电压薄弱节点的在线识别及控制措施

赵周芳

四川省电力公司技能培训中心（学院)四川成都610000

摘要：电力系统运行稳定及安全保障工作中，对电力系统电压薄弱点进行快速识别与有效控制是极为重要的手段，因而探讨电压薄弱点识别及控制措施极为必要。本文谨就电力系统加以全面分析，确定电力系统维稳需求，对电力网络进行等值与解析，确定识别指标，以该指标为核心进行电压薄弱点的有效识别，确定导致电压薄弱点的关键因素，以便于采取相应措施进行有效控制。

关键词：电压薄弱点；电力系统；识别指标

前言：近年来，电力系统运行过程中，大面积网络崩溃的现象屡见不鲜，而导致这一问题发生的重要原因，就在于电力系统中电压薄弱点的存在，这一因素合导致电力系统稳定性下降，致使电力系统波动。其中某个电压薄弱点的存在，会逐渐蔓延，并逐渐波及到更大网络，造成严重的经济损失。

1.电力系统解析

对广义电力系统网络结构进行分析，确定节点电压方程。将其转化为电路图，确定等值电路。

图2等值电路

2.节点电压薄弱性识别的在线识别

就面向各负荷节点的等值电路进行分析，该电路中，每一负荷节点均与相应的等值阻抗相对应，且存在形式上的独立性，但实际上，该负荷节点依旧会受到其他因素的影响，尤其是其他负荷节点的电流，其本质是不解耦的。经过对该等值电路深入研究，可以发现，该等值电路的解耦性与不解耦特征同时存在，这一特性可成为电力系统电压薄弱点节点辨识及控制的基础，可对解析形式加以解释，并为识别电压薄弱点与控制电压薄弱点提供方法及策略。

有研究表明，如果将传输功率调整到最大，则在一定条件下负荷阻抗与等值阻抗相互匹配，该特殊条件为：

将传输功率调整至最大的情况下，负荷阻抗并不匹配等值阻抗及其共轭，而是与具有一定戴维南等值阻抗性质及特征的阻抗值相互匹配，这一性质与特征，是满足负荷阻抗及等值阻抗相互匹配的特殊条件，也可以将其作为对电压薄弱点加以识别的重要标准，将其作为导致电压薄弱点存在的重要因素。

对这一特殊条件加以利用，将其作为对电压薄弱点进行识别的重要标准，并利用该条件控制电压薄弱点，对阻抗比指标进行定义，基于电力网络测量所生成数据及其所具备的特征，结合等值阻抗及电压薄弱点的特性，简化该指标：

实际上，开展电力系统测量工作时，通常会在重要的节点位置产生电压及电流数据，并不存在关乎电压稳定性的节点电压信息，出于凸显电压测量信息物理价值的考量，可对该表达式赋予其他的表达形式。该指标可体现负荷节点所存在的电压及电流，以电压及电流数据为支撑，开展电压薄弱点的有效识别。

实际上，电压薄弱节点在线识别指标应当对负荷节点电压及电流加以体现，呈现一定电力系统阻抗条件下，负荷节点电流与电压不断积累所产生的电压降比值。若系统负荷较低，存在大电压及小电流，则该比值较小。在负荷不断累积的情况下，电压及电流分别向两种情况变化，电流越大而电压越小，则该比值也会不断上升[1]。

出于对该识别指标的研究的需要，分析电力系统负荷节点体系，进行仿真计算，以一定比例因子标准逐步提高负荷，随着其功率的上升，负荷节点指标也会有所上升，并始终保持其顺序。但在临近崩溃点时，负荷节点指标变化明显，其节点顺序也得以依旧保持。

3.对节点电压薄弱性进行在线控制

在有效识别电压薄弱点的前提下，为满足控制电压薄弱点、提高电力系统稳定性的要求，可通过提高负荷节点电压并降低由负荷电流而导致的电压降的方式，对电压薄弱点加以改善，而电压降的下降可取得更好的技术效果，同时也具备更强的技术可行性。

转换以上识别指标的表达式，为：

。将其转换为。

负荷电流及对应Zij均较大的情况下，才可有效控制电力系统电压薄弱性，因而基于以上论述的电压薄弱性识别指标，确定控制电压薄弱性的重要措施。降低负荷节点的电压薄弱性，应选择具备较大负荷电流及对应Zij的线路，对该线路进行无功补偿设备技术投切。具体的技术实现路径如下：

其一，对负荷节点贡献度指标进行计算，并确定各节点顺序；

其二，基于指标顺序，对降低该指标所需投入的经济成本进行逐步计算；

其三，基于经济成本多寡，进行分别控制与技术执行，对节点电压薄弱性加以改善，提高节点电压稳定性。

（下转第213页）实际上，若与Zij相互对应，且该负荷节点较大，在执行负荷操作时可有效提高操作及控制效率，在更短时间内实现该负荷节点电压薄弱性的改善与优化。在电力网络中，通常保障电力系统稳定及安全的最后防线就是切负荷，因此在实际的应用中，可首先在向控制对象及对应线路进行无功补偿装置的投切，可降低其中较大的负荷电流，或降低与其相互对应的Zij。

4.具体计算

基于以上论述，出于有效识别及控制电压薄弱点的考量，以维护电力系统运行的稳定性与安全性，降低电压薄弱点所带来的负面影响，可采取以下流程加以实现：

其一，对当时电力网络环境下的拓扑结构情况加以充分了解与把控，基于这一该实际情况，调用数据库中的相应阻抗矩阵技术参数。基于不同的网络拓扑结构，对网络阻抗矩阵进行计算，通过在线识别网络拓扑结构的方式，调取数据库信息，以减少实际计算及操作过程中的时间成本投入[2]。

其二，基于负荷节点的电压及电流信息，结合网络阻抗矩阵参数及具体数据信息，对所识别的负荷节点电压薄弱性指标加以计算。理论上来讲，这一步骤的实现，需要及与各负荷节点的实际电流数据，但实际上，应当选择较大负荷电流及较大Zij，才能过更好地识别电压薄弱性，以便于采取有效措施加以及控制。另外，通常只有负荷节点i及其附近负荷节点Zij的较大的可能性更高，因而可选择少量负荷节点以计算识别指标。

其三，基于识别指标的不同大小进行顺序排列，以识别电压薄弱点；

其四，以该薄弱点为对象，对负荷节点贡献度指标加以计算，对电压薄弱点形成的关键因素进行识别，并采取有效的调控及卸载负荷措施。

5.算例分析

出于更好地保证该识别指标有效性与科学性的考量，基于IEEE118节点系统进行仿真计算，对仿真结果加以分析，利用MATPOWER计算并分析负荷节点的相应电流及电压值。采取模式分析法，选择4.0的系统负荷增长倍数，提取在这一倍数下的潮流数据，将其作为数据基础，进行算例分析。整合算例计算成果，按照其严重程度进行顺序划分。

经过研究与分析，可以确定的是，本文所提出的识别指标具备较高的可靠性与准确定，可有效识别不同模式下的电压薄弱点，并按照电压薄弱程度进行有效排序。对于不同负荷节点电压薄弱性指标及薄弱程度的排序，可有效避免对于关键模式的选择，对导致节点薄弱的因素进行有效解析与识别，便于后续控制工作的开展，该方式具备较高效率，简洁明了，精准性高。

另外电力系统中，负荷节点的电压薄弱点区域性较强，某一负荷节点的电压薄弱性，会受到其附近部分负荷节点的影响，除此之外受到其他节点的影响趋近于0。对相应负荷节点的电压薄弱点进行控制与改善，可通过点切负荷，或者对该对节点所对应的阻抗矩阵对角线元素加以降低，以有效改善并优化该节点的电压薄弱性。

电力系统具有非线性特征，因此其识别指标的贡献度顺序会受到多种因素影响，基于系统的不同运行状态发生变化。节点不同或线路不同的情况下，无功补偿及负荷卸载的应用，需要投入一定的经济成本，因而在电力系统运行过程中，对于电压薄弱点的控制，应当通过一阶段或多阶段迭代优化的方式加以实现。就目前而言，对于电压薄弱点的在线识别及在线控制依旧在研究过程中[3]。

结语：在探讨电力系统负荷节点电压薄弱点的在线识别及有效控制措施的过程中，应当合理确定电压薄弱点在线识别指标，基于该指标确定合理有效的控制措施。经过本次研究，提出了一种高效便捷的电压薄弱点识别与控制方法，具备良好的精准性，可实现对于电压薄弱点加以有效识别与排序，可降低选择性问题的影响，减少电压薄弱点识别的约束条件。

参考文献：

[1]牟晓明,李志民.电压薄弱节点的在线识别与控制方法[J].电力系统技术,2012,36(8):163-168.

[2]雷超.无功优化不可行问题的薄弱节点辨识方法研究[D].重庆大学,2015.

[3]秦文萍.基于电压稳定的电力系统可靠性评估及薄弱点识别[D].太原理工大学,2015.