一种交直流电网连锁故障关键线路辨识方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统连锁故障预防与防御技术领域，尤其涉及一种交直流电网连 锁故障关键线路辨识方法。
【背景技术】
[0002] 大规模电网的特殊结构决定了网络中联络线路在承担输电任务方面的非均质特 性。在交直流电网中，大部分直流线路和少量高电压等级的交流线路具有很高的负荷水平， 它们在保证电网正常输电任务的同时却对连锁故障传播起到推动作用。高负荷的交流线路 发生故障可能会引起电气距离较近的直流系统换流器换相失败，导致直流线路闭锁；直流 线路闭锁又进一步引起潮流分布发生变化并导致有功潮流在其它交流线路上重新分配；这 部分先前正常运行的交流线路如果不能承受多余的有功潮流将会相继断开，从而造成有功 潮流的又一次转移，并可能导致其他直流线路因为电压过低相继闭锁，引起系统发生连锁 故障，最终导致大停电事故的发生。
[0003] 大停电事故一般由个别元件故障开始，引发连锁反应故障最终导致系统崩溃，其 中极少数起关键作用的线路的断开对大停电事故的发展与传播往往起到推波助澜的作用。 如何寻找这些关键线路对预防与控制连锁故障具有十分重要的意义。
[0004] 目前对电网连锁故障传播过程中的关键线路的辨识，大体上可以分为潮流分布方 法和复杂网络方法。潮流分布方法是考虑电网某条线路断开后，电网的潮流重新分配，并 得出线路过负荷、电压越限等一系列指标，并对这些指标进行综合评价，用一个综合指标来 定量判断线路的关键程度；复杂网络方法基于图论，对电网进行一些简化以后，研究电网的 拓扑结构，并考虑实际电网的电气特性，从而得出一个指标来定量判断线路的关键程度。但 是，以上方法只适用于纯交流系统，如果系统中包含少量直流线路，以上方法则对直流线路 进行交流线路等值或者其他替代方法，并没有充分考虑直流线路的实际运行特性。
【发明内容】
[0005] 为了解决现有方法存在的上述问题，本发明提出了一种交直流电网连锁故障关键 线路辨识方法，包括：
[0006] 步骤1 :计算交直流电网中每条交流线路的权重值；
[0007] 步骤2 :计算某条直流线路或者交流线路发生故障跳闸后的电网暂态稳定过程， 统计电网中除故障线路以外剩余所有交流线路的负载率；
[0008] 步骤3 :暂态稳定计算过程结束后，计算这条故障线路有功功率改变所引起周围 线路传输容量裕度变化量；
[0009] 步骤4 :计算这条故障线路对周围线路的潮流转移关联度；
[0010] 步骤5 :通过这条故障线路对周围线路的潮流转移关联度与电网所有线路对周围 线路潮流转移关联度之和的平均值的比值，来计算线路比值；
[0011] 步骤6、重复步骤2~5,获得所有线路比值，比值最大者即为关键程度最高的线 路。
[0012] 所述线路的权重值是指该线路电抗标幺值的倒数，其具体计算利用公式
其中，a i为线路j的权重值，Ub为基准电压，X j为线路j的电抗，SbS基准容 量。
[0013] 所述暂态稳定计算是指在电网潮流计算的稳态结果的基础上，突然受到大的干扰 后，计算电网的持续变化过程；所述大的干扰包括：发生短路故障、负荷瞬间发生较大的突 变、切除大容量的发电、输电或变电设备。
[0014] 所述线路传输容量裕度变化量是指线路实际运行容量裕度与额定电流下的容量 裕度的差值；线路传输容量裕度变化量的计算公式为
；其中，表示线 路i故障后，线路j的实际运行风险值；??:表示线路i故障前，线路j的实际运行风险值， &为线路j运行在额定电流时的事故风险。
[0015] 所述潮流转移关联度用于定量表征直流线路和交流线路i因故障断开后，对周围 线路j的冲击力度；线路i对线路j的潮流转移关联度越大，线路i断开后因潮流转移而给 j线路带来的影响就越大，其具体计算公式为L 1^= a RIP」；其中，α ,是线路j的权重值， F,为线路j的传输容量裕度变化量，P ,为线路j的传输功率的标幺值。
[0016] 所述传输容量裕度变化量只考虑交流线路的传输容量裕度变化，不考虑直流线路 周围线路故障开断对直流线路产生潮流转移。
[0017] 所述线路比值具体计算公式为：
[0018]
[0019] 其中，Lli j为线路i对线路j的潮流转移关联度，N。为与线路i相连的线路j的总 数，N1为线路总数。
[0020] 本发明的有益效果在于：通过计算计算交直流电网中每条交流线路的权重值、线 路故障后的电网暂态稳定、故障线路引起周围线路传输容量裕度的变化量以及潮流转移关 联度，最终计算得到故障线路的线路比值；既考虑了连锁故障发生过程中的潮流转移，又考 虑了直流系统运行特性，能快捷方便的对所有线路对于电网安全的关键性进行定量分析， 对于电网规划设计运营管理中如何预防与控制连锁故障具有重要指导意义。
【附图说明】
[0021] 图1是本发明提供的交直流电网连锁故障关键线路辨识方法流程图；
[0022] 图2是本发明提供的线路运行风险值与线路的负载率关系图；
[0023] 图3是本发明提供的修改的CEPRI 36节点系统网络接线图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图，对实施例作详细说明。
[0025] 实施例1
[0026] 图1是本发明提供的交直流电网连锁故障关键线路辨识方法流程图。图1中，本 发明提供的交直流电网连锁故障关键线路辨识方法包括下列步骤：
[0027] 步骤1 :计算交直流电网中每条交流线路的权重值。
[0028] 线路的权重值是指该线路电抗标幺值的倒数。假设α ,是线路j的权重值，则线 路j的权重值
[0029]
< 1 )
[0030] 在归算电抗标么值时，基准电压仏取为该线路额定电压，XjS该线路的电抗，基准 容量S B取100MVA。
[0031] 步骤2 :某条直流线路或者交流线路故障跳闸后，对电网进行暂态稳定计算。
[0032] 暂态稳定计算是指在电网潮流计算的稳态结果的基础上，突然受到大的干扰（如 发生短路故障、负荷瞬间发生较大的突变、切除大容量的发电、输电或变电设备等）后，电 网的一个持续变化过程的计算。
[0033] 暂态稳定的数学模型可归结为网络方程和微分方程联立求解，即
[0034]
(2)
[0035] 具体的处理方法是：采用梯形隐式积分的迭代法，求解微分方程X ;采用直接三角 分解和迭代相结合的方法求解网络方程Y ;微分方程和网络方程两者交替迭代，直至收敛， 以完成一个时段t的求解。
[0036] 步骤3 :暂态稳定计算过程结束后，计算这条故障线路有功功率改变引起周围线 路传输容量裕度的变化量。
[0037] 线路传输容量裕度是指线路实际运行容量裕度与额定电流下的容量裕度的差值。 线路的传输容量裕度越大，其运行状态越安全，在连锁故障传播过程中越不容易因为过载 而切除。
[0038] 假设为线路j实际运行时的传输容量裕度，定义
[0039]
[0040]
[0041]
[0042] 其中Rniax表示线路的最大运行风险值，R s表示线路额定运行风险值，％表示线路 实际运行风险值。Mj表示额定运行风险值（此时线路负载率为1)与线路的实际运行风险 值（此时线路负载率为r时）的差值。
[0043] 借用微观经济学中风险效用函数理论，认为线路的运行风险值与线路的负载率是 边际效用递增的规律。如图2所示，不妨假设线路的运行风险值R与线路的负载率r满足 如下关系
[0044] R = er (4)
[0045] 实际上线路的运行风险值R与线路的负载率r可能并非满足严格的指数函数关 系，但指数函数是满足边际效用递增的，因此，这里不妨假设线路的运行风险值R与线路的 负载率r满足式（4)对应的关系。
[0046] 根据式⑶和式（4)，可知
[0047]
(5)
[0048] 假设Fj为线路i故障后，线路j的传输容量裕度的变化量，定义
[0049] Fj = M j 前-Mj 后（6)
[0050] 线路故障前后，额定的运行风险值只与线路运行在额定电流情况下的负载率有 关。一般来说，线路的额定电流是不变的，因此，线路故障前后的额定运行风险值也是固定 不变的。综合式（5)和式（6)可知
[0051] C 7)
[0052] 其中，4后表示线路i故障后，线路j的实际运行风险值'iir;表示线路i故障前， 线路j的实际运行风险值。
[0053] 将式（7)与线路额定运行风险值'进行比较，重新获得：
[0054] (8)
[0055] 式⑶可以看至I」，线路运行在额定电流时的事故风险4?樾大，它的容量裕度就越 小，