一种拓扑感知的渐进扩展局部负荷切减方法,用于缓解故障后潮流转移过载

《Electric Power Systems Research》:A topology-aware progressive-expansion local load-shedding method for relieving post-contingency flow-transfer overloads

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月30日 来源:Electric Power Systems Research 4.3

编辑推荐:

   •构建拓扑感知的嵌套区域以实现局部切负荷。•采用字典序PTDF-LP方法,结合有限平衡机制与软约束诊断回退策略。•在执行最小切负荷动作之前,对所有候选区域进行评估。•有限发电机出力限制与紧急降负荷约束确保平衡方案可执行。•硬约束优先/软约束诊断的分层体系区分安全解与不安全解。

  
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    构建拓扑感知的嵌套区域以实现局部切负荷。
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    采用字典序PTDF-LP方法,结合有限平衡机制与软约束诊断回退策略。
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    在执行最小切负荷动作之前,对所有候选区域进行评估。
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    有限发电机出力限制与紧急降负荷约束确保平衡方案可执行。
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    硬约束优先/软约束诊断的分层体系区分安全解与不安全解。

引言

当输电线路发生故障并断开时,其故障前的潮流将在剩余网络中重新分配。由此产生的潮流转移过载可能触发进一步的保护动作和级联故障[[1], [2], [3], [4]]。因此,紧急控制必须快速恢复线路安全,同时限制切负荷量、控制分散程度以及在线计算量[[5], [6], [7], [8]]。
可用的纠正措施包括发电机再调度、电压控制、输电开关操作和切负荷[[9], [10], [11], [12]]。切负荷直接快速但经济代价高昂,因此主要目标是在网络和资源约束条件下实现最小切负荷。基于PTDF或灵敏度分析的线性规划方法因其在线适用性而受到青睐,因为它们将线路潮流变化表示为节点注入调整的线性函数[[13], [14], [15], [16]]。更详细的事件驱动和安全约束模型提高了保真度,但通常需要更大的计算量[17,18]。
候选区域的选择是局部切负荷的核心。全网线性规划在使用相同的线路、负荷和平衡资源约束时给出了最小切负荷的下界,但它会释放所有可控节点,可能产生空间上分散的动作。故障后潮流转移通常集中在与故障元件相关的替代走廊、环路和割集结构上。因此,图论环路、割点、电气距离以及拓扑导向的开关研究为识别紧凑的纠正区域提供了有用信息[[19], [20], [21], [22], [23]]。然而,过度受限的区域可能遗漏有效的节点,导致方案不可行或次优。
此外还需要三个建模区分。首先,软约束线性规划即使在残存过载仍然存在时仍可在数学上求解;此类解仅具有诊断价值而非安全保障。其次,单参考节点PTDF模型要求故障后网络保持连通,因此必须在构建PTDF之前检测是否发生解列。第三,直流可行性并非交流安全的充分证明,因为电压幅值、无功功率限制、变压器效应和视在功率潮流均被忽略。相关的频率/电压切负荷和交流纠正控制研究进一步说明了显式交流验证的必要性[[24], [25], [26], [27], [28], [29], [30], [31], [32], [33], [34], [35], [36]]。
因此,TAPE-LLS从潮流转移区域、故障线路及过载线路终端以及阻抗加权转移路径构建拓扑感知的种子区域;评估基于嵌套跳数的候选集;对平衡发电机施加出力和紧急降负荷限制;并将所选的局部动作与同等条件的全网硬约束线性规划进行比较。字典序软约束模型仅保留用于不安全诊断,而实际执行的动作由直流和交流潮流独立验证。
主要贡献总结如下:
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    拓扑感知的嵌套候选区域。从故障后潮流转移区域、故障线路及过载线路终端以及阻抗加权转移路径构建紧凑的种子区域,并通过嵌套跳数候选集进行扩展。
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    有限平衡资源建模。切负荷由受出力和紧急降负荷限制约束的发电机显式平衡,消除了无限参考发电机的假设。
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    全候选评估与同等全网基准对比。在执行前评估所有不同的候选集,并将最小切负荷的硬可行解与同等条件的全网硬约束PTDF-LP进行比较。
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    显式的硬约束/诊断可行性区分。硬约束模型始终优先求解。非零松弛的软约束解仅被归类为不安全的尽力诊断结果,而解列事故在构建PTDF之前被排除。
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    两级直流-交流验证与校正。所选直流方案通过完整稳态交流潮流检验,残余视在功率或电压越限使用有限差分灵敏度及额外最小切负荷线性规划进行校正。
本工作并不声称在PTDF计算、割点检测、最短路径搜索、松弛变量建模或线性规划等方面具有单一创新。其贡献在于将这些已有的方法组件协调为一个局部到扩展的纠正动作工作流程,包含有限平衡资源、显式的硬约束/诊断可行性分类、同等全网基准以及两级直流-交流验证框架。

章节摘要

网络模型、切负荷变量与有限平衡资源

考虑故障后网络的节点集 B 和剩余线路集 L。在式(1)-(2)中,PG,i 和 PD,i 分别表示发电量和需求量,而 Fl 和 Fˉl 分别表示线路潮流及其热极限。单参考节点PTDF公式仅适用于连通的故障后网络;不连通的情况在构建PTDF之前被归类为超出解列范围的事故。
节点 i 处的净有功注入定义为:Pi=PG,i?PD,i其中 PG,i 和 PD,i 分别表示发电机出力和

核心方法:TAPE-LLS

TAPE-LLS将渐进扩展视为对嵌套候选区域的搜索,而非重复的物理切负荷操作。对于固定的连通故障后拓扑,使用一个PTDF矩阵评估所有不同的候选集。对每个候选集首先求解模型1,仅当硬约束模型不可行时才使用模型2。在所有候选方案比较完成后,最小切负荷的硬可行动作仅执行一次,并通过直流和交流潮流进行验证。

测试系统与参数设置

实验中使用两个测试系统。原始的39节点压力测试系统在拓扑、节点分配、负荷数据、发电计划和代表性线路(17,18)事故方面均保持不变,以确保修订后的结果可与初始研究直接对比。系统基准容量为100 MVA。总有功负荷为850 MW,非参考发电机的计划出力总和为695 MW。在无损耗直流功率平衡条件下

结论

TAPE-LLS结合了拓扑感知的候选区域构建、嵌套扩展、有限平衡资源约束、全候选硬约束线性规划评估、诊断软约束以及同等全网基准对比。在39节点案例中,它以132.79 MW的切负荷量清除了所有直流过载,并使用较少的候选节点达到了全网最优解。在IEEE 118节点主N-1案例中,它使用99个可用负荷中的9个达到了2.352 MW的直流最优值。
交流潮流结果证实了直流可行性是

人工智能使用说明

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