近幾年，國(guó)際上相繼發(fā)生多起大面積停電事故，幾乎都與電磁環(huán)網(wǎng)有關(guān)。大停電事故的發(fā)生常常是由于多種復(fù)雜事故綜合作用所引起，事故之間存在相關(guān)性和連鎖性造成事故的擴(kuò)大。而電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中存在的電磁環(huán)網(wǎng)，往往是引起事故連鎖反應(yīng)的癥結(jié)所在，因此高電壓等級(jí)電網(wǎng)具有一定規(guī)模以后，應(yīng)進(jìn)行電網(wǎng)開(kāi)環(huán)輻射狀運(yùn)行模式，避免電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中存在大量的電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式，更加有效地發(fā)揮高壓電網(wǎng)的作用。同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)對(duì)電網(wǎng)的建設(shè)不斷加快，區(qū)域電網(wǎng)日益互聯(lián)成一個(gè)大網(wǎng)，電力系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越龐大。

傳統(tǒng)的集中式最優(yōu)潮流計(jì)算需要通過(guò)通信傳輸把大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒肟刂剖遥瑑?yōu)化計(jì)算完成后也需要把控制結(jié)果傳輸出去。隨著系統(tǒng)規(guī)模的日益擴(kuò)大，這樣的優(yōu)化控制方式越來(lái)越難以滿足實(shí)時(shí)優(yōu)化要求，而且集中式優(yōu)化模式與實(shí)際網(wǎng)架分層分區(qū)管轄模式不一致，如何實(shí)現(xiàn)快速、穩(wěn)定地分區(qū)解耦計(jì)算成為一個(gè)熱點(diǎn)研究問(wèn)題。

在實(shí)際的電網(wǎng)中，為避免由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的電磁環(huán)網(wǎng)而引起事故連鎖反應(yīng)，大電網(wǎng)都會(huì)實(shí)施開(kāi)環(huán)輻射狀運(yùn)行模式。同時(shí)，為合理地實(shí)施電網(wǎng)分層輸電分區(qū)供電，大規(guī)模網(wǎng)架可以劃分為一個(gè)高壓網(wǎng)架用于電力傳輸和多個(gè)低壓網(wǎng)架用于區(qū)域供電，這對(duì)提高電網(wǎng)的安全性、提高用戶供電的可靠性，減少惡性事故引發(fā)的連鎖反應(yīng)，將會(huì)產(chǎn)生積極的作用。正是基于大規(guī)模電網(wǎng)這種特點(diǎn)，本文提出了一個(gè)依據(jù)電壓等級(jí)的分區(qū)方法和一個(gè)分區(qū)優(yōu)化計(jì)算算法，不僅實(shí)現(xiàn)優(yōu)化速度的提高，也大大適應(yīng)電網(wǎng)分區(qū)管轄的模式，保護(hù)各區(qū)域電網(wǎng)的信息安全。

研究

（1）分析了電磁環(huán)網(wǎng)對(duì)大規(guī)模電網(wǎng)的影響，以及電網(wǎng)日益呈現(xiàn)出開(kāi)環(huán)運(yùn)行的情況。根據(jù)電網(wǎng)這種特點(diǎn)，提出了依據(jù)電壓等級(jí)的分層分區(qū)方法，并用注入電流法實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)架的快速分區(qū)。

圖1分層分區(qū)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

從圖1可以看出，通過(guò)電磁環(huán)網(wǎng)的解環(huán)運(yùn)行后，互聯(lián)的大規(guī)模電網(wǎng)呈現(xiàn)出輻射狀特點(diǎn)，一個(gè)大的網(wǎng)架可以被劃分為一個(gè)220kV的高壓輸電主網(wǎng)和多個(gè)子網(wǎng)。

利用注入電流方法實(shí)現(xiàn)快速分區(qū)的流程：

1)通過(guò)變壓器的額定電壓得到220kV的邊界節(jié)點(diǎn)，斷開(kāi)邊界節(jié)點(diǎn)后的線路支路，得到修正的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣。

在不同節(jié)點(diǎn)依次注入一個(gè)很大的電流進(jìn)行潮流計(jì)算，每次潮流計(jì)算后，判斷每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓幅值，若電壓大于0，則屬于同一個(gè)子區(qū)域。

（2）針對(duì)多區(qū)域的求解優(yōu)化模型，提出了改進(jìn)近似牛頓算法進(jìn)行計(jì)算，可以提高求解速度，并有利于保護(hù)區(qū)域網(wǎng)架信息安全。

圖2改進(jìn)近似牛頓算法的原理圖

每一次迭代求解過(guò)程中，計(jì)算主干網(wǎng)時(shí)，主干網(wǎng)邊界節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷常量等于對(duì)應(yīng)分區(qū)子網(wǎng)邊界節(jié)點(diǎn)上一次迭代計(jì)算完成后的有功出力與無(wú)功出力。而在計(jì)算分區(qū)子網(wǎng)時(shí)，分區(qū)子網(wǎng)邊界節(jié)點(diǎn)的電壓幅值和相角常量等于對(duì)應(yīng)主干網(wǎng)邊界。在每次迭代過(guò)程中，通過(guò)交換邊界節(jié)點(diǎn)的變量，這將能滿足邊界耦合條件，并不斷趨近于最優(yōu)解。

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針對(duì)已構(gòu)建的多區(qū)域分解協(xié)調(diào)計(jì)算模型，利用提出的改進(jìn)近似牛頓算法進(jìn)行多個(gè)算例的求解。

為了驗(yàn)證所提算法的有效性，對(duì)不同規(guī)模算例分別采用以下兩種方式進(jìn)行求解。

方式1：電網(wǎng)未分層分區(qū)，直接采用原始對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)算(集中式優(yōu)化)。

方式2：對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行按電壓等級(jí)分層分區(qū)解耦，采用改進(jìn)近似牛頓方法進(jìn)行求解。

由表1可知：兩種方法所得目標(biāo)函數(shù)值是基本一致的；迭代次數(shù)上方式2比方式1略有增加，這是由于網(wǎng)架分層分區(qū)之后各子網(wǎng)在優(yōu)化過(guò)程中需要不斷交互、協(xié)調(diào)邊界變量而造成的；但方式2計(jì)算所用時(shí)間較方式1大大減少，同時(shí)更加容易實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)把一個(gè)大規(guī)模網(wǎng)架劃分為多個(gè)子網(wǎng)系統(tǒng)后，使系統(tǒng)修正方程系數(shù)矩陣的維數(shù)大大減少，從而降低計(jì)算量，因此分層分區(qū)的計(jì)算速度大大加快。

大規(guī)模電網(wǎng)的分層分區(qū)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制相比傳統(tǒng)集中式優(yōu)化具有一定優(yōu)勢(shì)。后續(xù)研究中，可以進(jìn)一步把單斷面優(yōu)化做到多時(shí)段的動(dòng)態(tài)優(yōu)化，給大規(guī)模電網(wǎng)計(jì)算帶來(lái)更好的實(shí)用價(jià)值。

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