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计及负荷转供措施的电网设备过载辅助决策

文档作者：周晓宁徐伟胥传普王伟徐泰山毛俊文档来源： 1．南京南瑞集团公司/国网电力科学研究院 2．上海市电力公司		点击数：	更新时间： 2024年06月16日
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第41卷第23期
2013年12月1日
电力系统保护与控制
Power System Protection and Control
Vb1．4 1 No．23
Dec．1，2013
计及负荷转供措施的电网设备过载辅助决策
周晓宁 ，徐伟 ，胥传普 ，王伟 ，徐泰山 ，毛俊
(1．南京南瑞集团公司／国网电力科学研究院，江苏南京210003；2．上海市电力公司，上海200122)
摘要：电网设备过载辅助决策是大电网安全稳定综合协调防御系统的重要功能，当电网中当前状态下和预想故障下出现过载
问题时在线计算负荷转供措施，减少发电机调整量和卸负荷量，提高过载控制的经济性。采用不同的限值计算电网当前状态
和预想故障下设备的过载安全裕度，计算负荷转供措施和有功调整措施的综合性能指标。若投运设备无法解决过载问题，则
在此基础上确定解决过载问题的发电机、负荷有功调整措施。采用集群计算技术对调整方案进行交流潮流校核，确定控制代
价最小且满足有功调整计算精度要求的调整方案。
关键词：负荷转供；设备过载；性能指标；辅助决策
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
中图分类号： TM712 文献标识码：A 文章编号： 1674．3415(2013)23—0061-06
0 引言
电网设备过载辅助决策是大电网安全稳定综合
协调防御系统的重要功能IJ J，当电网当前状态和预
想故障下出现过载问题时，在线计算发电机、负荷
有功调整措施。过载辅助决策算法主要包括优化规
划类方法和灵敏度类方法。优化规划类方法通过求
解包含优化目标和约束条件的规划模型得到调整方
案，可以保证较好的经济性指标，但在实际运用中
需调整的设备较多，且存在算法复杂性高、对初值
的依赖性强和算法收敛性差等不足[4-6]。灵敏度类算
法不需要迭代，不存在收敛性的问题，可以实现调
整量最小或调整设备最少的目标，给出的调整方案
符合运行人员的操作习惯 J。
针对有功调整的灵敏度类方法一般采用反向等
量配对调整法以保证系统功率平衡及调整量最小，
并未考虑电网中出现多个设备过载的情况以及有功
调整措施的控制代价。文献[8]以有功调整措施对过
载设备的灵敏度为基础，根据不同过载设备的过载
量确定权重，从而计算有功调整措施的综合灵敏度。
但不同电压等级设备的允许运行值相差较大，甚至
不在相同数量级；而且线路一般采用电流作为允许
运行值，变压器采用容量作为允许运行值，二者量
纲不同，不具备可比性。因此，应在计算过载设备
的过载安全裕度基础上，计算综合性能指标；同时，
考虑有功调整措施的控制代价，确定有功调整措施
的调整顺序。
为满足快速性的要求，灵敏度类算法一般采用
一62． 电力系统保护与控制
直流潮流确定有功调整措施实施后过载设备的越限
情况，无法保证有功调整措施能够完全解决过载问
题也不能满足有功调整精度的要求。只有通过交流
潮流校核才能确定完全解决过载问题且满足计算精
度的有功调整方案。随着集群计算技术的发展，用
高性能计算技术解决大规模电力系统的计算问题，
被认为是实现大规模、复杂电网在线计算分析的有
效方法 ⋯。因此，需要设计适应大规模分布式并
行处理技术的电网设备过载辅助决策算法。
相比有功调整措施，负荷转供措施控制代价小，
操作简单，调整速度快。为此，本文提出一种计及
负荷转供措施的电网设备过载辅助决策方法。采用
不同的限值计算电网当前状态和预想故障下设备的
过载安全裕度，计算负荷转供措施和有功调整措施
的综合性能指标；若投运一条线路或一台变压器无
法解决过载问题，则在此基础上确定解决过载问题
的发电机、负荷有功调整措施；采用集群计算技术
对调整方案进行交流潮流校核，确定控制代价最小
且满足有功调整计算精度要求的调整方案。
1 过载安全裕度
在故障条件下可以允许线路和变压器在一段
时间内有一定的过负荷能力。因此，需要采用不同
的限值计算电网当前状态和预想故障下设备的过载
安全裕度。
当第，个设备为线路时，选取线路两端电流较
大一端的电流通过公式(1)计算过载安全裕度刀，。
，’
77f=(1一 )×100％ (1)
』P
若 为当前状态下线路电流，则ID为正常运行条件
下线路允许电流；若 为预想故障下线路电流，则
，n为事故条件下线路运行允许电流。
当第，个设备为变压器时，通过公式(2)分别
计算变压器各绕组的过载安全裕度r／ 。
}T T
，
= (1一 )x100％ (2)
L)P ，u N
． w
其中：W表示变压器的不同绕组； ，为绕组的额
定电压。若 和【，T为绕组当前状态下的视在功率和
电压，则 为正常条件下变压器的允许容量；若 和
【，T为预想故障下绕组的视在功率和电压，则Sp为事
故条件下变压器的允许容量。变压器设备的过载安全
裕度为所有绕组中过载安全裕度的最小值。
2 综合性~一B匕丁41日F-,标
灵敏度算法的关键是确定可投运设备和有功调
整措施消除过载的能力。当存在多个过载设备时，
应综合考虑控制措施对不同过载设备的灵敏度和过
载设备的过载程度，在此基础上计算控制措施的综
合性能指标。
采用公式(3)计算可投运设备对当前状态下过
载和预想故障下过载的综合性能指标。
(3)
其中： =1，2，⋯，L，L为可投运设备的总数；P 为
第 个可投运设备的综合性能指标；N为当前状态
下过载设备的总数；77 为第，个设备的过载安全裕
度；Si 为第f1个设备投运后第，个设备的过载安
全裕度变化量；W为过载安全关键故障的总数；Nk
为第k个故障下过载设备的总数； 为第k个故
障下第 个设备的过载安全裕度；Si 为第‘个
设备投运后第k 个故障下第 7．1个设备的,过载安全裕
度变化量。
采用公式(4)计算有功调整措施对当前状态下
过载和预想故障下过载的综合性z ~ gj-k日ka标。
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为有功调整措施的总数；
为第 个有功调整措施的综合性能指标； Ⅳ 为
当前状态下过载设备的总数；77 为第，个设备的过
载安全裕度； 为第f ，个有功调整措施对第，个
设备的有功灵敏度； 为过载安全关键故障的总
数；Ⅳ 为第k个故障下过载设备的总数； 为第
k个故障下第 个设备的过载安全裕度； ， 为
第 个有功调整措施对第k个故障下第，1个设备
的有功灵敏度。
3 有功调整措施计算
有功调整措施的计算应满足如下要求：1)通过
设置控制措施的优先级，确保在调整机组无法消除
过载时才卸负荷；2)优先级相同的控制措施应按控
制措施的性价比指标确定调整顺序，满足控制代价
最小的目标；3)系统有功功率不平衡而引起系统频
率偏差满足运行要求；4)满足有功调整的计算精度
要求，避免过控或欠控；5)计算速度应满足在线应
用的需求。
¨
七
一
0
，
Σ
Σ 心
+
刀
一
ⅣΣ
=
周晓宁，等 计及负荷转供措施的电网设备过载辅助决策 ．63．
3．1确定有功调整队列
将综合性能指标大于设定门槛值的有功调整措
施作为备选措施。当负荷作为候选的有功调整措施
时，仅可以减少有功。选取综合性能指标为正的备
选措施作为送电队列，队列中的发电机节点出力增
加而负荷节点有功减小；选取综合性能指标为负的
备选措施作为受电队列，队列中的发电机节点出力
减小。首先按照控制措施的优先级由高到低的顺序
对送电队列和受电队列中的备选措施进行排序，再
对控制优先级相同的备选措施按性价比指标由大到
小顺序进行排序，通过公式(5)计算性价比指标。
= I I／ (5)
其中，G 为第f ，个有功调整措施单位功率的调节
代价。
3．2并行计算策略
分别统计送电队列和受电队列的最大调整量，
取二者中的最大值作为解决过载问题的发电机、负
荷有功调整措施的最大调整量。根据有功调整的计
算精度形成发电机、负荷调整方案，确定每个方案
的有功调整量，并根据控制措施的控制代价由小到
大的顺序对计算方案进行排序。通过并行计算对各
方案进行针对无故障和关键故障集的交流潮流校
核，若得到过载安全裕度大于设定门槛值的计算方
案，则终止并行计算。
针对不同的调整量要求，按3．1节中确定的控
制措施的调整顺序，依次调整送电队列和受电队列
的各节点使得控制代价最小，确定计算方案中各控
制措施的调整量。若系统的有功功率不平衡而引起
系统频率偏差不满足运行要求时，则认为该计算方
案不可行。
4 计算流程
设定以下门槛值：
1)过载安全裕度门槛值 ，用于确定电网当
前状态和预想故障下的过载设备；
2)过载安全裕度门槛值 ，，用于确定参与计
算辅助决策措施综合性能指标的预想故障。
计及负荷转供措施的设备过载辅助决策计算的
步骤如下：
1)将电网当前状态过载安全裕度小于设定门槛
值 的设备和预想故障下过载安全裕度小于设定
门槛值 的设备加入到过载设备集中，将预想故
障下设备过载安全裕度最小值小于设定门槛值77c ：
的预想故障加入到关键故障集中，若过载设备集中
有过载设备，则进入步骤2)；否则，结束计算。
2)若闭合与处于停运且检修结束状态的设备直
接相连的开关刀闸组就能够将设备投入运行，且该
设备直接相连的节点与过载设备集中设备直接相连
的节点属于同一个电气岛，则将该设备加入可投运
设备集中。若可投运设备集中有可投运设备，则进
入步骤3)；否则，进入步骤6)。
3)分别针对可投运设备集中各个可投运设备，
采用直流潮流估算可投运设备投运后过载设备集中
各个设备的过载安全裕度，并计算可投运设备的综
合性能指标，若所有设备的过载安全裕度均大于指
定门槛值77 。 ( 。 >仉r．】)，则进入步骤4)；
否则，进入步骤5)。
4)采用交流潮流计算设备投运后过载设备集中
各个设备的过载安全裕度，并计算可投运设备的综
合性能指标，若存在过载安全裕度小于 的设备，
则进入步骤5)；否则，将综合性能指标最大的可投
运设备作为最终控制措施并结束计算。
5)选取综合性能指标大于给定门槛值的设备作
为待校核的可投运设备，进入步骤6)。
6)计算有功调整措施对当前状态下过载和预想
故障下过载的综合性能指标。
7)根据有功调整的计算精度形成发电机、负荷
调整方案，与待校核的可投运设备组合得到需要交
流潮流校核的计算方案，通过并行计算对各方案进
行交流潮流校核，将过载安全裕度大于77c 且控制
代价最小的计算方案作为最终控制措施输出并结束
本方法。
5 仿真验证
5．1仿真算例
以上海电网某断面时刻运行方式数据为例，验
证计及负荷转供措施的电网设备辅助决策计算方法
的有效性。电网当前状态下不存在设备过载，表1
给出预想故障下的过载设备、关联故障和过载安全
裕度。本算例中77 设置为0．00，r／ 设置为10．00。
表1预想故障下设备过载安全裕度计算结果
Table 1 Results of de~,ice overloading analysis
5．2负荷转供措施计算
根据线路和变压器的投停状态、检修状态及相
电力系统保护与控制
邻厂站内设备的运行状态，确定负荷转供候选措施
集。表2给出了可投运设备的综合性能指标。表3
给出了可投运设备投运后过载设备集中各个设备的
过载安全裕度。
表2可投运设备的综合性能指标
Table 2 Comprehensive performance index of
load transfer device
表3设备投运后各设备的过载安全裕度
Table 3 Results of device overloading analysis with load
transfer actions
各可投运设备投运后存在过载安全裕度小于
。的设备，且“上森2264线”的综合性能指标绝
对值大于设定门槛值0．1。因此，选取“上森2264
线”作为待校核的可投运设备， 即负荷转供措施。
5．3有功调整措施计算
计算有功调整措施的综合性能指标。表4、表
5分别给出了综合性能指标较大的有功调整措施，
以及考虑调整代价后的性价比指标。
在调度运行控制中，发电机调整措施的优先级
高于负荷调整措施。考虑调整代价后，负荷节点“杨
树23 A”和“杨树23 ”的性价比指标大于负荷
节点“银山23 ”和“森林23 ”。因此，通过优
先调整性价比指标高的有功调整措施可以确定控制
代价最小的控制策略。
表4送电队列调整措施综合性能指标
Table 4 Comprehensive performance index of devices in power
exporting set
表5受电队列调整措施综合性能指标
Table 5 Comprehensive perform ance index of devices in power
importing set
根据有功调整的计算精度(50 MW)形成发电
机、负荷调整方案，与待校核的可投运设备组合得
到需要交流潮流校核的计算方案。每一调整方案包
括已经确定的负荷转供措施和对应调整步长的有功
调整措施。将所有计算方案同时提交给集群计算系
统进行并行计算，若有足够的计算资源，则仅需花
费一次交流潮流计算的时问就可以确定满足计算精
度的调整方案。表6给出了前4个方案的校核结果。
表6计算方案的校核结果
Table 6 Checking results of control strategies
表7列出了方案4中有功调整措施的调整前有
功、调整后有功和调整量。在投运线路“上森2264
线”的基础上，按调整量对表7中的有功调整措施
进行控制，对应过载元件的裕度为1．22。
表7方案4对应的有功调整措施
Table 7 Active power adjustment actions in Scheme 4
周晓宁，等 计及负荷转供措施的电网设备过载辅助决策 ．65．
有功调整措施的总调整量为150 MW，其中发
电机“沪石一1”、“沪石一2”和“沪石一4”性
价比指标相同，按可调空间等比例分摊有功调整量。
5．4不进行负荷转供时的有功调整措施计算
若不计及负荷转供措施，仅对发电机和负荷的
有功进行调整，需要调整750 MW 的有功调整措施
才能解决过载问题，其中发电机调整量为610 Mw，
卸负荷量为140 Mw。因此，计及负荷转供措施的
设备过载辅助决策可以减少发电机调整量和卸负荷
量。表8给出了前16个方案的校核结果。
表8计算方案的校核结果
Table 8 Checking results of control strategies
6 结论
本文提出的计及负荷转供措施的电网设备过
载辅助决策计算方法通过在线识别负荷转供候选措
施集，在负荷转供措施基础上追加有功调整措施，
减少发电机调整量和卸负荷量；基于过载设备的过
载安全裕度计算综合性能指标，结合有功调整措施
的控制代价和优先级，确定有功调整措施的调整顺
序，确保调整方案的控制代价最小：根据有功调整
的计算精度形成发电机、负荷调整方案，通过并行
计算进行交流潮流校核，避免多轮迭代，提高计算
速度。仿真结果验证了所提方法的正确性和实用性。
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收稿日期：2013-08-05；
作者简介：
周晓宁(1 954一)，男，
安全稳定控制研究工作；
修回日期：2013-1O-14
高级工程师，主要从事电力系统
徐伟(1982一)，男，通信作者，博士，主要从事电力
系统安全稳定控制研究工作； E-mail：littlboy_ 0001@
163．corn
胥传普(1956-)，男，教授级高级工程师，长期从事电
力生产经营管理和电力企业管理工作。

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