0 引言

极端气象灾害的日益频繁发生和由此造成的大规模停电经济损失，使得恶劣天气条件下电力系统的供电可靠性以及相应的防灾策略得到了广泛研究［1］。电网运维数据表明电网故障的主要原因已由电气设备制造工艺水平、现场运行维护水平等因素转向雷电、山火、大风、冰灾等自然气象因素，电网防灾减灾应重点关注气象致灾［2］。提高电网的灾害应对能力，减少灾害过程中的停电损失成为世界各国电网公司的重要任务。在众多电力系统元件中，输电线路由于暴露于外部环境中，其物理参数受天气环境等因素直接影响，在恶劣天气下极易发生倒杆、断线和短路等故障。然而，现有的电力系统经济调度模型，侧重考虑发电机组运行的经济性，忽略输电线路所处环境及其负载状况，导致部分输电线路处于重载或满载的运行状态。当恶劣天气引发的故障使得这些满载线路发生停运时，系统容易产生潮流大转移，并引发连锁故障大停电［3］。或者，若其他线路受影响发生停运，这些满载或是重载的输电线路也容易因为剩余可传输能力弱，受到故障线路扰动后发生过载跳闸。因此，在极端恶劣天气条件下，若能根据灾害预测信息对系统元件进行分区处理，通过有功出力优化等方式调整输电网线路的潮流分布，以便尽量降低恶劣天气影响区域线路负载率，并提高电网的整体载荷均衡度，这将会对提高输电网的利用率、增强系统的安全裕度和避免电网大停电事故具有重要意义。

电力系统输电线路的载荷均衡程度对电网的安全运行具有重要影响［4-8］。有功出力优化作为一种改善电网载荷均衡度，提高系统运行安全性的经济、有效的手段，一直以来受到众多学者的关注［9-12］。文献［9］定义系统输电线路负载率的极差作为衡量电网载荷不均衡程度的一个指标，并借助线路负载率约束建立优化模型，该优化模型较传统最优潮流模型在一定程度上改善了系统潮流分布。文献［10］在熵理论基础上建立潮流转移均衡度评价指标，并以该指标为目标函数建立了电力系统最优均衡度模型，以优化电力系统运行方式来提高系统安全负荷裕度。文献［12］以系统线路负载率方差定义电网运行均衡度，将电网运行均衡度作为电网安全运行指标，通过求解系统经济、安全的双目标优化问题得到电网安全经济运行的协调曲线，通过该协调曲线可直观地描述电网的安全性、经济性，以及它们之间的协调成本。然而，以上研究工作存在的一个共同问题是，在构建电网载荷均衡度优化模型时，直接使用线路的有功潮流与线路容量的比值作为线路负载率然后去构建电网均衡度优化目标，忽视在电力系统有功优化模型中，输电线路潮流这一因变量是一个有方向、取值可正可负的变量，直接用其定义线路负载率不能反映负载率的非负性，应使用其与线路容量比值的绝对值定义线路的负载率。此外，以上研究工作所定义的电网载荷均衡度优化目标函数均为非线性或是非凸的，模型求解均需要采用遗传算法、粒子群算法等智能算法。而智能算法在面对大规模电力系统优化问题时，存在收敛时间较长或是不能可靠收敛、收敛精度不够高、求解结果不稳定、容易陷入局部最优解等问题。

针对以上问题，本文引入绝对值函数，以输电线路有功潮流与线路传输容量比值的绝对值定义输电线路负载率，建立了一个恶劣天气条件下考虑电网载荷均衡程度及N-1 安全约束的防灾经济调度模型。

1 考虑电网载荷均衡度的防灾经济调度模型

1.1 目标函数

极端恶劣天气条件下，确保电网的安全可靠运行是电网公司的首要任务，因此在极端恶劣天气条件下电网的预防性调度策略，应该以系统安全性为主，兼顾经济性。首先，本文以全网所有输电线路的平均绝对偏差定义电网载荷均衡度，并以其作为电网防灾经济调度有功优化目标函数（记为目标函数1），以期提高电网的潮流分布均衡度，进而提高系统的运行安全性。然后，根据恶劣天气灾害预测信息对系统线路以是否受恶劣天气影响进行分类，以受影响线路的负载率之和定义为防灾经济调度目标函数（记为目标函数2），以期降低恶劣天气影响区域的线路潮流流量，避免线路受天气影响，引发潮流大转移，导致连锁故障。这2 个防灾经济调度优化目标相辅相成，优化目标函数2 将使得目标函数1 向着降低系统平均负载率的方向去均衡化电网载荷程度，从而避免了文献［8］所述的部分线路负载率偏高导致的系统高危状态，提高了系统运行可靠性。

文章来源：《自然灾害学报》 网址: http://www.zrzhxb.cn/qikandaodu/2021/0326/972.html