李牧軒 傅榮宗

摘 要：電網(wǎng)規(guī)模的擴大及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度提升，需要做好電力系統(tǒng)的運行控制工作。將電網(wǎng)整體控制問題轉(zhuǎn)化為分節(jié)點控制，降低了控制難度。面對現(xiàn)代社會規(guī)模龐大的電網(wǎng)分區(qū)工作，即使進行了分區(qū)，仍然會形成數(shù)量眾多的輸電斷面，對輸電斷面進行監(jiān)測控制是一項工作量極大的任務(wù)，為提高管理效率，工作人員選擇在電網(wǎng)運行過程中對電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性有重大影響的輸電斷面作為電力系統(tǒng)重點監(jiān)測和控制對象，以實現(xiàn)有效的監(jiān)測管理。

關(guān)鍵詞：關(guān)鍵輸電斷面；電網(wǎng)分區(qū)；管理與監(jiān)測

中圖分類號：TM732 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）33-0145-02

Abstract： With the expansion of power grid scale and the increase of complexity of power grid structure， it is necessary to do a good job of power system operation and control. The whole control problem of the power network is transformed into the sub-node control， which reduces the difficulty of control. In the face of the large scale power grid zoning in modern society， even if it is partitioned， there will still be a large number of transmission sections. It is a great workload to monitor and control the transmission sections. In order to improve the management efficiency， it is necessary for workers to monitor and control the transmission sections， so as to achieve effective monitoring and management.

Keywords： key transmission sections； power grid zoning； management and monitoring

1 背景與意義

高速發(fā)展的現(xiàn)代社會對電力系統(tǒng)的依賴越來越高，隨著城市面積的不斷增加，電力系統(tǒng)的覆蓋規(guī)模也隨之增大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也不斷擴大并升級，造成電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性增加。近幾年大容量機組數(shù)量快速增長，為現(xiàn)代電網(wǎng)系統(tǒng)的復(fù)雜性和安全管理工作帶來了極大壓力，按照傳統(tǒng)方法工作人員已無法有效實現(xiàn)對大范圍電網(wǎng)的監(jiān)管，需將大規(guī)模的電網(wǎng)進行分區(qū)劃分進而使每一個分區(qū)以相對獨立的狀態(tài)進行工作，也方便管理人員對其運行參數(shù)進行控制和分析。

在實際操作層面，輸電斷面能夠使大規(guī)模電網(wǎng)的安全監(jiān)控成為可能，大幅度的簡化了事故預(yù)警和運行分析。工作人員按照安全穩(wěn)定分析要求確定輸電斷面之后，系統(tǒng)會將整個電網(wǎng)按照一定標準劃分為不同的區(qū)域，區(qū)域之間由輸電斷面進行連接，初步將一個規(guī)模巨大的電網(wǎng)分割為若干獨立運行的系統(tǒng)，減少了一次監(jiān)測所需要面對的數(shù)據(jù)源和分析工作量。由于各個區(qū)域都以較為獨立的方式運行，即使在某個區(qū)域內(nèi)由于元器件故障而造成損壞，也只會波及該區(qū)域內(nèi)的系統(tǒng)，對于電網(wǎng)整體系統(tǒng)不會造成嚴重影響，提高了電網(wǎng)系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，減少了一次事故所需要檢查的面積范圍和相應(yīng)的投入費用。

工作人員在日常操作時，以輸送斷面作為分析電網(wǎng)運行狀態(tài)的切入點，能夠快速掌握整個電網(wǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。電網(wǎng)的正常運行狀態(tài)主要取決于電源，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、負荷三方面，所以各個分區(qū)之間聯(lián)系的緊密程度，一般是根據(jù)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和功率交換來決定的，如果兩個分區(qū)之間的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)聯(lián)系性較強，且交換功率較少，通常不會在穩(wěn)定方面出現(xiàn)問題。而對于分區(qū)之間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較為薄弱，進行交互時功率要求較大的部分，則容易出現(xiàn)穩(wěn)定問題，需要工作人員特別留意。綜上所述，研究輸電斷面的確定方法，成為了電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析和控制工作的基礎(chǔ)。

2 電力系統(tǒng)關(guān)鍵輸電斷面定義

具備以下要素，才被作為關(guān)鍵斷面：

（1）關(guān)鍵斷面是電力系統(tǒng)區(qū)域之間承擔功率交互的域主線路集合，斷開這種線路系統(tǒng)就會被劃分為兩個獨立的子系統(tǒng)。

（2）為了實現(xiàn)日常交互的穩(wěn)定性，需要兩個子系統(tǒng)之間能夠保持較好的聯(lián)系，其具體表現(xiàn)為連通性強，交互功率小，內(nèi)部故障不會影響到其他區(qū)域。

（3）對于子系統(tǒng)之間的內(nèi)部聯(lián)系較為薄弱，電氣距離較大，在電網(wǎng)系統(tǒng)中容易出現(xiàn)故障，交互功率較高的，需要利用關(guān)鍵斷面進行分割，此標準是為了保證電網(wǎng)在正常運行過程中不會由于兩個子系統(tǒng)之間的聯(lián)系薄弱而造成不穩(wěn)定故障。

（4）關(guān)鍵斷面具有脆弱性（脆弱性是指電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)上的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)脆弱和系統(tǒng)潮流方式所決定的脆弱性），斷命主變故障之后，會對兩個子系統(tǒng)之間的電力傳輸造成非常重大的影響，甚至會造成一定的安全問題。

在電腦分區(qū)的基礎(chǔ)上，確定關(guān)鍵數(shù)電斷路，就是為了尋找一組分區(qū)的斷面集合，比如這一組集合所連接的子系統(tǒng)之間物理結(jié)構(gòu)較弱，且關(guān)鍵斷面上的輸送潮流較大，本文將運用譜圖理論和譜聚類相關(guān)方法來解決NP完全問題。

3 與傳統(tǒng)控制方式比較

傳統(tǒng)的關(guān)鍵段路是由系統(tǒng)專家通過對系統(tǒng)開展離線分析，并且結(jié)合之前的工作經(jīng)驗，以人工方式進行判斷而最終確定的，由于人類計算能力的限制，在面對長時間高負荷的計算工作時，可能出現(xiàn)誤差，在面對大數(shù)量計算時有可能出現(xiàn)人工誤差，尤其是到了現(xiàn)代電網(wǎng)數(shù)據(jù)更新頻繁且數(shù)值較大，這樣的計算和預(yù)估方式容易存在較大的誤差。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜，再加上近幾年新能源發(fā)電的接入導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)越來越多，尤其是大規(guī)模間歇性新能源的并網(wǎng)，也增加了系統(tǒng)潮流方式的隨機性，引起系統(tǒng)安全特征的頻繁改變，降低了之前通過經(jīng)驗來進行判斷的準確性。

4 電力系統(tǒng)關(guān)鍵輸電斷面的確定方法

4.1 譜圖理論和譜聚類

（1）譜圖理論：譜圖理論結(jié)合圖論和組合矩陣，利用圖的矩陣來表示各元素之間所存在的關(guān)系，建立圖的拓撲結(jié)構(gòu)。為了方便后續(xù)的介紹，首先我們需要建立一個有n個節(jié)點和m條邊所組成的有全權(quán)G，G=（V，E，W），V表示點集，E表示邊集，W表示點之間所存在的關(guān)系。在實際應(yīng)用的過程中，需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)特性和選取目標特點來進行權(quán)值選擇。節(jié)點示意圖如圖1：

定義節(jié)點vi的度為：

di=Wij

其含義為圖中與vi相連的所有邊的權(quán)值之和，在無權(quán)圖中，di等于與vi相關(guān)聯(lián)的邊的數(shù)量。定義度矩陣D是以di，…，dn為對角元素的對角矩陣。

（2）譜聚類：譜聚思想是通過樣本間的相似關(guān)系來建立矩陣，然后通過計算特征向量，找到其中的內(nèi)在聯(lián)系，其特點是可以適用于任何形狀的樣本空間，并且能夠?qū)⑵涫諗康揭粋€最優(yōu)狀態(tài)，根據(jù)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)研究成果已知很多網(wǎng)絡(luò)都具有社團結(jié)構(gòu)特點，通過相似圖聚類分析，能夠轉(zhuǎn)化成圖分割問題，其最終目的就是使連接子圖的邊的權(quán)值之和達到最小，但此圖內(nèi)邊的權(quán)值之和最大。

譜聚類常應(yīng)用于使得用于分割圖的邊數(shù)目最少或者權(quán)值最小的目標。首先設(shè)置一個表征節(jié)點所屬子圖關(guān)系的分割指示向量：

x=（x1，x2，…，xn）T∈R

4.2 電力系統(tǒng)關(guān)鍵輸電斷面的確定方法

在譜圖論中將G分割成相互獨立的兩個子團，給定聚類定義一個組內(nèi)數(shù)據(jù)點之間的緊密關(guān)系，本文選擇的是規(guī)范切的方式來確定關(guān)鍵輸電斷面，但是在操作之前需要認識到雖然規(guī)范可以迅速確定子圖間連接較弱，但子圖內(nèi)部連接緊密的割集會影響到這一過程?；谝?guī)范切的電力系統(tǒng)關(guān)鍵輸電斷面確定結(jié)果，將關(guān)鍵斷面定義為一組分區(qū)斷面的結(jié)合，當這些分區(qū)斷面進入斷開狀態(tài)后，系統(tǒng)就會隨機劃分為兩個不同的子系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

本文通過建立CEPRI-36節(jié)點系統(tǒng)和圖論模型，利用規(guī)范切的方式確定關(guān)鍵輸電斷面，在實際應(yīng)用中能夠有效識別關(guān)鍵輸電斷面，提供操作者對于電網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理水平。

參考文獻：

[1]趙金利，余貽鑫.電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定分區(qū)和關(guān)鍵斷面的確定[J].電力系統(tǒng)自動化，2008（17）：1-5.

[2]呂泉成.電力系統(tǒng)關(guān)鍵輸電斷面的確定方法[D].華北電力大學（北京），2016.

[3]王文媛，李衛(wèi)國，程宇 ，等.基于關(guān)鍵支路的關(guān)鍵斷面確定方法[J].華北電力大學學報（自然科學版），2018（2）：54-63.

[4]胡劍鋒，閆濟紅，陳中，等.電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定風險評估與仿真[J].廣東電力，2017（8）：80-86.