华北电力大学王增平团队特稿：受端电网分层优化切负荷策略
王增平，教授，博士生导师，华北电力大学副校长，电力系统及其自动化学科带头人，北京市教学名师，中国电机工程学会继电保护专委会副主任委员，中国电工技术学会电力系统控制与保护专委会副主任委员。致力于继电保护原理、变电站综合自动化、广域保护等领域的研究工作，先后完成重大科技项目10余项，获省、部级科技奖励9项，在国内外重要学术刊物上发表论文200多篇，其中100多篇被三大检索机构收录。
朱劭璇，博士研究生，1989年生，主要从事电力系统安全防御研究。
王彤，副教授，硕士生导师，博士后，1985年生，2013年华北电力大学获得博士学位，2011-2012年在美国弗吉尼亚大学联合培养，从事电力系统稳定性分析与控制等方面研究，发表论文30余篇，主持国家自然科学基金青年项目1项，博士后科学基金面上资助1项，获省部级奖1项。
超、特高压输电线路因故障切除后容易引发受端电网出现大规模潮流转移过负荷，严重时会导致连锁跳闸甚至大面积停电。针对此现象，提出了一种受端电网分层优化切负荷策略。该策略考虑了不同电压等级下电网的结构特点，在有效消除线路过负荷的同时避免了直接切除高压线路造成的“过切”现象。
DOI: 10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.190377
超、特高压线路因故障切除后可能导致受端电网出现大规模潮流转移，进而引发部分线路出现过负荷。如不能及时有效地消除过负荷现象，继电保护装置将切除过负荷线路，造成故障事态的进一步扩大，严重时会导致连锁跳闸甚至大面积停电。然而，现有切负荷控制仍属于系统稳定控制功能范围，启动时间滞后，控制功能实现时，继电保护装置可能已经因过负荷而动作跳闸。因此，合理利用切负荷控制手段，在过负荷保护动作之前，快速高效地解决线路过负荷问题，对受端电网的安全运行至关重要。
本文考虑了不同电压等级下电网的结构特点，可以有效解决超特高压线路切除引发的受端电网潮流转移过负荷问题。相比于其他策略，本策略在有效消除线路过负荷的同时避免了直接切除高压线路造成的“过切”现象，策略计算时间短，有利于实现工程在线应用。
按目前我国电网的网架结构，500kV及以上电压等级线路普遍采用环形或网格型结构运行，而500kV以下电压等级线路则基本采用解环辐射结构运行。本文基于电网实际结构建立了一个按电压等级分层的切负荷系统，以500kV为界线，对500kV以上和以下电压等级分别制定切负荷策略，在潮流转移过负荷发生后依策略由高电压等级向低电压等级逐级分配切负荷任务。
图1 受端电网分层切负荷策略流程图
500kV及以上电压等级切负荷策略
推导了过负荷支路电流与负荷节点注入电流之间的数学关系式，为保证电网停电范围尽可能小，以切负荷总量最小为准则，结合电网频率及节点电压约束条件，将问题转化为最优化求解问题。由于大电网中节点数量庞大，直接对全部节点进行求解会导致计算时间过长，甚至陷入维数灾。因此提出了一种节点分区方案，通过对定义的过负荷区域内负荷节点进行辨识及校验，避免了对全部负荷节点进行搜索计算。
图2 过负荷区域划分示意图
500kV以下电压等级切负荷策略
500kV节点切负荷量确定后，为避免停电范围扩大，需将控制任务细分至500kV以下各电压等级。为保证快速分配不同电压等级之间的切负荷任务，本文以负荷重要度、负荷承载度以及负荷灵活度为评价因素，建立了切负荷综合评价体系。首先建立评价因素的隶属度函数，由层次分析法确定各评价因素的权重大小，然后采用模糊评价法对各级变电站下属负荷线路进行综合评价，最终根据评价结果得到各电压等级变电站的切负荷量。
（1）通过跨电压等级分层优化切负荷，避免了直接切除高压线路导致的“过切”现象，可有效减少停电范围。
（2）500kV及以上电压等级线路通过划分过负荷区域，避免了对系统中负荷节点的全局计算，大幅减少了计算时间。
（3）本策略利用的是不同电压等级变电站之间的天然物理联系，体现了切负荷控制与负荷物理分布的一致性，对于500kV以下电压等级切负荷，仅需在相邻变电站之间传递切负荷信息，具有信息可靠性高，传递速度快的特点。
王增平, 朱劭璇, 王彤, 秦红霞. 受端电网分层优化切负荷策略[J]. 电工技术学报, 2020, 35(5): 1128-1139.Wang Zengping, Zhu Shaoxuan, Wang Tong, Qin Hongxia. Research on Stratified Optimal Load Shedding Strategy for Receiving End Power Grid. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(5): 1128-1139.