摘要：電力系統(tǒng)中的潮流計(jì)算可以提高運(yùn)行控制中的自動(dòng)化水平。文章主要分析了電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的自動(dòng)調(diào)整問(wèn)題，調(diào)整過(guò)程中首先應(yīng)建立潮流計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，接著根據(jù)目標(biāo)偏差和靈敏度來(lái)計(jì)算調(diào)整量，從而自動(dòng)做出調(diào)整的方法。

　　關(guān)鍵詞：發(fā)表科技論文,電力系統(tǒng),潮流計(jì)算,自動(dòng)調(diào)整,數(shù)學(xué)模型,電力技術(shù)

　　隨著社會(huì)對(duì)電能的需求量不斷攀升，我國(guó)的電力工業(yè)事業(yè)也在迅速發(fā)展。現(xiàn)如今，我國(guó)的電力工業(yè)事業(yè)也已經(jīng)步入了以大電網(wǎng)、高度互聯(lián)等為主的互聯(lián)電力時(shí)代，其中超高壓技術(shù)、遠(yuǎn)距離技術(shù)、直流輸電等都能夠有效地解決了我國(guó)絕大區(qū)域的電力資源的問(wèn)題，同時(shí)也提高了電力行業(yè)的經(jīng)濟(jì)性。電力行業(yè)中的潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)安排、規(guī)劃、分析、運(yùn)行等工作的主要組成部分。在整個(gè)電力系統(tǒng)中，潮流計(jì)算具備計(jì)算量大、過(guò)程復(fù)雜等特征，同時(shí)還要改變系統(tǒng)的某些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，形成特定的潮流分布，傳統(tǒng)的人工方法已無(wú)法滿足調(diào)整要求，潮流自動(dòng)調(diào)整就是由計(jì)算機(jī)軟件代替人工完成潮流調(diào)整任務(wù)。

　　1 潮流計(jì)算

　　在電力系統(tǒng)中，常規(guī)的潮流計(jì)算是依照所給的運(yùn)行條件和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)得到網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)，其中有母線電壓、功率損耗、電網(wǎng)功率分布等。電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算所計(jì)算出來(lái)的結(jié)果能夠作為判斷運(yùn)行方式及規(guī)劃方案的合理性、可靠性等方面提供詳細(xì)的參考依據(jù)。

　　1.1 交流系統(tǒng)潮流計(jì)算

　　現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)主要是以交流系統(tǒng)為主，一種是以阻抗矩陣作為計(jì)算的算法，而在電力系統(tǒng)的早期，主要的電力系統(tǒng)計(jì)算方法是以導(dǎo)納矩陣作為計(jì)算的基礎(chǔ)，再加上高斯迭代算法。而早期的原理簡(jiǎn)單，所需內(nèi)存少。而阻抗矩陣計(jì)算法雖然收斂性好，但由于內(nèi)存占用量大導(dǎo)致每次迭代的計(jì)算量也非常大;現(xiàn)交流系統(tǒng)的潮流計(jì)算中廣泛應(yīng)用牛頓-拉夫遜算法，此方法是用一組方程數(shù)等于變量數(shù)的非線性代數(shù)來(lái)進(jìn)行描述，求解非線性代數(shù)方程組。

　　1.2 含直流系統(tǒng)的潮流計(jì)算

　　直流輸電在電力系統(tǒng)間在遠(yuǎn)距離送電、跨海送電或供電給超大負(fù)荷的地區(qū)地域等方面發(fā)揮了很大作用。交直流混合系統(tǒng)的潮流計(jì)算時(shí)，不僅要計(jì)算交流系統(tǒng)變量還要計(jì)算直流系統(tǒng)的變量，根據(jù)交流系統(tǒng)各的負(fù)荷值和發(fā)電狀況，再聯(lián)系直流系統(tǒng)的控制方式，隨后便可以計(jì)算，從而確定該電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況。交直流系統(tǒng)的潮流計(jì)算方法一般包含統(tǒng)一求解法和順序求解法兩種。統(tǒng)一求解法是一種將交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)的潮流計(jì)算方程組相互結(jié)合在一起，求出變量，該種方法計(jì)算了交流變量和直流變量之間的耦合關(guān)系，收斂性較好;而順序求解法是將直流系統(tǒng)和交流系統(tǒng)分開(kāi)求解。在直流系統(tǒng)中，各換流站的交流電壓值來(lái)自交流系統(tǒng)的潮流計(jì)算結(jié)果;交流系統(tǒng)進(jìn)行潮流計(jì)算時(shí)，把每一個(gè)換流站換算成相應(yīng)交流點(diǎn)上的等效負(fù)荷值，該數(shù)據(jù)由直流系統(tǒng)計(jì)算所提供，從而交替進(jìn)行計(jì)算。但交流和直流系統(tǒng)方程組聯(lián)立會(huì)使得雅克比矩陣陣列規(guī)模擴(kuò)大，計(jì)算時(shí)間大大延長(zhǎng)。順序求解法分開(kāi)求解交、直流系統(tǒng)的變量，在計(jì)算中更容易考慮系統(tǒng)中變量的約束條件，從而合理調(diào)整運(yùn)行方式。大部分電力系統(tǒng)中，順序求解法可完全滿足收斂性

　　要求。

　　1.3 含F(xiàn)ACTS元件的潮流計(jì)算

　　含F(xiàn)ACTS元件的引入讓電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算面臨了新的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的潮流計(jì)算是一種基于節(jié)點(diǎn)邊界量的計(jì)算方法，而FACTS元件會(huì)帶來(lái)邊界條件和內(nèi)部約束條件，從而建立一個(gè)適應(yīng)系統(tǒng)的FACTS元件潮流模型，在得到方程后，便可進(jìn)行計(jì)算。首先，在直流潮流計(jì)算的基礎(chǔ)上，建立以移相器調(diào)節(jié)作用為基礎(chǔ)的計(jì)算模型，將FACTS元件的影響轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)等效功率;進(jìn)行潮流計(jì)算時(shí)，只需根據(jù)FACTS元件的控制變量，修正功率平衡方程，接著將得出的系統(tǒng)狀態(tài)變量與FACTS元件的控制變量進(jìn)行交替迭代計(jì)算。計(jì)算過(guò)程中，可使用非線性系統(tǒng)的求解方法，其方法就是將系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)功率平衡方程和FACTS元件的控制變量數(shù)值作為狀態(tài)變量，進(jìn)行計(jì)算得出結(jié)果。

　　1.4 復(fù)雜系統(tǒng)的潮流計(jì)算

　　電力系統(tǒng)的復(fù)雜潮流計(jì)算如圖1所示，主要的內(nèi)容包括輸入數(shù)據(jù)、檢查網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、檢查電網(wǎng)孤島、優(yōu)化節(jié)點(diǎn)的編號(hào)，可采用半聯(lián)動(dòng)等方法、設(shè)置直流系統(tǒng)及元件控制變量的初始值，計(jì)算與交流節(jié)點(diǎn)的等效功率，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)雜的潮流計(jì)算其內(nèi)容包括解不平衡方程、建立雅克比矩陣、計(jì)算節(jié)點(diǎn)功率不平衡量等。根據(jù)所計(jì)算出來(lái)的結(jié)果，來(lái)修正節(jié)點(diǎn)電壓。

　　圖1 復(fù)雜潮流計(jì)算流程圖

　　2 潮流計(jì)算后的自動(dòng)調(diào)整

　　電力系統(tǒng)在很多方面的運(yùn)作都存在一定的約束力，有些是由系統(tǒng)設(shè)備的安全情況來(lái)決定的。而傳統(tǒng)的潮流計(jì)算調(diào)整主要是運(yùn)行人員每次修改數(shù)據(jù)后，都要再進(jìn)行潮流計(jì)算，最后調(diào)整控制參數(shù)，從而重復(fù)以上過(guò)程，直到結(jié)果滿足要求為止，但是這樣的計(jì)算過(guò)程效率就非常低，正確性也難以得到保證。潮流計(jì)算的自動(dòng)調(diào)整是由軟件模擬人工來(lái)修改其計(jì)算過(guò)程，從而自動(dòng)完成調(diào)整工作。而自動(dòng)調(diào)整根據(jù)所要調(diào)整的要求和控制手段數(shù)目的不同，常見(jiàn)的類型有單目標(biāo)多控制、多目標(biāo)多控制等。就目前發(fā)展情況而言，潮流自動(dòng)調(diào)整大多調(diào)整某個(gè)變量或參數(shù)，從而滿足系統(tǒng)準(zhǔn)則要求。潮流計(jì)算自動(dòng)調(diào)整方法主要有擴(kuò)展調(diào)整方法和負(fù)反饋原理的調(diào)整方法。負(fù)反饋原理的調(diào)整方法較為簡(jiǎn)單，但反饋系數(shù)在計(jì)算的整個(gè)過(guò)程中，對(duì)系統(tǒng)的收斂性影響很大。擴(kuò)展潮流方程的調(diào)整方法是在原有的潮流方程中引入目標(biāo)方程，同時(shí)該方法還要改變常規(guī)比例的矩陣，在已有程序上不易實(shí)現(xiàn)另外改變。潮流調(diào)整是一個(gè)模糊的過(guò)程，是在兩次潮流迭代間采用模糊邏輯方法來(lái)控制參數(shù)的調(diào)整，因此要形成實(shí)用化的自動(dòng)調(diào)整算法，從而實(shí)現(xiàn)潮流的自動(dòng)調(diào)整。電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的數(shù)學(xué)模型是自動(dòng)調(diào)整的基礎(chǔ)條件，可以將電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算方法相互比對(duì)，然后分析在不同的運(yùn)行控制方式下的潮流計(jì)算方法，進(jìn)而便提出對(duì)軟件的新型功能要求及相應(yīng)目標(biāo)，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)調(diào)整軟件中的關(guān)鍵問(wèn)題的研究。 　　基于靈敏度的自動(dòng)調(diào)整方法。假設(shè)初始電壓的控制變量為U°，初始給定的狀態(tài)變量為X°，潮流目標(biāo)值為W°，滿足公式：

　　F(X°，U°)=0;W°=H(X°，U°) (1)

　　在控制變量U°上加上擾動(dòng)值△U，變量值為U°+△U，相應(yīng)狀態(tài)變量數(shù)值就是X°+△X，因此，最終的目標(biāo)函數(shù)值為W°+△W，并且滿足以下公式：

　　F(X°+△X，U°+△U)=0;W°+△W=H(X°+△X，U°+△U) (2)

　　對(duì)式(2)采用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)，并忽略高次項(xiàng)，可得：

　　W°+△W=H(X°+△X，U°+△U)

　　=H(X°，U°)+H?△X+H�△U (3)

　　上式中，H?，H�分別是目標(biāo)函數(shù)H對(duì)X和U的雅克比矩陣，即H?=;H�=，其中，△X與△U之間存在以下關(guān)系：

　　△X=S?△U (4)

　　S?就是狀態(tài)變量對(duì)控制變量的靈敏度，將其代入公式(3)可得：

　　W°+△W=H(X°，U°)+(H?S?+H�)△U (5)

　　式(5)兩邊減去式(2)，可得：

　　△W=S?×△U (6)

　　靈敏度S?值可以直接顯示出電力系統(tǒng)中控制變量的某個(gè)參數(shù)改變時(shí)，其系統(tǒng)狀態(tài)及其他參數(shù)所做出的反應(yīng)。潮流計(jì)算得出目標(biāo)函數(shù)對(duì)控制變量的靈敏度，就知道如果控制變量改變時(shí)，相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)是否改變。反之，如果知道要調(diào)整的目標(biāo)，那么就可以按照靈敏度公式計(jì)算，得到控制變量參數(shù)，這就是基于靈敏度的潮流自動(dòng)調(diào)整方法。由于非線性電力系統(tǒng)的靈敏度對(duì)于調(diào)整目標(biāo)和控制變量的函數(shù)關(guān)系是模擬的，因此在計(jì)算中也存在數(shù)值誤差，故而比較常用的方法就是迭代計(jì)算法。在計(jì)算過(guò)程中，先收斂后計(jì)算靈敏度，并進(jìn)行第一次潮流調(diào)整。調(diào)整過(guò)程有以下兩種：(1)在兩次潮流收斂的計(jì)算間，加上一次自動(dòng)調(diào)整，在調(diào)整變量時(shí)，潮流是收斂的，靈敏度的計(jì)算相對(duì)比較準(zhǔn)確;(2)在兩次潮流迭代間加一次自動(dòng)調(diào)整，在計(jì)算靈敏度時(shí)，由于潮流沒(méi)有完全收斂，會(huì)帶來(lái)一定誤差，沒(méi)有一次性調(diào)整的準(zhǔn)確度高，但潮流迭代次數(shù)少，調(diào)整的速度相對(duì)比較快，一般優(yōu)先考慮第二種方法。根據(jù)第二種計(jì)算方法，應(yīng)用式(6)求出控制變量的數(shù)值后，首先應(yīng)該先考慮設(shè)備和運(yùn)行條件對(duì)控制方法的影響程度，如發(fā)電機(jī)、變壓器、裝置設(shè)備等方法都存在可以調(diào)整的范圍;當(dāng)控制變量的調(diào)整數(shù)值不在允許的上下限時(shí)，可修正控制變量的參數(shù)達(dá)到規(guī)定的上限或下限值;在調(diào)整控制變量的過(guò)程中，還應(yīng)考慮變壓器檔位等離散控制變量值;此外，并聯(lián)電容器一般由若干臺(tái)組電容器組成，每臺(tái)電容器可自由選擇投切，針對(duì)以上離散變量，在求出系統(tǒng)的潮流調(diào)整數(shù)值之后，就要對(duì)其進(jìn)行對(duì)比，選擇最恰當(dāng)?shù)臄?shù)。此外，還要控制控制變量的步長(zhǎng)，如果控制變量變化幅度過(guò)大，會(huì)增加靈敏度和調(diào)整量的計(jì)算誤差。總之，電力系統(tǒng)在進(jìn)行潮流自動(dòng)調(diào)整時(shí)，可以選擇不同種控制方法相結(jié)合的方式。比如：調(diào)整節(jié)點(diǎn)電壓時(shí)，可調(diào)節(jié)相鄰變壓器的變比或者是改變發(fā)電機(jī)無(wú)功出力等調(diào)整方法。

　　3 結(jié)語(yǔ)

　　電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，對(duì)潮流計(jì)算也不斷提出各種新的要求。潮流計(jì)算及其調(diào)整軟件是電力系統(tǒng)規(guī)劃、分析、調(diào)整、運(yùn)行等工作的基礎(chǔ)，因此，要不斷推行開(kāi)發(fā)符合調(diào)整要求的計(jì)算和輔助分析工具，模擬實(shí)際系統(tǒng)的工作特點(diǎn)，按照所要達(dá)到的調(diào)整目標(biāo)計(jì)算去更改系統(tǒng)的控制參數(shù)，進(jìn)而減輕計(jì)算人員的工作負(fù)擔(dān)提高運(yùn)行調(diào)度等工作的效率，提高電力系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。

　　參考文獻(xiàn)

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　　作者簡(jiǎn)介：劉敏(1973-)，國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司孝感供電公司技師，工程師，研究方向：調(diào)度運(yùn)行。