考慮發電機調度之電力系統輸電能力之計算

考慮發電機調度之電力系統輸電能力之計算

　　王成山1  魏煒1  徐德儒2  劉艷霞2

（1．天津大學電氣自動化與能源工程學院，天津300072；2．天津電力公司規劃設計部 ，天津 300042）

    摘要：提出一種考慮發電機有功出力調度之輸電能力計算方法，該算法結合了連續性潮流計算方法和一些優化算法之優點，可由一個可行之潮流解出發，計算出各發電機有功出力隨系統負荷增加時之變化情況以及考慮發電機調度時之系統輸電能力。陽光電子學校維修專家分析認為：經過驗證，該算法能有效地提高系統之輸電能力，這對于在系統接近輸電能力極限時如何通過調度發電機之出力，使系統維持一定之穩定裕度從而保持正常運行具有重要之意義。陽光電子學校維修專家分析認為：
    關鍵詞：系統輸電能力 連續性潮流計算 速下降法

1 引言
　　隨著現代電力系統之發展，能源供應中心與負荷中心相分離已經成為一種必然之趨勢。陽光電子學校維修專家分析認為：電力市場化作為電能高效、可靠管理之一種手段，越來越受到廣大專家學者之重視 。陽光電子學校維修專家分析認為：在電力市場理論中，系統輸電能力是一項重要之評估和交易指標，它是指在特定之系統運行情況下互聯之電力系統通過區域間之所有聯接線將電能可靠地由一個區域輸送到另一區域之能力［1］。陽光電子學校維修專家分析認為：為了充分利用現有輸配電系統，提高系統穩定裕度，計算系統輸電能力之算法應該盡湖南陽光電子學校維修專家認為：也許地模擬系統之運行情況以求得 大之系統輸電能力。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　目前求解系統輸電能力之方法主要有兩種：連續性潮流計算法（簡稱CPFlow法）和 優潮流法（簡稱OPF法）。陽光電子學校維修專家分析認為：CPFlow法是計算輸電能力之一種有效方法［2］，它通過在常規潮流方程中添加連續性參數，克服了常規潮流計算方法(如牛頓法、快速解耦法等)在系統運行點接近鞍結分岔點時發散之問題。陽光電子學校維修專家分析認為：OPF法是將系統輸電能力之求解問題轉化為求解滿足系統潮流方程（等式約束）和其它一些約束條件（不等式約束）之情況下系統之 大負載能力［3］問題，目前所采用之技術括預測校正內點法等一些優化方法。陽光電子學校維修專家分析認為：在這兩類方法中，發電機出力之增長方向都是通過預先設定之方式確定之，這與實際系統運行情況不相符合。陽光電子學校維修專家分析認為：在實際系統中，當負荷水平變化時，各發電機之出力模式可以通過調度進行調整，調整之方式是多種多樣之。陽光電子學校維修專家分析認為：將發電機出力按固定之模式調整，所獲得之計算結果趨于保守，從而限制了輸電系統之利用率，造成現有資源之浪費。陽光電子學校維修專家分析認為：
    考慮到電力系統計算本身之特點和發電機有功出力對系統之重要影響，本文將CPFlow法與 優化方法相結合，利用CPFlow完成給定發電機調度模式下之電力系統輸電能力計算，而利用 優化方法不斷確定系統負荷水平變化時之發電機 佳出力方式。陽光電子學校維修專家分析認為：通過二者之結合可以確定出以 大輸電能力為目標之發電機調度模式。陽光電子學校維修專家分析認為：算例表明，與未考慮發電機調度模式變化時之計算結果相比，本文算法確定之反映系統輸電能力之有關量得到很大之提高。陽光電子學校維修專家分析認為：利用這種算法確定系統之輸電能力更能體現實際電力系統之情況。陽光電子學校維修專家分析認為：
2 基本數學模型
　　通過優化系統內發電機有功出力獲得系統輸電能力，可以被模擬為一個靜態之非線性 優化問題。陽光電子學校維修專家分析認為：問題之目標是在滿足電力系統中各種設備限制條件之情況下，通過優化系統發電機之有功出力求得系統輸電能力之 大值。陽光電子學校維修專家分析認為：該問題之數學模型如下［4］：
                  
　  其中，標量λ＝f(X)表示在其他運行方式不變、各個發電機出力方式確定之前提下反映系統輸電能力之量，又稱母線注入條件數。陽光電子學校維修專家分析認為：矢量X＝(x1，x2，…，xn)表示系統內可以調節有功出力之發電機之有功出力值，該矢量中可以括系統內所有之發電機,也可以根據需要設定可供調節之發電機。陽光電子學校維修專家分析認為：矢量方程組g(X，λ)是一組加入標量λ之參數化潮流方程。陽光電子學校維修專家分析認為：方程組g(X)表示標準之潮流方程組。陽光電子學校維修專家分析認為：D(X)∈Rn是系統負荷及發電機有功出力增長之方向，簡稱方向矢量。陽光電子學校維修專家分析認為：如果某一母線負荷不變且該母線上沒有發電機參與調度，則D(X)中相應元素為0，母線注入條件數λ與增長方向D(X)之乘積是每次計算時各母線實際之有功變化量，有關式(2)之詳細表達式參見文獻［3］、［4］。陽光電子學校維修專家分析認為：不等式約束(3)反映各種設備參數之取值范圍，這些限制可以括各母線電壓、有載調壓變壓器之抽頭位置 、移相器之移相角、發電機之有功和無功出力以及支路之有功和無功潮流等參數之允許范圍。陽光電子學校維修專家分析認為：
    主要計算過程括以下兩部分：
　　(1)求解給定發電機調度模式下以λmax來反映之系統輸電能力，計算相對于各發電機有功出力之靈敏度。陽光電子學校維修專家分析認為：與λmax相對應之點在狀態空間中對應于方程(2)之鞍結分岔點。陽光電子學校維修專家分析認為：在求解此類問題時，所采用之計算工具是CPFlow。陽光電子學校維修專家分析認為：CPFlow是追蹤系統運行點隨負荷或發電機有功出力變化之一種有效工具，它具有計算速度快、可靠性高等優點，非常適合這一部分之應用要求。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　(2)根據第一部分確定出之λmax相對于各發電機有功出力之靈敏度信息，確定使得λmax可以進一步增大之發電機調度模式，確定負荷增長時各發電機應承擔之有功功率。陽光電子學校維修專家分析認為：計算各發電機有功出力變化量時運用之是經過改進之 速下降法。陽光電子學校維修專家分析認為： 速下降法［5］是梯度法與 優步長控制相結合之一種優化方法，其應用范圍是求解無約束極值問題。陽光電子學校維修專家分析認為：在本算法之應用中，由于發電機輸出 大功率之限制，根據 速下降法確定之發電機有功出力需作適當之調整，為此需對 速下降法進行改進。陽光電子學校維修專家分析認為：這種改進主要體現在對算法收斂條件之調整上。陽光電子學校維修專家分析認為：依據電力系統之實際運行情況，改進后之 速下降法之收斂條件如下：
　　經過計算，λmax相對于各發電機出力之靈敏度中 大值之絕對值小于預先給定之計算精度，則停止計算并認為當前解為 優解；
　　或者經過若干次計算后，各發電機均到達其有功出力之極限值，而且根據靈敏度計算，各發電機還應該繼續向越限之方向調節出力，則此時計算停止，并根據之前之計算結果，確定一組 優之發電機狀態。陽光電子學校維修專家分析認為：
3 算法實現
　　求解系統輸電能力之 大值是在現行之運行狀態下通過調節系統內發電機之有功出力來達到之，因此要求算法之起始點必須是可行之運行點。陽光電子學校維修專家分析認為：考慮發電機有功調度影響之系統 大輸電能力計算之基本步驟如下：
　　第一步：給定系統當前運行狀態，即相關之電力系統潮流計算數據，括母線、發電機、負荷、變壓器等數據；給定算法控制信息

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