蔡超++杨志华

[摘  要]潮流计算是电力系统的基本计算之一，其数学实质是求解一组非线性方程组。它应用于电力系统中实时电价计算、输电权分配、网络阻塞管理等多方面。随着电力规模的不断加大，对潮流计算方程的要求也越来越高，电力系统研究人员需要对目前的潮流计算方法进行优化或者寻求更可靠的潮流计算方法。本文对调度员潮流计算方法的优化措施进行了探讨。

[关键词]调度员  潮流计算  优化  措施

中图分类号：TM734 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）27-0031-01

潮流计算是电力系统的基本计算之一，其数学实质是求解一组非线性方程组。它应用于电力系统中实时电价计算、输电权分配、网络阻塞管理等多方面。随着电力规模的不断加大，对潮流计算方程的要求也越来越高，对于这种规模的方程不是采用任何数学方法都能保证给出准确答案的，因此，电力系统研究人员需要对目前的潮流计算方法进行优化，或者寻求更可靠的潮流计算方法。

一、 调度员潮流计算方法概述

传统的潮流计算方法有线性规划法、非线性规划法、及二次规划法。传统方法的优点是：能按照目标函数的导数信息确定搜索方向，因此计算速度较快;解析过程清晰，结果的可信度高。其缺点是：对目标函数及约束条件有一定限制，必要时需要做简化和近似处理;要么采用复杂的混合整数规划算法直接处理，要么将离散变量连续化处理，求其最优值后，很有可能便最优解变成不可行解。

人工智能是一种新兴的方法，该方法不像传统方法那样依赖于精确的数学模型。具有代表性的有遗传法、模拟退火法、粒子群优化算法等。人工智能方法的优点是：①与导数无关性。工程上很多优化问题的目标函数是不可导的，若采取前一类方法只能对其进行假设和近似，这显然影响到解的真实性。②随机性。容易跳出局部极值点，它们是一类全局优化算法;③内在并行性，它的操作对象是一组可行解，对其内在并行性的开发可在一定程 度上克服其性能上的不足。其缺点是：①表现不稳定，算法在同一问题的不同实例计算中会有不同的效果，造成计算结果的可信度不高;②按概率进行操作，不能保证百分之百获得最优解;③算法中的某些控制参数需要凭经验人为地给出，需要一定量的试验或专家经验。

动态潮流主要是在潮流计算基础上考虑负荷和发电机的频率动态特性以及电压特性，其核心是潮流计算和频率计算。与常规潮流不同的是，动态潮流中由于要进行频率计算而取消了平衡节点，代之以注入量、电压值已知的参考节点。动态潮流的数学实质是求解一组联立的非线性方程和微分方程。工程上常采用交替解法，即每次计算完潮流，得到系统的功率分布及网损后，进行一定步长的频率计算，同时计算出由频率效应影响后新的网络注入，用以进行下次潮流计算。

基于以上原理的动态潮流还存在一些问题或有待提高的地方，突出表现在：原有计算模型不能真实地反映系统并网时的频率和潮流;当系统发生较严重的解列事故时，潮流的收敛性得不到保证;当系统处于无功需求较大的运行状况时，通常的节点类型转换法不能很好满足实用要求;当系统运行于重负荷远距离输电方式时，潮流的收敛性需要加强。

二、调度员潮流计算方法的优化措施

实际上，并网时功率应由频率高的系统流向频率低的系统，这样对于频率低的子系统而言，频率高的系统对其注入有功;对于频率高的子系统而言，频率低的系统为一负荷。这样两个子系统并网时仍然各自具有加/减速功率，两系统在其作用下，频率分别升高、降低，最后稳定在同一频率。从另一角度来说，加速功率具有相对性，一个较高频率的稳定系统相对于另一较低频率的稳定系统具有更高的动能，并网时会释放一部分能量给较低频率的系统，后者获得该能量后就会被拉入同步运行，这一过程是符合能量守恒定律的。解决两系统并网问题也就是要根据两系统原运行状况去确立新的运行点，而问题关键是并网时子网的加、减速功率计算。因此原有计算模型在并网时应进行修正和完善，可表示为：Pacc（f）=PG.total（f）-PL.total（f）-Ploss（f）

在进行并网后的潮流计算之前，通过两个系统的发电机容量、转动惯量及负荷频率特性系数等来预估出新的频率点，同时为潮流计算重新分布功率注入。由于在并网过程中系统的总功率不变，两个系统的加速功率应互为相反数，以此可以判断预估的频率点是否为新的平衡点。预估出新的频率后，用较准确的频率计算微分方程来求解加速功率，并判断能量是否守恒，以此保证新的平衡点的准确。若预估偏差较大则再重新调整。实践表明这一方法是成功的，此时对两系统解列后再并网，联络线上的潮流能准确恢复，新的频率也与实际相符，这表明系统的频率特性得以正确地仿真。

频率计算应先于潮流计算。工程实践中会遇到这样的问题：当系统重载线路解列时，即解列后子系统出力和负荷相差很大时，潮流计算会由于该系统有功注入条件的不合理而无法解算，认为该系统已崩溃，不再进行仿真。而实际系统在这种情况下首先是频率突变，然后由与频率相关的自动装置动作来完成对系统频率的恢复，系统并不会崩溃。造成这个问题的根本原因，是由交替法的求解思想引起的。

工程上采用交替法是经过每一潮流计算周期，潮流计算与频率计算进行一次交互，而不是每一频率计算步长内考虑潮流与频率计算的相互影响，进行交替迭代直至收敛。从数学上来说，交替法是一种近似处理，它没有求解出每一步长的频率与潮流的真解。交替法速度快，但同时潮流计算与频率计算结合不紧密，实际系统中同一时刻相互耦合的变量被分离成两个部分计算。可通过采用一种联合求解微分方程和非线性方程的方法来解决这一问题，但是那将大大增加计算量，并不可取。实践中发现如果交替法中先进行频率计算，再进行潮流计算将大大提高潮流的可算性，因为在频率计算的同时可以为潮流计算准备更为合理的有功注入。

在解网时，为便于计算，可以忽略新的运行状况的网损的变化（因为此时网损在系统加速功率中比重很小），只根据解列后系统的发电和负荷计算出频率，同时由频率特性来修正系统的注入，进行一定步长的频率计算至加速功率很小后，即系统的发电和负荷基本平衡时，转入系统潮流计算。这样潮流计算的边界条件就基本合理，易于收敛。得到新的潮流后，各自动装置根据潮流结果进行动作，使系统不至崩溃。这种处理大大拓展了动态潮流的仿真范围，可使其能仿真到自动装置的动作定值。结合并网时所采取的处理方法，可以看出频率计算应置于潮流计算之前，这样能大大提高其仿真性能。从数学上来讲，对于联合方程来说，先解微分方程是有利的，因为其不存在复杂的收敛问题，同时可以给非线性方程提供较好的初值。

总之，在电力系统调度方式改进过程中，利用潮流计算程序，建立电网模型，根据潮流计算的结果，从中找出经济的运行条件，调度运行人员调整运行方式，使设备经济运行，节能调度具体化。对于双电源或多电源供电的变电站，可以利用潮流程序，模拟计算出各种方式下线路损耗，最终确定最佳经济运行方式。

参考文献：

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[2]余昆，陈星莺，陈楷 等;计及分布式发电的城市电网潮流变化规律研究[J].电网与清洁能源，2013，29（2）