王兵++董德慧

摘 要：在多個(gè)直流輸電工程投入運(yùn)行的背景下，大規(guī)模交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)成為了我國(guó)電力系統(tǒng)的重要發(fā)展趨勢(shì)，這就給電力系統(tǒng)的運(yùn)行和管理提出了更高的要求?；谝陨?，該文簡(jiǎn)要研究了交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算問(wèn)題，并提出了一種機(jī)組組合的改進(jìn)算法，旨在為相關(guān)研究和實(shí)踐提供參考。

關(guān)鍵詞：交直流混聯(lián) 電力系統(tǒng) 潮流計(jì)算 機(jī)組組合

中圖分類號(hào)：TM744 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）09（a）-0026-02

“西電東送”“北電南送”是我國(guó)未來(lái)電力格局的重要發(fā)展趨勢(shì)，隨著多個(gè)直流輸電工程的投入運(yùn)行，大規(guī)模交直流混聯(lián)電力網(wǎng)絡(luò)逐步形成，這給電力系統(tǒng)的運(yùn)行和管理提出了更高的要求?？茖W(xué)、可靠的潮流算法是進(jìn)行交直流混聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)行分析的重要基礎(chǔ)，且隨著精益化調(diào)度管理方式的不斷推行，如何解決機(jī)組組合問(wèn)題也逐漸受到關(guān)注，對(duì)于交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，考慮安全約束的機(jī)組組合能夠保證電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性。基于以上，該文簡(jiǎn)要研究了交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算及機(jī)組組合的相關(guān)問(wèn)題。

1 交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算

對(duì)于交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其潮流計(jì)算模型將直流系統(tǒng)狀態(tài)變量和控制變量引入到了交流系統(tǒng)非線性方程中，增加了繆奧數(shù)直流系統(tǒng)方程，因此，傳統(tǒng)的交流系統(tǒng)潮流計(jì)算方法已經(jīng)難以適用，需要進(jìn)行改進(jìn)和補(bǔ)充，滿足交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算要求。一般來(lái)說(shuō)，交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算方法主要有如下兩種。

1.1 統(tǒng)一迭代法

統(tǒng)一迭代法是以極坐標(biāo)下牛頓法為基礎(chǔ)發(fā)展而來(lái)的一種潮流計(jì)算方法，在進(jìn)行迭代求解的過(guò)程中，這種算法將交流節(jié)點(diǎn)狀態(tài)變量及直流系統(tǒng)變量進(jìn)行了統(tǒng)一。利用統(tǒng)一迭代法技能型交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算有著收斂性良好的優(yōu)點(diǎn)，其適應(yīng)性較為廣泛，對(duì)于不同控制方式、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的算例來(lái)說(shuō)都能夠進(jìn)行迭代計(jì)算，求取收斂解[1]。但需要注意的是，應(yīng)用統(tǒng)一迭代算法進(jìn)行交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的過(guò)程中，加入了Jacobian矩陣階數(shù)，在每一次進(jìn)行迭代之后，都需要對(duì)Jacobian矩陣進(jìn)行重新計(jì)算，這就大大增加了潮流計(jì)算的計(jì)算量。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，可以對(duì)統(tǒng)一迭代法進(jìn)行一定的改進(jìn)，減少計(jì)算量。下面來(lái)例舉兩種改進(jìn)方法：

對(duì)傳統(tǒng)牛頓法改進(jìn)，對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，在交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算過(guò)程中，只需要對(duì)Jacobian矩陣進(jìn)行一次計(jì)算即可，這就大大降低了計(jì)算量，以網(wǎng)絡(luò)大小和收斂準(zhǔn)確度要求為依據(jù)，綜合應(yīng)用三階收斂牛頓法、六階收斂牛頓法以及簡(jiǎn)化牛頓法，這對(duì)于提升潮流計(jì)算中的求解速度有著積極的意義。

以積極控制方式的直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模型為基礎(chǔ)，在進(jìn)行交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的過(guò)程中，Jacobian矩陣不會(huì)因控制方式的改變而改變，但需要注意的是，在將冗余方程組引入到潮流方程組的過(guò)程中，容易導(dǎo)致Jacobian矩陣出現(xiàn)冗余系數(shù)，如果處理不當(dāng)，這降低求解的收斂性，同時(shí)如果直流系統(tǒng)中有著多條直流線路，會(huì)導(dǎo)致Jacobian矩陣階數(shù)升高，不利于求解速度的提升[2]。

1.2 交替迭代法

從本質(zhì)上來(lái)講，交替迭代法是一種統(tǒng)一迭代法的簡(jiǎn)化版本，在進(jìn)行迭代計(jì)算的過(guò)程中，分別求解交流系統(tǒng)方程和直流系統(tǒng)方程。在進(jìn)行交流系統(tǒng)方程求解的時(shí)候，將直流系統(tǒng)看做是交流節(jié)點(diǎn)上的負(fù)荷，此負(fù)荷不僅包括有功功率負(fù)荷，還包括無(wú)功功率負(fù)荷，而在進(jìn)行直流系統(tǒng)方程求解的過(guò)程中，將交流系統(tǒng)模擬為恒壓源，此恒壓源位于換流器交流母線之上。

相較于統(tǒng)一迭代法來(lái)說(shuō)，交替迭代法有著計(jì)算速度快的優(yōu)點(diǎn)，采用不同的計(jì)算方法來(lái)求解直流部分和交流部分，但需要注意的是，這種方法應(yīng)用的過(guò)程中，對(duì)交直流系統(tǒng)初值給定有著較高的要求，這就不可避免的導(dǎo)致求解結(jié)果收斂性較差，甚至導(dǎo)致交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流求解的不收斂和振蕩。為了解決這個(gè)問(wèn)題，也可以對(duì)其進(jìn)行一定的改進(jìn)，下面列舉兩種改進(jìn)方式。

結(jié)合快速解耦法。即將交替迭代法與快速解耦法相結(jié)合，對(duì)交直流系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系進(jìn)行研究，通過(guò)研究計(jì)算，得出交流系統(tǒng)潮流計(jì)算方程受到直流系統(tǒng)控制變量的具體影響，并研究交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算求解收斂性受到控制方式的具體影響，這種方式對(duì)于改善交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的收斂性有著重要的作用，同時(shí)能夠有效提升潮流計(jì)算效率[3]。

直流系統(tǒng)系數(shù)矩陣不可逆的改善。在某些控制方式下，利用交替迭代法進(jìn)行潮流計(jì)算會(huì)出現(xiàn)直流系統(tǒng)系數(shù)矩陣不可逆的問(wèn)題，對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行改善則能夠提升交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的收斂性。此外，可以可以從潮流在線計(jì)算魯棒性和快速性的角度入手，利用牛頓法來(lái)進(jìn)行直流系統(tǒng)求解，避免因交流母線電壓波動(dòng)導(dǎo)致交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中直流系統(tǒng)求解不收斂的情況，這也能夠改善潮流計(jì)算的收斂性。

2 交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)的機(jī)組組合

對(duì)于電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，發(fā)電機(jī)組的優(yōu)化組合指的是在24h之內(nèi)以負(fù)荷預(yù)報(bào)為基礎(chǔ)，保證負(fù)荷需求和機(jī)組安全等條件下，對(duì)各個(gè)時(shí)段運(yùn)行的機(jī)組進(jìn)行選定，對(duì)機(jī)組的啟停時(shí)間進(jìn)行確定，保證24 h之內(nèi)總耗量的最低，電力系統(tǒng)機(jī)組的優(yōu)化組合對(duì)于提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性有著重要的意義，科學(xué)合理的機(jī)組組合能夠有效節(jié)約燃料費(fèi)用，并提升機(jī)組的壽命[4]。傳統(tǒng)的機(jī)組組合算法有著計(jì)算精度不高、只能獲得局部最優(yōu)解的缺點(diǎn)，不適用于交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)的機(jī)組組合優(yōu)化計(jì)算。

對(duì)于交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在研究機(jī)組組合的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)考慮積極交直流輸電網(wǎng)絡(luò)安全約束的機(jī)組組合，這屬于一種大規(guī)模非線性混合整數(shù)的規(guī)劃問(wèn)題。結(jié)合交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，可以以Benders分解法為依據(jù)，將機(jī)組組合問(wèn)題分解為兩個(gè)問(wèn)題，其一主層問(wèn)題，指的是是機(jī)組組合的主層問(wèn)題，其二子層問(wèn)題，是網(wǎng)絡(luò)安全約束校驗(yàn)的子層問(wèn)題，可以交替迭代計(jì)算主層問(wèn)題和子層問(wèn)題，從而獲得交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)機(jī)組組合的最優(yōu)解[5]。而在面對(duì)符合不確定情況的時(shí)候，則采用分層抽樣的方法，通過(guò)分層抽樣獲取多個(gè)場(chǎng)景，并采用情境修正策略，以確定模型為基礎(chǔ)，增加一組子層問(wèn)題，以此來(lái)對(duì)情景的可行性進(jìn)行校驗(yàn)，并調(diào)整確定性模型的最優(yōu)解，這對(duì)于提升交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)機(jī)組組合結(jié)果的魯棒性有著重要的意義。

此外，如果負(fù)荷的不確定性可能會(huì)影響潮流方程不平衡量的情況下，則可以將其作為懲罰項(xiàng)，并計(jì)入到目標(biāo)函數(shù)中，以此為基礎(chǔ)來(lái)重新針對(duì)直流SCUC問(wèn)題進(jìn)行建模，之后應(yīng)用BENDERS分解法的思想，按照上述分析的過(guò)程對(duì)機(jī)組組合問(wèn)題進(jìn)行分解，求出最優(yōu)解[6]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，該文簡(jiǎn)要分析了交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的兩種方法，分別是統(tǒng)一迭代法和交替迭代法，并在兩種計(jì)算方法的基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)策略，之后探討了交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)機(jī)組組合的優(yōu)化計(jì)算方法，旨在為相關(guān)研究和實(shí)踐提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 薛振宇，房大中.基于雙向迭代的交直流互聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013（5）：61-67.

[2] 屠競(jìng)哲，甘德強(qiáng)，辛煥海，等.考慮連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)的交直流混聯(lián)系統(tǒng)容量最優(yōu)分配[J].電網(wǎng)技術(shù)，2013（9）：2492-2499.

[3] 趙建偉，章淵，嚴(yán)正，等.改進(jìn)的Manchester連鎖故障模型在交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].水電能源科學(xué)，2013（10）：168-171，246.

[4] 高凱，劉博文，何曉洋，等.交直流電力系統(tǒng)潮流計(jì)算綜述[J].電氣應(yīng)用，2015（17）：122-127.

[5] 唐曉駿，程振龍，張?chǎng)危?交直流混聯(lián)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定在線評(píng)估體系[J].電網(wǎng)技術(shù)，2014（5）：1175-1180.

[6] 孫東磊，韓學(xué)山，楊金洪.計(jì)及電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)的電力系統(tǒng)機(jī)組組合[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2016（5）：107-117.