李牧轩 傅荣宗

摘 要：电网规模的扩大及电网结构的复杂度提升，需要做好电力系统的运行控制工作。将电网整体控制问题转化为分节点控制，降低了控制难度。面对现代社会规模庞大的电网分区工作，即使进行了分区，仍然会形成数量众多的输电断面，对输电断面进行监测控制是一项工作量极大的任务，为提高管理效率，工作人员选择在电网运行过程中对电网系统稳定性有重大影响的输电断面作为电力系统重点监测和控制对象，以实现有效的监测管理。

关键词：关键输电断面；电网分区；管理与监测

中图分类号：TM732 文献标志码：A 文章编号：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 背景與意义

高速发展的现代社会对电力系统的依赖越来越高，随着城市面积的不断增加，电力系统的覆盖规模也随之增大，电网结构也不断扩大并升级，造成电网结构的复杂性增加。近几年大容量机组数量快速增长，为现代电网系统的复杂性和安全管理工作带来了极大压力，按照传统方法工作人员已无法有效实现对大范围电网的监管，需将大规模的电网进行分区划分进而使每一个分区以相对独立的状态进行工作，也方便管理人员对其运行参数进行控制和分析。

在实际操作层面，输电断面能够使大规模电网的安全监控成为可能，大幅度的简化了事故预警和运行分析。工作人员按照安全稳定分析要求确定输电断面之后，系统会将整个电网按照一定标准划分为不同的区域，区域之间由输电断面进行连接，初步将一个规模巨大的电网分割为若干独立运行的系统，减少了一次监测所需要面对的数据源和分析工作量。由于各个区域都以较为独立的方式运行，即使在某个区域内由于元器件故障而造成损坏，也只会波及该区域内的系统，对于电网整体系统不会造成严重影响，提高了电网系统的运行稳定性，减少了一次事故所需要检查的面积范围和相应的投入费用。

工作人员在日常操作时，以输送断面作为分析电网运行状态的切入点，能够快速掌握整个电网的关键环节。电网的正常运行状态主要取决于电源，网架结构、负荷三方面，所以各个分区之间联系的紧密程度，一般是根据网架结构和功率交换来决定的，如果两个分区之间的网架结构联系性较强，且交换功率较少，通常不会在稳定方面出现问题。而对于分区之间网架结构较为薄弱，进行交互时功率要求较大的部分，则容易出现稳定问题，需要工作人员特别留意。综上所述，研究输电断面的确定方法，成为了电网安全稳定分析和控制工作的基础。

2 电力系统关键输电断面定义

具备以下要素，才被作为关键断面：

（1）关键断面是电力系统区域之间承担功率交互的域主线路集合，断开这种线路系统就会被划分为两个独立的子系统。

（2）为了实现日常交互的稳定性，需要两个子系统之间能够保持较好的联系，其具体表现为连通性强，交互功率小，内部故障不会影响到其他区域。

（3）对于子系统之间的内部联系较为薄弱，电气距离较大，在电网系统中容易出现故障，交互功率较高的，需要利用关键断面进行分割，此标准是为了保证电网在正常运行过程中不会由于两个子系统之间的联系薄弱而造成不稳定故障。

（4）关键断面具有脆弱性（脆弱性是指电网拓扑结构上的网架结构脆弱和系统潮流方式所决定的脆弱性），断命主变故障之后，会对两个子系统之间的电力传输造成非常重大的影响，甚至会造成一定的安全问题。

在电脑分区的基础上，确定关键数电断路，就是为了寻找一组分区的断面集合，比如这一组集合所连接的子系统之间物理结构较弱，且关键断面上的输送潮流较大，本文将运用谱图理论和谱聚类相关方法来解决NP完全问题。

3 与传统控制方式比较

传统的关键段路是由系统专家通过对系统开展离线分析，并且结合之前的工作经验，以人工方式进行判断而最终确定的，由于人类计算能力的限制，在面对长时间高负荷的计算工作时，可能出现误差，在面对大数量计算时有可能出现人工误差，尤其是到了现代电网数据更新频繁且数值较大，这样的计算和预估方式容易存在较大的误差。网架结构的日益复杂，再加上近几年新能源发电的接入导致电网系统的组成结构越来越多，尤其是大规模间歇性新能源的并网，也增加了系统潮流方式的随机性，引起系统安全特征的频繁改变，降低了之前通过经验来进行判断的准确性。

4 电力系统关键输电断面的确定方法

4.1 谱图理论和谱聚类

（1）谱图理论：谱图理论结合图论和组合矩阵，利用图的矩阵来表示各元素之间所存在的关系，建立图的拓扑结构。为了方便后续的介绍，首先我们需要建立一个有n个节点和m条边所组成的有全权G，G=（V，E，W），V表示点集，E表示边集，W表示点之间所存在的关系。在实际应用的过程中，需要根据网络特性和选取目标特点来进行权值选择。节点示意图如图1：

定义节点vi的度为：

di=Wij

其含义为图中与vi相连的所有边的权值之和，在无权图中，di等于与vi相关联的邊的数量。定义度矩阵D是以di，…，dn为对角元素的对角矩阵。

（2）谱聚类：谱聚思想是通过样本间的相似关系来建立矩阵，然后通过计算特征向量，找到其中的内在联系，其特点是可以适用于任何形状的样本空间，并且能够将其收敛到一个最优状态，根据复杂网络的相关研究成果已知很多网络都具有社团结构特点，通过相似图聚类分析，能够转化成图分割问题，其最终目的就是使连接子图的边的权值之和达到最小，但此图内边的权值之和最大。

谱聚类常应用于使得用于分割图的边数目最少或者权值最小的目标。首先设置一个表征节点所属子图关系的分割指示向量：

x=（x1，x2，…，xn）T∈R

4.2 电力系统关键输电断面的确定方法

在谱图论中将G分割成相互独立的两个子团，给定聚类定义一个组内数据点之间的紧密关系，本文选择的是规范切的方式来确定关键输电断面，但是在操作之前需要认识到虽然规范可以迅速确定子图间连接较弱，但子图内部连接紧密的割集会影响到这一过程。基于规范切的电力系统关键输电断面确定结果，将关键断面定义为一组分区断面的结合，当这些分区断面进入断开状态后，系统就会随机划分为两个不同的子系统。

5 结束语

本文通过建立CEPRI-36节点系统和图论模型，利用规范切的方式确定关键输电断面，在实际应用中能够有效识别关键输电断面，提供操作者对于电网系统的数据管理水平。

参考文献：

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