連續(xù)潮流理論及其拓展應(yīng)用的研究.pdf

1、電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定性之間存在著一定的矛盾關(guān)系，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過于冗余造成投資的浪費(fèi)，電網(wǎng)不夠強(qiáng)壯則會(huì)威脅系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。準(zhǔn)確的分析和評(píng)價(jià)電網(wǎng)所能承載的最大傳輸功率，是電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析的重要內(nèi)容，也是科研工作者研究的熱點(diǎn)問題。潮流計(jì)算在電力網(wǎng)絡(luò)分析領(lǐng)域具有無可替代的地位和作用，是現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析不可或缺的工具。然而，由于潮流方程的非線性，在求解潮流方程時(shí)，需采用如牛頓法等迭代計(jì)算方法。由于迭代法對(duì)數(shù)值條件要

2、求較為苛刻，使得潮流計(jì)算在某些特殊情形下收斂困難甚至無法收斂。連續(xù)算法是數(shù)值分析領(lǐng)域的一個(gè)重要的分支，它作為一種大范圍收斂算法，自上世紀(jì)90年代起，被引入了電力系統(tǒng)潮流計(jì)算，產(chǎn)生所謂連續(xù)潮流，以解決潮流方程的數(shù)值病態(tài)問題。連續(xù)潮流在傳統(tǒng)潮流方程中引入附加參數(shù)，形成含參數(shù)潮流方程，并采用特有的預(yù)測(cè)校正算法，追蹤含參數(shù)潮流方程的解曲線，在獲得描述負(fù)荷電壓隨負(fù)荷功率變化的PV曲線的同時(shí)，能夠得到靜態(tài)穩(wěn)定臨界點(diǎn)。本文圍繞連續(xù)潮流理論及其在電力系

3、統(tǒng)中的相關(guān)應(yīng)用展開研究，力求為基于連續(xù)潮流的電力系統(tǒng)分析提供更優(yōu)良的解決方案，研究工作分為如下幾個(gè)方面的:
　　 (1)連續(xù)潮流的算法完善:總結(jié)與評(píng)述了連續(xù)算法的原理及其核心思想，從數(shù)值表現(xiàn)方面分析了含參數(shù)潮流方程解曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)的性質(zhì)，在此基礎(chǔ)上分析了連續(xù)潮流在轉(zhuǎn)折點(diǎn)附近校正迭代計(jì)算過程不收斂的原因。為提高連續(xù)潮流計(jì)算的魯棒性，提出對(duì)連續(xù)潮流預(yù)測(cè)切向量的單位規(guī)格化計(jì)算及其方向修正計(jì)算,進(jìn)而基于前后兩次單位規(guī)格化的預(yù)測(cè)切向量構(gòu)建了局

4、部參數(shù)化方法的改進(jìn)參數(shù)選擇策略，以減少局部參數(shù)化方法被迫參數(shù)轉(zhuǎn)換出現(xiàn)的可能。針對(duì)變步長(zhǎng)算法在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)遇到的初始參數(shù)需經(jīng)試算確定的問題，以校正過程中迭代次數(shù)為主要參量，提出一種自適應(yīng)的變步長(zhǎng)算法，能夠在計(jì)算初期自適應(yīng)的增大步長(zhǎng)加快計(jì)算速度，在計(jì)算末期自適應(yīng)的減小步長(zhǎng)保證計(jì)算精度?；谏鲜鰧?duì)連續(xù)潮流魯棒性及計(jì)算速度改進(jìn)，使連續(xù)潮流進(jìn)一步得到完善和實(shí)用，通過IEEE39節(jié)點(diǎn)電網(wǎng)以及山東電網(wǎng)2010年冬季典型方式的算例分析，對(duì)改進(jìn)算法進(jìn)行

5、了有效性驗(yàn)證，表現(xiàn)出較好效果。
　　 (2)計(jì)及輸電線路電阻變化的連續(xù)潮流計(jì)算:在常規(guī)連續(xù)潮流模型中，輸電線路電阻被設(shè)定為常量，且在整個(gè)連續(xù)潮流計(jì)算過程中始終保持不變，這是不符合實(shí)際的，因?yàn)檩旊娋€路電阻是隨潮流分布以及外界環(huán)境的改變而變化的，其本質(zhì)是溫度的變化。以此為背景，連續(xù)潮流模擬潮流緩慢變化的過程中，必然伴隨著輸電線路載流、溫度與電阻之間的熱平衡，應(yīng)計(jì)及輸電線路的電熱耦合因素，使連續(xù)潮流的計(jì)算更具實(shí)際意義。為分析其對(duì)連續(xù)潮

6、流計(jì)算產(chǎn)生的影響程度，本文提出將輸電線路電阻作為潮流的狀態(tài)變量，首先建立包含電阻參數(shù)的電熱耦合潮流模型，并進(jìn)一步提出電熱耦合連續(xù)潮流模型。在模型的迭代過程中不斷計(jì)算與修正輸電線路電阻值，體現(xiàn)電熱耦合的思想。以兩節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例，應(yīng)用常規(guī)連續(xù)潮流和電熱耦合連續(xù)潮流方法分別計(jì)算PV曲線以及靜態(tài)電壓穩(wěn)定域，對(duì)比分析表明兩種方法的計(jì)算結(jié)果存在較大的差異。以IEEE14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例，分別應(yīng)用常規(guī)連續(xù)潮流與電熱耦合連續(xù)潮流，計(jì)算了電網(wǎng)安全約束以及靜態(tài)電

7、壓穩(wěn)定約束對(duì)應(yīng)的電網(wǎng)傳輸能力，算例表明是否計(jì)及電熱耦合因素會(huì)對(duì)分析結(jié)果產(chǎn)生顯著的影響。基于上述分析，本文認(rèn)為由于電熱耦合連續(xù)潮流較常規(guī)方法能更符合電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行規(guī)律，所以其計(jì)算結(jié)果的參考價(jià)值更高，應(yīng)當(dāng)給予足夠的重視，且具有良好的應(yīng)用前景。
　　 (3)連續(xù)潮流與優(yōu)化算法的組合應(yīng)用:構(gòu)建了靜態(tài)電壓穩(wěn)定域的最小負(fù)荷裕度優(yōu)化模型，在對(duì)連續(xù)潮流算法以及模擬退火粒子群算法分別進(jìn)行改進(jìn)的基礎(chǔ)上，形成二者有機(jī)結(jié)合的組合優(yōu)化算法，應(yīng)用于求解

8、最小負(fù)荷裕度。優(yōu)化模型中，將負(fù)荷功率因數(shù)的范圍，作為負(fù)荷增長(zhǎng)方向的約束條件，使計(jì)算結(jié)果更具實(shí)際意義。在連續(xù)潮流算法中，基于PV-PQ節(jié)點(diǎn)類型轉(zhuǎn)換時(shí)雅克比矩陣行列式的變化，提出了一種快速有效的連續(xù)潮流極限誘導(dǎo)型分岔點(diǎn)的識(shí)別算法。提出了計(jì)及約束誘導(dǎo)型分岔點(diǎn)的自適應(yīng)變步長(zhǎng)改進(jìn)算法，提高約束誘導(dǎo)型分岔點(diǎn)的計(jì)算精度。計(jì)及無功補(bǔ)償設(shè)備投切狀態(tài)的變化，修正節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，以體現(xiàn)無功補(bǔ)償設(shè)備對(duì)負(fù)荷裕度的影響。粒子群算法中，采用了變權(quán)重系數(shù)和變學(xué)習(xí)因子策略

9、。提出了一種基于向量夾角的粒子群早熟判據(jù)，在一定的概率條件下對(duì)粒子進(jìn)行變異，結(jié)合模擬退火過程，減小算法陷入局部最優(yōu)可能性。針對(duì)粒子群特點(diǎn)進(jìn)行任務(wù)分解，采用多線程并行技術(shù)設(shè)計(jì)程序，充分挖掘計(jì)算資源，提高計(jì)算速度。綜上所述，連續(xù)潮流的改進(jìn)算法在分岔點(diǎn)的識(shí)別、計(jì)及無功設(shè)備投切等方面具有優(yōu)勢(shì)，模擬退火粒子群改進(jìn)算法，具有較好的全局尋優(yōu)能力和避免陷入局部最優(yōu)的能力，以及程序?qū)崿F(xiàn)中的并行計(jì)算技術(shù)，使得混合算法在對(duì)IEEE5節(jié)點(diǎn)以及IEEE30節(jié)點(diǎn)測(cè)

10、試系統(tǒng)的算例分析中表現(xiàn)出良好的計(jì)算效果。
　　 (4)連續(xù)潮流應(yīng)用于實(shí)際電網(wǎng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性分析:對(duì)靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析的目的、任務(wù)、重點(diǎn)與難點(diǎn)等問題進(jìn)行了討論。以山東電網(wǎng)為研究對(duì)象，按照山東電網(wǎng)實(shí)際的運(yùn)行方式，制定了符合電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)律的連續(xù)潮流功率增長(zhǎng)方式，利用連續(xù)潮流工具，分析了2010年山東電網(wǎng)冬季大方式下，各區(qū)域電網(wǎng)的功率裕度。對(duì)山東電網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，為系統(tǒng)規(guī)劃與運(yùn)行調(diào)度提供參考依據(jù)，同時(shí)也體現(xiàn)了連續(xù)潮流理論的