1 研究背景

調(diào)度運行和方式計算人員經(jīng)常面臨方式變化和調(diào)整。對于大規(guī)模交直流混聯(lián)電網(wǎng)，潮流數(shù)據(jù)不完整或不合理，如變壓器分抽頭位置選擇不當(dāng)、線路電阻電抗過小以及電阻與電抗比值過大、功率分布不合理，均有可能導(dǎo)致牛頓-拉夫遜迭代的雅可比矩陣條件數(shù)過大，影響潮流收斂性，容易出現(xiàn)潮流不收斂的問題。采用超/特高壓交直流電網(wǎng)大容量、遠(yuǎn)距離輸電，長線路重負(fù)荷在所難免，可能出現(xiàn)PV-PQ節(jié)點的頻繁轉(zhuǎn)換，將進(jìn)一步惡化潮流的收斂性，表現(xiàn)明顯的病態(tài)特征，目前已有大量文獻(xiàn)從理論上研究了病態(tài)潮流的求解和自動調(diào)整方法，但工程實用化可操作性不強。

本文提出了病態(tài)潮流的診斷方法和潮流收斂性指標(biāo)。針對不收斂潮流方式，提出了基于內(nèi)點法最優(yōu)潮流的潮流收斂性自動調(diào)整方法。針對大規(guī)模電網(wǎng)的方式調(diào)整潮流計算極易引起收斂問題，提出了一套工程實用的涵蓋操作后不平衡功率分?jǐn)偰M、潮流數(shù)據(jù)檢查、潮流初值給定、潮流收斂性自動識別、潮流方式自動調(diào)整的潮流計算方法。

2 病態(tài)潮流的診斷方法和潮流收斂性指標(biāo)

本文針對帶最優(yōu)乘子的NR迭代，定義電壓幅值和相角迭代衰減比指標(biāo)分別為前后兩次迭代電壓幅值和相角最大元素的絕對值之比，并依據(jù)電壓幅值和相角迭代衰減比指標(biāo)的衰減特性，進(jìn)行潮流求解病態(tài)特性診斷。

當(dāng)衰減比指標(biāo)隨著迭代次數(shù)增加衰減趨近于0時，潮流具有較好的收斂性。若出現(xiàn)振蕩時則潮流收斂性變差。若迭代過程中無法衰減趨近于0則潮流不收斂。

依據(jù)NR迭代中指標(biāo)突變時電壓幅值和相角迭代衰減比指標(biāo)的大小，進(jìn)行潮流求解的病態(tài)特征確定。當(dāng)電壓幅值迭代衰減比指標(biāo)大于相角迭代衰減比指標(biāo)時，病態(tài)特征主因是局部無功支撐不足引起，反之，存在部分?jǐn)嗝娉绷鬟^重引起收斂問題。

若迭代過程中存在多次指標(biāo)突變時，取各突變點對應(yīng)指標(biāo)之和的大小進(jìn)行病態(tài)特征確定。

3 基于內(nèi)點法最優(yōu)潮流的潮流自動調(diào)整

根據(jù)病態(tài)特征的主因，提出了基于內(nèi)點法最優(yōu)潮流的潮流自動調(diào)整方法。

3.1 局部無功支撐不足引起潮流不收斂

選擇調(diào)整發(fā)電機無功出力、投/切電容、電抗器組等各種控制變量，根據(jù)網(wǎng)損變化大小，選擇1~2臺機組有功出力可調(diào)，在滿足系統(tǒng)各種約束的前提下，使系統(tǒng)中給定平衡網(wǎng)損變化的機組有功出力調(diào)整最小。

3.2 斷面潮流過重引起潮流不收斂

選擇調(diào)整發(fā)電機有功和無功出力等控制變量，在滿足系統(tǒng)各種約束的前提下，使系統(tǒng)中所有可調(diào)機組的有功出力調(diào)整最小。

4 大規(guī)模電網(wǎng)方式調(diào)整潮流計算

具體計算方法如下：

4.1 操作后不平衡功率ΔP分?jǐn)偰M

方法1：模擬發(fā)電機和負(fù)荷的一次頻率響應(yīng)

將操作后引起的不平衡功率按提供的機組調(diào)差系數(shù)和負(fù)荷頻率響應(yīng)特性，進(jìn)行一次調(diào)頻模擬分?jǐn)偛黄胶夤β省?/p>

方法2：模擬AGC機組二次調(diào)頻響應(yīng)

依據(jù)最終穩(wěn)態(tài)分?jǐn)偪刂菩ЧM各ACE內(nèi)區(qū)域機組參與分?jǐn)偟目刂七壿嫛?/p>

4.2 潮流數(shù)據(jù)檢查及工程應(yīng)對措施

小支路阻抗的檢查：采用小支路阻抗檢查方法，潮流計算前對潮流數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測。當(dāng)小支路阻抗過小，小于設(shè)定最小阻抗值(如單精度計算時取1e-5)，則限定其為設(shè)定最小阻抗值。

平衡機出力越限檢查及候選平衡機分?jǐn)偅寒?dāng)校核存在明顯越限時，對于不收斂的潮流方式，通過方式重新調(diào)整，可以消除平衡機送出線路潮流過重引起的不收斂現(xiàn)象。對于收斂的潮流方式，通過基于內(nèi)點法最優(yōu)潮流或選擇候選機組模擬多平衡機分?jǐn)偅瑢崿F(xiàn)平衡機出力越限調(diào)整，獲取合理的潮流結(jié)果。

4.3 潮流初值給定

提出了變更PQ分解法次數(shù)和上輪NR迭代最優(yōu)解加權(quán)的潮流初值給定方法，以改善與搜索路徑強相關(guān)的潮流方式收斂性。

若基于平啟動采用固定PQ分解法次數(shù)確定NR初值，NR迭代結(jié)束后潮流不滿足收斂條件，且NR迭代功率偏差滿足一定門檻值。則下一輪基于平啟動采用變更PQ分解法次數(shù)策略的PQ分解法初值與本輪NR迭代最優(yōu)解加權(quán)，作為下一輪NR迭代潮流初值。從而彌補PQ分解時的有功和無功的交互影響，給出更加合理的NR迭代潮流初值。

4.4 潮流病態(tài)和收斂性自動識別

采用電壓幅值和相角迭代衰減比指標(biāo)自動識別病態(tài)潮流和迭代中潮流收斂性。

若NR迭代過程中電壓幅值和相角迭代衰減比指標(biāo)隨迭代次數(shù)的增加振蕩，均無法衰減趨近于0，則自動識別潮流求解表現(xiàn)病態(tài)，無法正常收斂。

當(dāng)診斷潮流求解表現(xiàn)病態(tài)時，依據(jù)NR迭代中指標(biāo)突變時衰減比指標(biāo)的大小，進(jìn)行潮流求解的病態(tài)特征確定。

4.5 潮流方式自動調(diào)整

根據(jù)病態(tài)特征構(gòu)建基于內(nèi)點法最優(yōu)潮流的潮流自動調(diào)整方法，通過優(yōu)化方式進(jìn)行出力或可投切電容電抗器調(diào)整，獲取滿足調(diào)整目標(biāo)要求的潮流收斂方式。

5 病態(tài)潮流診斷和方式調(diào)整潮流計算分析

5.1 病態(tài)潮流診斷指標(biāo)及特征確定

以IEEE-14標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)為例(節(jié)點1為平衡節(jié)點)，發(fā)電機節(jié)點2出力增加為5倍的初始出力。負(fù)荷節(jié)點9、10、11、13、14均分別增加為4倍和5倍的初始負(fù)荷，此時潮流不收斂。

采用本文病態(tài)潮流診斷指標(biāo)定義，計算得到圖1所示的各方式NR迭代的指標(biāo)曲線。

進(jìn)一步將負(fù)荷節(jié)點9、10、11、13、14增加至5倍的初始負(fù)荷，潮流不收斂。表1分別給出了負(fù)荷增加為4倍和5倍的初始負(fù)荷時NR迭代過程中的最大電壓幅值和相角指標(biāo)比較。

由表1可知，負(fù)荷增加為4倍初始負(fù)荷的方式潮流計算不收斂，潮流求解病態(tài)特征表現(xiàn)為無功支撐不足。負(fù)荷增加為5倍初始負(fù)荷的方式潮流計算不收斂，潮流求解病態(tài)特征表現(xiàn)為部分?jǐn)嗝娉绷鬟^重。

5.2 平衡機出力越限檢查及候選平衡機分?jǐn)?/strong>

以某區(qū)域系統(tǒng)日計劃數(shù)據(jù)為例，兩子網(wǎng)存在平衡機出力越上限和越下限現(xiàn)象。

如圖2采用本文提出的平衡機出力越限檢查及候選平衡機分?jǐn)偡椒ê螅琋R迭代3次此時兩異步子網(wǎng)的平衡機有功出力(單位MW)越限完全消除，迭代15次后所有節(jié)點累計的功率偏差趨近于0，潮流滿足收斂條件。

5.3 局部無功支撐不足調(diào)整

退出部分直流受端無功補償潮流不收斂。選擇受端發(fā)電機無功出力和可投切電容電抗器作為控制量，以發(fā)電出力調(diào)整量最小為優(yōu)化目標(biāo)，結(jié)果如表2。

5.4 斷面潮流過重調(diào)整

減弱交流送出通道電氣聯(lián)系常規(guī)潮流計算不收斂。選擇部分省內(nèi)外發(fā)電機有功出力作為控制量，以出力調(diào)整量最小為優(yōu)化目標(biāo)，結(jié)果如表3。

 

優(yōu)化后單回500kV交流線路送電2600MW，較初始數(shù)據(jù)回降616MW，省外受電側(cè)機組增出力859MW，多余部分彌補線路傳輸網(wǎng)損的增加。

6 結(jié)論

本文提出了病態(tài)潮流的診斷方法，根據(jù)確定的不同病態(tài)特征，建立基于內(nèi)點法最優(yōu)潮流的病態(tài)潮流和無解潮流的自動調(diào)整模型。針對大規(guī)模電網(wǎng)方式調(diào)整潮流計算，提出了一套工程實用的操作后不平衡功率分?jǐn)偰M、潮流數(shù)據(jù)檢查、潮流初值給定、潮流收斂性自動識別、潮流方式自動調(diào)整的方法。能準(zhǔn)確有效識別潮流病態(tài)特性，有助于潮流自動調(diào)整及收斂性改善。