的優(yōu)先級，確保在調整機組無法消除
過載時才卸負荷；2)優(yōu)先級相同的控制措施應按控
制措施的性價比指標確定調整順序，滿足控制代價
最小的目標；3)系統(tǒng)有功功率不平衡而引起系統(tǒng)頻
率偏差滿足運行要求；4)滿足有功調整的計算精度
要求，避免過控或欠控；5)計算速度應滿足在線應
用的需求。
¨
七
一
0
，
Σ
Σ 心
+
刀
一
ⅣΣ
=
周曉寧，等 計及負荷轉供措施的電網設備過載輔助決策 ．63．
3．1確定有功調整隊列
將綜合性能指標大于設定門檻值的有功調整措
施作為備選措施。當負荷作為候選的有功調整措施
時，僅可以減少有功。選取綜合性能指標為正的備
選措施作為送電隊列，隊列中的發(fā)電機節(jié)點出力增
加而負荷節(jié)點有功減?。贿x取綜合性能指標為負的
備選措施作為受電隊列，隊列中的發(fā)電機節(jié)點出力
減小。首先按照控制措施的優(yōu)先級由高到低的順序
對送電隊列和受電隊列中的備選措施進行排序，再
對控制優(yōu)先級相同的備選措施按性價比指標由大到
小順序進行排序，通過公式(5)計算性價比指標。
= I I／ (5)
其中，G 為第f ，個有功調整措施單位功率的調節(jié)
代價。
3．2并行計算策略
分別統(tǒng)計送電隊列和受電隊列的最大調整量，
取二者中的最大值作為解決過載問題的發(fā)電機、負
荷有功調整措施的最大調整量。根據(jù)有功調整的計
算精度形成發(fā)電機、負荷調整方案，確定每個方案
的有功調整量，并根據(jù)控制措施的控制代價由小到
大的順序對計算方案進行排序。通過并行計算對各
方案進行針對無故障和關鍵故障集的交流潮流校
核，若得到過載安全裕度大于設定門檻值的計算方
案，則終止并行計算。
針對不同的調整量要求，按3．1節(jié)中確定的控
制措施的調整順序，依次調整送電隊列和受電隊列
的各節(jié)點使得控制代價最小，確定計算方案中各控
制措施的調整量。若系統(tǒng)的有功功率不平衡而引起
系統(tǒng)頻率偏差不滿足運行要求時，則認為該計算方
案不可行。
4 計算流程
設定以下門檻值：
1)過載安全裕度門檻值 ，用于確定電網當
前狀態(tài)和預想故障下的過載設備；
2)過載安全裕度門檻值 ，，用于確定參與計
算輔助決策措施綜合性能指標的預想故障。
計及負荷轉供措施的設備過載輔助決策計算的
步驟如下：
1)將電網當前狀態(tài)過載安全裕度小于設定門檻
值 的設備和預想故障下過載安全裕度小于設定
門檻值 的設備加入到過載設備集中，將預想故
障下設備過載安全裕度最小值小于設定門檻值77c ：
的預想故障加入到關鍵故障集中，若過載設備集中
有過載設備，則進入步驟2)；否則，結束計算。
2)若閉合與處于停運且檢修結束狀態(tài)的設備直
接相連的開關刀閘組就能夠將設備投入運行，且該
設備直接相連的節(jié)點與過載設備集中設備直接相連
的節(jié)點屬于同一個電氣島，則將該設備加入可投運
設備集中。若可投運設備集中有可投運設備，則進
入步驟3)；否則，進入步驟6)。
3)分別針對可投運設備集中各個可投運設備，
采用直流潮流估算可投運設備投運后過載設備集中
各個設備的過載安全裕度，并計算可投運設備的綜
合性能指標，若所有設備的過載安全裕度均大于指
定門檻值77 。 ( 。 >仉r．】)，則進入步驟4)；
否則，進入步驟5)。
4)采用交流潮流計算設備投運后過載設備集中
各個設備的過載安全裕度，并計算可投運設備的綜
合性能指標，若存在過載安全裕度小于 的設備，
則進入步驟5)；否則，將綜合性能指標最大的可投
運設備作為最終控制措施并結束計算。
5)選取綜合性能指標大于給定門檻值的設備作
為待校核的可投運設備，進入步驟6)。
6)計算有功調整措施對當前狀態(tài)下過載和預想
故障下過載的綜合性能指標。
7)根據(jù)有功調整的計算精度形成發(fā)電機、負荷
調整方案，與待校核的可投運設備組合得到需要交
流潮流校核的計算方案，通過并行計算對各方案進
行交流潮流校核，將過載安全裕度大于77c 且控制
代價最小的計算方案作為最終控制措施輸出并結束
本方法。
5 仿真驗證
5．1仿真算例
以上海電網某斷面時刻運行方式數(shù)據(jù)為例，驗
證計及負荷轉供措施的電網設備輔助決策計算方法
的有效性。電網當前狀態(tài)下不存在設備過載，表1
給出預想故障下的過載設備、關聯(lián)故障和過載安全
裕度。本算例中77 設置為0．00，r／ 設置為10．00。
表1預想故障下設備過載安全裕度計算結果
Table 1 Results of de~,ice overloading analysis
5．2負荷轉供措施計算
根據(jù)線路和變壓器的投停狀態(tài)、檢修狀態(tài)及相
電力系統(tǒng)保護與控制
鄰廠站內設備的運行狀態(tài)，確定負荷轉供候選措施
集。表2給出了可投運設備的綜合性能指標。表3
給出了可投運設備投運后過載設備集中各個設備的
過載安全裕度。
表2可投運設備的綜合性能指標
Table 2 Comprehensive performance index of
load transfer device
表3設備投運后各設備的過載安全裕度
Table 3 Results of device overloading analysis with load
transfer actions
各可投運設備投運后存在過載安全裕度小于
。的設備，且“上森2264線”的綜合性能指標絕
對值大于設定門檻值0．1。因此，選取“上森2264
線”作為待校核的可投運設備， 即負荷轉供措施。
5．3有功調整措施計算
計算有功調整措施的綜合性能指標。表4、表
5分別給出了綜合性能指標較大的有功調整措施，
以及考慮調整代價后的性價比指標。
在調度運行控制中，發(fā)電機調整措施的優(yōu)先級
高于負荷調整措施?？紤]調整代價后，負荷節(jié)點“楊
樹23 A”和“楊樹23 ”的性價比指標大于負荷
節(jié)點“銀山23 ”和“森林23 ”。因此，通過優(yōu)
先調整性價比指標高的有功調整措施可以確定控制
代價最小的控制策略。
表4送電隊列調整措施綜合性能指標
Table 4 Comprehensive performance index of devices in power
exporting set
表5受電隊列調整措施綜合性能指標
Table 5 Comprehensive perform ance index of devices in power
importing set
根據(jù)有功調整的計算精度(50 MW)形成發(fā)電
機、負荷調整方案，與待校核的可投運設備組合得
到需要交流潮流校核的計算方案。每一調整方案包
括已經確定的負荷轉供措施和對應調整步長的有功
調整措施。將所有計算方案同時提交給集群計算系
統(tǒng)進行并行計算，若有足夠的計算資源，則僅需花
費一次交流潮流計算的時問就可以確定滿足計算精
度的調整方案。表6給出了前4個方案的校核結果。
表6計算方案的校核結果
Table 6 Checking results of control strategies
表7列出了方案4中有功調整措施的調整前有
功、調整后有功和調整量。在投運線路“上森2264
線”的基礎上，按調整量對表7中的有功調整措施
進行控制，對應過載元件的裕度為1．22。
表7方案4對應的有功調整措施
Table 7 Active power adjustment actions in Scheme 4
周曉寧，等 計及負荷轉供措施的電網設備過載輔助決策 ．65．
有功調整措施的總調整量為150 MW，其中發(fā)
電機“滬石一1”、“滬石一2”和“滬石一4”性
價比指標相同，按可調空間等比例分攤有功調整量。
5．4不進行負荷轉供時的有功調整措施計算
若不計及負荷轉供措施，僅對發(fā)電機和負荷的
有功進行調整，需要調整750 MW 的有功調整措施
才能解決過載問題，其中發(fā)電機調整量為610 Mw，
卸負荷量為140 Mw。因此，計及負荷轉供措施的
設備過載輔助決策可以減少發(fā)電機調整量和卸負荷
量。表8給出了前16個方案的校核結果。
表8計算方案的校核結果
Table 8 Checking results of control strategies
6 結論
本文提出的計及負荷轉供措施的電網設備過
載輔助決策計算方法通過在線識別負荷轉供候選措
施集，在負荷轉供措施基礎上追加有功調整措施，
減少發(fā)電機調整量和卸負荷量；基于過載設備的過
載安全裕度計算綜合性能指標，結合有功調整措施
的控制代價和優(yōu)先級，確定有功調整措施的調整順
序，確保調整方案的控制代價最?。焊鶕?jù)有功調整
的計算精度形成發(fā)電機、負荷調整方案，通過并行
計算進行交流潮流校核，避免多輪迭代，提高計算
速度。仿真結果驗證了所提方法的正確性和實用性。
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收稿日期：2013-08-05；
作者簡介：
周曉寧(1 954一)，男，
安全穩(wěn)定控制研究工作；
修回日期：2013-1O-14
高級工程師，主要從事電力系統(tǒng)
徐偉(1982一)，男，通信作者，博士，主要從事電力
系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制研究工作； E-mail：littlboy_ 0001@
163．corn
胥傳普(1956-)，男，教授級高級工程師，長期從事電
力生產經營管理和電力企業(yè)管理工作。

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