地区电网潮流越限处理的研究

赵恒亮，李泽荣

（1．义乌市供电局，浙江 义乌 322000； 2．华北电力大学，河北 保定 071003）

地区电网发生故障后，故障设备因为开关动作而退出运行，将由正常设备带起全部负荷，可能导致其通过潮流大于最大允许值而发生潮流越限，电网设备运行于潮流越限状态下会导致设备烧毁甚至引起更大范围的停电。因此地区电网发生潮流越限后必须立即采取措施消除越限，如在规定时间内不能消除越限，则必须切除负荷。在实际调度过程中，运行人员仅凭经验分析得到消除越限的措施可能不满足潮流约束，甚至会导致其他供电设备又发生潮流越限，使越限难以尽快消除。

对于消除设备潮流越限，地区电网运行方式辅助制定软件也只是简单的给出越限设备的潮流信息，并没有给出如何消除越限的具体解决方案。因此有必要对潮流越限的处理进行研究，开发出一个潮流越限处理软件模块，为运行人员提供辅助决策支持。

1 潮流越限处理的目标

电网中设备潮流越限后，主要有降低发电机组的有功出力、转移负荷和切除负荷3种应对手段。地区电网只能配合上一级电网调度进行电网的功率平衡，而不能任意调度发电机的有功出力，所以只对转移负荷和切除负荷2种方式进行讨论。

地区电网通常为闭环配置开环运行的辐射状电网，发生潮流越限后，通常可以通过搜索越限设备下游母线，改变电网接线方式，将潮流转移到其他有容量裕度的供电路径，以达到消除越限并不间断供电的目的。评价策略包括操作步骤最少、负载率均衡、未产生新的越限设备等，极端情况下切除负荷必须满足负荷优先级的要求并尽可能切除最少负荷。所以潮流越限处理方案必须满足：系统潮流方程；支路电流不能越限；变压器实际传输功率不能超过其容量；开关操作次数尽可能少；保持地区电网的辐射状供电结构。即在潮流越限转移负荷的过程中，只能由1个电源为其供电，同时应避免产生电磁环网。

2 备用设备的搜索

在地区电网中，存在着2条或多条平行线路或者同一变电站的主变互为备用的运行方式。如图1所示，当其中1个变压器出现潮流越限或者设备故障时，只需将备用设备投入运行即可恢复正常供电。

图1 投入备用设备

因此在给出设备潮流越限处理方案时，利用备用设备是首选方案。首先判断潮流越限的设备有无备用设备，如果有则将备用设备投入运行再进行潮流计算，判断越限是否已经消除。

互为备用的设备一般都比较固定，通常为同站的主变或者平行架设的线路等，在数据库中为支路设计1个备用设备链表字段，将备用设备存储在链表中，在发生潮流越限时查看备用设备是否处于热备用状态，如果为热备用状态则投入运行消除潮流越限。

3 负荷转移算法

图2中a-j为母线节点，各母线之间以支路相连，W1，W2，W3为电源进线，分别为母线a，i，j供电，母线 b，c，d，f，g由母线 a供电，母线e由母线i供电，母线h由母线j供电，黑色圆表示闭合的开关，空心圆表示断开的开关。各支路旁标注的数组（X，Y）中，X为支路的实际电流值，Y为支路的最大允许电流值。

图2 负荷转移算法模型

从图中可以看出W1的最大允许电流值为200 A，而实际电流值为245 A，出现潮流越限，越限值为45 A。这里采用转移负荷的方法消除W1的潮流越限，沿着W1的电流方向搜索下游母线节点，得到电流值大于越限值的所有下游母线，并将所有下游母线按电流值从小到大排列确定转移负荷优先级，下游母线节点如表1所示。

表1 越限设备W1下游母线节点表

由表1可知，母线g与越限量之差为最小，转移负荷优先级排在第1级，则切除母线g，为母线g寻找负荷转移路径，其开关操作序列为：断开开关6；合上开关4。再判断W1的越限是否消除，如果越限消除则可以作为最终恢复方案，如果还未消除则还可以选择优先级更高的母线直至消除越限。

4 潮流越限信息数据结构

首先给出软件所设计的越限设备数据库结构如表2所示。

地区电网发生故障后，先对故障后的电网断面进行潮流计算，对所有变压器和线路进行潮流越限的判断，将其实际潮流值与最大允许值进行比较，如果前者大于后者则说明有潮流越限，如果是三绕组变压器，则分别与其3个绕组的最大允许值进行比较。将全网所有的越限设备记录到潮流越限设备列表中，然后将所有越限设备按处理优先级排序。

表2 越限设备数据库结构

因为变压器有一定的过负荷能力和允许过负荷时间，所以在潮流越限处理策略中优先处理线路潮流越限，当线路过流时间超过允许值时立即拉闸限电，之后再处理变压器潮流越限。越限设备处理优先级排序规则为：

（1）越限的线路设备往前排。

（2）越限的变压器设备往后排。

（3）线路和变压器各类别中越限百分比大的往前排。

最后在用户界面中列表显示所有越限设备，包括越限设备最大允许值、实际值、越限量和越限百分比。

5 下游母线的搜索和排序

5.1 下游母线搜索

定义潮流计算中潮流流出为正方向，潮流流入为负方向，则可以用潮流计算后的实际有功潮流值的正负来判断潮流的方向。

如果越限设备是两绕组变压器或者线路，则判断其所连接的母线节点的潮流值，如果有功潮流为正，则说明母线为越限设备的下游母线，保存该母线到下游母线列表中，并沿着潮流的下游方向继续搜索母线。如果有功潮流为负，该母线为越限设备的上游母线，则跳过此搜索方向。

对于三端口的越限设备如三绕组变压器或者T接线，则需要得到所连接的3个母线节点的潮流信息，同样可以判断潮流的下游方向，得到所有的下游母线。

直到找不到下一级母线则搜索结束，即已找到最末一级下游母线。

5.2 下游母线的排序

得到所有下游母线后，要对所有下游母线进行转移负荷优先级排序，排序的规则为将所有流入母线潮流量超过越限量的母线按照潮流从小到大进行排序。有功潮流小的排在前面优先考虑转移负荷，这样可以使转移负荷路径上的负载率小一些，避免转移负荷后再次发生潮流越限。

实际电网运行中，对于多个越限设备的情况，可能存在上下游关联关系，如图3所示，上游设备变压器的越限是由下游设备线路引起的，消除了下游线路的越限则上游变压器的越限也一并消除。利用上下游关联关系消除越限可以减少开关操作，加快处理速度。

图3 上下游关联越限设备

软件中确定上下游关系的算法是：在为越限设备寻找下游母线的过程中，将搜索到的下游设备与越限设备列表进行对比，如果有相同的越限设备，则说明越限设备之间有上下游关联关系，将上游越限设备与下游越限设备合并为一个解除越限设备的目标，先对下游越限设备进行处理，消除越限。

6 负荷转移的搜索和排序

从已经排序好的下游母线中选取排在前面的母线，将该母线上游供电开关断开，此时该母线形成失电孤岛，可以直接调用孤岛恢复程序为其恢复供电。

对失电母线进行负荷转移路径搜索后，对所有路径进行潮流计算，判断越限是否消除，以及负荷转移路径中是否存在新的越限，每判断1条负荷转移路径，要将动作的开关恢复原来位置以判断下一条路径。

对于负荷转移路径排序，以往的文献中将操作开关次数少作为一个评价规则，但是对于现场实际情况来说，则更注重考虑设备越限的消除以保证设备和电网的安全，因此将消除原来的越限和减少新产生的越限排在前面，排序的规则是：

（1）越限设备本身越限消除的路径往前排。

（2）新生成的越限设备数少的路径往前排。

（3）需要操作的开关数少的路径往前排。

（4）路径上的容量裕度大的往前排。

如果此母线未找到任何负荷转移路径，则从下游母线列表中按排序顺序取出下一条母线，切除并调用孤岛恢复程序为其寻找负荷转移路径，步骤同上。

最后在用户界面显示所有转移路径，由运行人员在界面上点击选择一条路径制定恢复方案。

7 切除负荷策略

如仍不能消除越限，或者情况紧急来不及转移负荷，则可以选择直接切除一部分Ⅲ类负荷以消除越限，保证重要负荷优先供电。Ⅲ类负荷在国民经济中地位很低，中断这类负荷的供电，带来的损失最小。在用户界面中，可以由用户自行选择采用负荷转移策略或者切除负荷策略来消除越限，切除负荷策略算法是：

（1）将下游母线列表中的母线依次取出，判断其所供电的负荷是否为Ⅲ类负荷，如果是则将其存入到可切除负荷列表中。

（2）对所有可切除负荷进行排序，排序的规则为：如果负荷量大于越限量，则将负荷量按从小到大的顺序排序，优先切除负荷量小的负荷。

开发的潮流越限处理流程如图4所示。

8 测试案例

以图5某地区局部电网为例说明软件模块的功能。当前的运行方式断面为：田营变电站35 kV侧单母线分段接线方式，35 kVⅠ段和1号变压器由311古田线供电，35 kVⅡ段和2号变压器由312宣田羚线供电，母线分段开关300和600均在断位。35 kV羚羊变电站T接于宣田羚线，由宣田羚线供电。宣和变电站110 kV侧单母线分段接线，母联开关100在合位，全站负荷由121古宣线供电，35 kV侧双母线接线，母联开关300在断位。

图4 潮流越限处理流程

图5 地区电网运行方式接线

设置的预想事故运行方式为：田营变电站2号变压器越限，宣和变电站2号变压器越限，则形成2个越限设备，在用户界面中给出越限设备分析报告，如图6所示。

图6 越限设备分析界面

经过拓扑分析和潮流计算可以得到2个越限设备的潮流信息报告，并且经过分析此2个越限设备有上下游的关联关系，可以合并成1个潮流越限任务并优先对下游的田营变2号主变进行越限处理，继续点击制定运行方式转入越限任务分析界面，如图7所示。

图7 越限任务分析界面

先对下游的越限设备田营变2号主变搜索备用设备，找不到备用设备则转入下游母线的搜索，得到1条下游母线，即田营变6 kVⅡ段母线，因为只搜索到1条母线，所以转移优先级为1。继续点击制定运行方式转入负荷转移分析界面，如图8所示。

经查找，田营变6 kVⅡ段母线只有1条负荷转移路径，并给出需要操作的开关序列，经潮流校验满足条件，则此路径可以用来制定运行方式。

图8 负荷转移分析界面

如果先对上游的越限设备宣和变2号主变进行处理，则找到宣同线转移35 kVⅡ母负荷，消除了宣和变2号主变的越限之后，田营变2号主变的越限情况仍然未消除，还需继续转移负荷，这样制定的运行方式增加了操作开关数，导致操作步骤增多，故不使用此运行方式。软件也可以给出推荐切除的Ⅲ类负荷，由运行人员在紧急方式下直接选择切除负荷以消除越限。

9 结语

地区电网在事故情况下，将发生一些供电设备的实际潮流超过最大允许值的潮流越限，运行人员必须立即采取可靠措施消除越限。采用“投入备用+转移负荷+切除负荷”3种策略消除潮流越限，并在地区电网运行方式平台开发潮流越限处理程序，所给出的消除越限方案经过潮流计算校验，操作步骤符合电力系统调度规程，并可以给出推荐切除的Ⅲ类负荷列表，所得出的越限处理方案可以为运行人员提供辅助决策。

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[2]刘明慧，张东英，邹品元，等.能在线应用的地区电网故障恢复系统[J].电网技术，2006，30（18）:35-39.

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