电力系统保护与控制 第 49 卷 第 12 期 2021 年6 月 16 日 Power System Protection and Control Vol.49 No.12 June 16, 2021 DOI: 10.19783/j.cnki.pspc.201162 输电系统风险评估中的分层分级负荷削减模型 张侃君 1，王作维 1，杜镇安 1，黎恒烜 1，杨惠源 2，唐爱红 2 (1.国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，湖北 武汉 430077；2.武汉理工大学，湖北 武汉 430070) 摘要：负荷削减计算是输电系统风险评估中的关键步骤。为解决目前负荷削减模型还存在的没有考虑无功潮流和 节点电压约束、无法考虑负荷类型削减优先级对风险指标的影响等不足，提出了一种分层分级最优负荷削减模型。 按负荷类型重要度从高到低依次分层削减负荷，兼顾就近和最优原则，将参与负荷削减的节点限制在一定分级范 围内，减小计算规模。IEEE-RTS6 算例表明，所提出的模型在保证准确性的前提下，相比传统方法能够极大减少 重要负荷的削减次数和电力不足期望，更符合系统实际运行要求，并一定程度上减少计算时间。 关键词：风险评估；负荷重要度；分层分级原则；最优原则 Hierarchical load shedding model for transmission system risk assessment ZHANG Kanjun1, WANG Zuowei1, DU Zhen'an1, LI Hengxuan1, YANG Huiyuan2, TANG Aihong2 (1. State Grid Hubei Electric Power Research Institute, Wuhan 430077, China; 2. Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China) Abstract: Load shedding calculation is a key step in transmission system risk assessment. To overcome the shortcomings of the current load shedding model, such as its ignorance of reactive power flow and node voltage constraints, and the ignorance of the impact of load shedding priority on the reliability index, a hierarchical optimal load shedding model is proposed. Load is hierarchically cut from high to low according to the load shedding priority, and the principle of proximity and optimization is taken into account. The nodes participating in the optimal load shedding calculation are limited within a certain range to reduce the calculation scale. The IEEE-RTS6 example shows that the proposed model could greatly reduce the operation times and power shortage expectations of important loads compared with the traditional method under the premise of ensuring accuracy. This is more in line with the actual system requirements, and to some extent reduces the calculation time. This work is supported by the Science and Technology Project of the Headquarters of the State Grid Corporation of China (No. 5500-202022072A-0-0-00). Key words: reliability assessment; load shedding priority; hierarchical load shedding model; optimization principle 0 引言 输电系统作为电力系统的主要组成部分，对电 力系统安全稳定运行有着至关重要的作用，因此输 电系统的风险评估在电力系统规划决策中有着重要 作用[1-9]。负荷削减量通常被视为量化输电系统风险 的重要评价指标，有必要对输电系统风险评估中的 负荷削减模型展开研究。 输电系统的风险评估通常由系统状态选择、系 基金项目：国家电网有限公司总部科技项目资助(5500202022072A-0-0-00) 统状态分析、越限校正和风险指标计算等主要步骤 组成[10-11]。越限校正包括为消除系统异常运行状态 而采取的负荷削减等措施[12-15]。目前负荷削减计算 通常采用以削减量最小为目标的最优负荷削减法或 以距故障点远近为依据的就近负荷削减法。因切负 荷量的计算涉及到非线性方程组求解，为提高算法 效率，通常采用基于直流潮流的线性规划法计算负 荷削减量[16-18]，但忽视了无功功率和电压约束的影 响，与实际情况存在差距。为克服上述不足，一些 研究基于交流潮流法进行负荷削减计算，并通过控 制计算规模来提高计算速度，文献[19]提出一种基 于网流模型的负荷缺供量计算方法，在精度允许条 电力系统保护与控制 - 66 - 件下极大地缩减了计算时间，但该方法以网流代替 潮流，不满足基尔霍夫第二定律，计算结果偏于乐 观。文献[20]提出了一种启发式就近负荷削减模型， 按照就近原则在失效元件附近一定区域内通过潮流 跟踪确定负荷削减集，在减少计算量的同时提高了 计算速度，但在负荷削减集内采用了按比例负荷削 减方法，未计及负荷的重要程度。文献[21]计及了 负荷的重要程度对负荷削减策略的影响，并以高失 效率元件为中心将输电系统划分为若干子区域，在 子区域内进行最优负荷削减计算，但该模型在子系 统划分时存在一定主观性。 随着电网自动化和信息化程度的提高，工程中 负荷削减策略由传统的最优负荷削减、就近负荷削 减策略逐步向区分负荷性质和重要度的精准切负荷 方向发展[22]，其特点就是能够依据负荷性质、重要 度等特点，分级依次准确切除负荷，同时兼顾系统 负荷削减量最小。而目前相关研究中采用的基于传 统直流/交流潮流、以负荷削减量最小为求解目标的 最优潮流模型不能满足电网的发展需要。因此，本 文提出了一种输电系统风险评估中的分层分级负荷 削减模型，模型实现步骤为：失效发生后通过联通 性识别判断孤岛，划分原输电系统为若干独立的子 网并调整子网的功率平衡；基于交流潮流判别过载 线路，依据节点负荷类型及距过载线路的远近，分 层分级依次进行负荷削减量计算。通过 IEEE-RTS6 系统[23]验证算法的有效性，并通过与基于直流潮流 和交流潮流的传统最优负荷削减模型的比较分析， 证明了本文所提模型的优越性。 1 分层分级负荷削减模型的基本概念 传统电网风险评估中的最优切负荷模型，在越 限校正时每次都需要在全部节点间进行一次非线性 最优规划计算， 当节点数量巨大时会导致维数灾难。 因此本文对发生支路潮流越限电网中的节点进行分 级，将越限校正计算限制在有限范围内，节点分级 概念解释如下： 假设电网中某元件因故障退出运行，则此时原 输电系统解裂成为 m 个( m ≥ 1 )独立的子系统，分 别记为 N1 , N 2 , N3 , , N m ，每个子系统之间不存在电 气耦合关系，相互独立。 在子系统 Ni (i 1, 2,3, , m) 中，将过载输电线 路的送端节点记为 S0 、受端节点记为 T0 (潮流方向 由 S0 指向 T0 )，并分别称 S0 和 T0 为 0 级送端节点和 0 级受端节点。则各过载输电线路将子系统 Ni 分成 了送端域 S 和受端域 T ，如图 1 所示。 图 1 子系统 Ni 过载线路集 Fig. 1 Overload transmission lines of subsystem Ni 在子系统 Ni 中，与 S0 和 T0 有直接线路连接的 节点分别称为 1 级送端节点和 1 级受端节点。同 理，与 n  1 级送端节点和 n  1 级受端节点直接相连 的节点分别称为 n 级送端节点 Sn 和 n 级受端节点 Tn 。例如图 2 中，对于过载线路 i  j ，其各级送端 节点和受端节点分别可表示为： S0  {i} ， S1  {3} ， S2  {1, 2} ， T0  { j} ， T1  {4} ， T2  {5,6} 。 图 2 过载线路 n 级送(受)端节点示意图 Fig. 2 Diagram of n-stage feed (receive) nodes of the overload transmission line 在上述节点分级的基础上，按类型或重要度再 对各节点负荷进行分层。本文按重要度从高到低将 电网的第一、二、三类负荷分为一、二、三层依次 切除，如图 2 所示的系统中，直接与 n 级送(受)端 节点相连的电源称为 n 级送(受)端电源，记为 SGn ( TGn )，直接与 n 级送(受)端节点相连的负荷称为 n 级送(受)端负荷，记为 S LDn ( TLDn )，现将送端域 S 和受端域 T 各节点的第一、二和三类负荷分别记为 S LDn 1、S LDn  2、S LDn3 ( TLDn 1、TLDn  2、TLDn 3 )。 2 分层分级负荷削减模型及实现步骤 2.1 基于交流潮流的传统负荷削减最优化模型 基于交流潮流的传统负荷削减最优化模型的目 标是负荷削减量最小，即最优化目标函数为 min  Ci (1) iND 约束条件为 Pi (V ,  )  PLDi  Ci  0 Qi (V ,  )  QLDi  0 i  ND i  ND (2) (3)