电力系统保护与控制 第 49 卷 第 23 期 2021 年 12 月 1 日 Power System Protection and Control Vol.49 No.23 Dec. 1, 2021 DOI: 10.19783/j.cnki.pspc.210146 一种配电网开路潮流转移危险线路的识别方法 梁小华 1，杨欢红 2，薛 冰 1，程祥群 1，杨 然 1，傅冬生 1，孙诗晴 1，孙 彦 1 (1.国网安徽省电力有限公司宣城供电公司，安徽 宣城 242000；2.上海电力大学，上海 200090) 摘要：为了避免配电网潮流转移导致输电线路连锁故障跳闸反应，提出了一种基于改进 Dijkstra 算法的潮流转移 情况下对危险线路识别的方法。首先分析了线路发生故障断开后线路潮流转移主要波及的危险线路，然后将电网 转化成加权拓扑图。在此过程中，综合考虑潮流转移量和功率传输裕度这两个指标，并引入阻抗修正系数，将综 合阻抗作为线路权重。随后采用改进 Dijkstra 算法搜索最短路径和次短路径，其所包含的有功潮流转移系数较大 的线路即为危险线路。该算法通过 C++编程实现，无需多次求解，可有效提高运算效率。最后，采用 IEEE39 节 点标准算例开展仿真分析，论证了所述的方法是有效和实用的。 关键词：潮流转移；改进 Dijkstra；拓扑图；危险线路；综合阻抗；最短路径 An identification method for dangerous lines under power flow transfer in a distribution network open circuit LIANG Xiaohua1, YANG Huanhong2, XUE Bing1, CHENG Xiangqun1, YANG Ran1, FU Dongsheng1, SUN Shiqing1, SUN Yan1 (1. Xuancheng Electric Power Supply Company, State Grid Anhui Electric Power Co., Ltd., Xuancheng 242000, China; 2. Shanghai University of Electric Power, Shanghai 200090, China) Abstract: To avoid cascading overload trips caused by power flow transfer, a method for fast searching of dangerous lines based on an improved Dijkstra algorithm is proposed. First, the main dangerous lines affected by power flow transfer after the line is disconnected because of a fault are analyzed, and the power grid is transformed into a weighted topological graph. In the process, two indices of power flow transfer and line power transmission margin are considered, introducing an impedance correction factor, and taking the integrated impedance of the line as the weight of the line. Then the improved Dijkstra algorithm is used to search the shortest and the second shortest path, and the line with a large active power flow transfer coefficient is taken as a dangerous line. The proposed method can be implemented by C++ without the need for repeated solving, so the computing efficiency is improved. Finally, an IEEE39 node system simulation is analyzed. This demonstrates the effectiveness and practicability of the algorithm. This work is supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 51877135) and the Science and Technology Project of State Grid Anhui Electric Power Co., Ltd. (No. B312G020000G). Key words: power flow transferring; improved Dijkstra algorithm; topological graph; dangerous lines; integrated impedance; shortest path 0 引言 近年来，我国配电网结构日益复杂，随着用电 负荷不断增大，分布式能源接入和用户谐波型负荷 增多等情况，配电网的单相接地故障及相间故障处 基金项目：国家自然科学基金项目资助(51877135)；国网安 徽省电力有限公司科技项目资助(B312G020000G) 理得到了广泛关注[1]，但对于断线故障识别与处理 的相关报道较少。由于配电网断线故障没有及时处 理而造成的系统过电压、人畜伤亡和旋转电机损坏 等事故时有发生。同时，高低压电磁环网应势而 生 [2-3]。电磁环网的出现有其优点[4]，但是缺点也是 非常明显的，比如当电磁环网中的高压线路出现故 障断开后，电网系统相互之间的联络阻抗会产生改 变，高电压网架的传输功率将会转移到低电压网架 - 12 - 电力系统保护与控制 上，容易导致某些线路产生过载或者电网的电压发 生变化，进一步引发连锁故障的发生[5]。另外，目 前的继电保护装置，无论是主保护还是后备保护， 主要是依靠本地的电气量动作，并不能估计断线对 整个网络的影响。若不正常运行或故障情况导致线 路从系统中切除，在潮流转移的影响下，可能会造 成邻近线路过载保护动作，甚至造成大面积停电事 故[6]。近些年发生的美国加州和中国湖南冰雪灾害 停电即为典型案例。同时，现阶段电网短路电流超 标情况严重[7]，电网分区运行是未来电网的发展趋 势，区间联络线的选取也涉及到断线的问题。因此， 快速搜寻受潮流转移影响较大的线路，对于电网的 实时监测、安全稳定运行、远期规划具有重大意义。 由于电网日趋复杂，线路传输容量增大，多回 并列线路和重载运行线路增多。线路断线故障有可 能会引起相邻线路零序过流保护的误动，同时当故 障线路切除后，电网潮流将在网架中按新的方式分 布，如果将全网潮流都进行监控以找到受潮流转移 影响较大的线路，不仅费时费力，且容易错过控制 闭锁保护的最好时机。经本文定性、定量分析后发 现， 对于网络结构固定以及元件参数不变的系统中， 只有少数几条支路所受的潮流转移的影响是比较大 的，且均包含于潮流转移的主要路径上[8-9]。因此在 事故发展初期，快速识别出因潮流转移产生的具有 过载风险的危险线路[10]，对其详细分析并采取相应 的控制措施，这将极大减少故障发生时不必要的搜 索，减轻电网故障排查工作量，有效阻止连锁跳闸 及大范围停电事故的发生。但是，为避免线路多选， 需考虑一种情况，即有些线路虽受潮流转移导致功 率骤升，但由于其原始线路潮流较小，因此加上潮 流转移量后也不一定会造成线路过载。 对于输电线路切断之后引起电力系统潮流转 移的问题，专家学者已经有较多研究[10-15]。文献[11] 提出了一种基于前 k 最短路径的输电断面搜索方 法，但在 k 值固定的情况下易造成线路多选。文献 [12-13]提出线路断开后系统的潮流转移大部分是集 中在节点间电气距离比较短的路径当中，将电网转 化为拓扑结构后分别采用 Dijkstra 算法[12-13]和分支 界限法[14]进行处理，但随着电网规模的扩大，存在 实时搜索耗时过长、不能确定次短路径等不足。文 献[14]用汽车接力模型算法搜索前 k 条最短路径， 可避免线路遗漏问题，但未考虑电网的实时运行状 态、线路初始潮流分布等问题。文献[15]将线路电 抗值和线路负载率倒数两个数值作为边权值，避免 了只考虑网架结构以及忽略线路初始潮流的缺点， 但是在路径搜索时又出现了仅搜索最短路径，易出 现线路遗漏的缺点。 为了弥补现有方法的不足，笔者提出了一种基 于改进 Dijkstra 算法的电网潮流转移下危险线路识 别新方法。对 Dijkstra 算法进行了改进，通过搜索 两节点间的最短路径及次最短路径[16]，有效地避免 了漏线问题的发生，通过最短路径及次短路径的搜 索，快速确定因某支路开路所产生的危险路径，进 一步快速定位故障位置。同时本文在网络拓扑图的 权值选取时，综合考虑了线路的电抗和网络的初始 潮流分布情况，引出线路综合阻抗的概念，选取的 线路综合阻抗可较好地反映网络结构和线路潮流分 布。首先，分析了线路发生故障断开后线路潮流转 移主要波及的危险线路，然后结合图论的相关知识， 将电网转化成拓扑图结构，线路的综合阻抗作为线 路的权值。随后运用改进 Dijkstra 算法对节点间的 最短路、次最短路径进行搜索，运用 PSD 电力系统 分析软件[17]进行潮流运算后确定危险线路集。最后 利用 IEEE39 节点对文章所提的方法进行了验证。 本文通过改进 Dijkstra 算法同时搜寻到最短路径及 次短路径，形成路径集，受支路断线影响最为严重 的线路皆在该路径集中。在断线故障发生后，应用 该算法可有效减小过载线路搜索范围，缩短过载线 路运行时间，避免连锁故障的发生，提高电网的安 全稳定性。 1 电网转化为网络拓扑图 1.1 图论的相关知识 定义 1：一个图[18]G 是指一个二元组(V(G)， E(G))，其中，V (G)  {v1 , v2 ,, v } 叫作顶点集，E(G) 是 V(G)中的无序或有序的元素偶对