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摘要：现代电网规模庞大，运行机理复杂。为了及时发现电网安全隐患，提高电网运行水平，研究和开发电网安全预警系统已成为主流趋势，安全预警系统可以将调度从传统的事故发生时报警向事故前预警的新模式转变。对实际的应用场景，潮流预报可分为在线应用的超短期潮流预报和离线应用的短期潮流预报。超短期潮流预报基于实时态潮流模型和超短期负荷预测结果，预报出15min 后的潮流分布；而短期潮流预报则主要根据数据点的短期负荷预测结果、发电计划和前日相应数据点的潮流断面，并考虑检修计划的影响，对数据点的潮流分布进行预报。
关键词：潮流预报；电网；安全预警
目前，我国电网调度运行部门在计算考虑暂态稳定约束的最大输电能力时，通常使用电力系统仿真计算软件，在保证全系统发电–负荷整体平衡的前提下，通过反复调整送受端发电机出力、负荷大小以改变指定输电断面的传输功率，并进行大批量的故障校核，由时域仿真曲线人工给出系统稳定性的判断。此过程步骤繁琐，计算效率较低。特别是潮流方式的调整很有可能导致潮流计算很难收敛甚至不收敛，而实际此时潮流可能有解，当前运行点远未达到静态稳定极限点。此问题严重制约了最大输电能力求解的自动化程度。
一、潮流预报及其在安全预警中的地位
潮流预报的目的是根据当前潮流断面或某个特定的历史潮流断面，以及负荷预测结果和发电计划，预测未来时刻潮流断面。以预报15 min 后潮流分布的超短期潮流预报和预报数据点潮流分布的短期潮流预报。其中，预报态包括15min 后的预测潮流、日前检修计划和周检修计划的典型断面，进行超短期和短期的潮流预报，并对潮流预报断面进行安全分析和计算。
超短期预报态的安全预警可以增强系统的预防控制能力，实现事故前预警，使调度员对未来可能出现的危险进行提前的准备和控制。短期潮流预报计算则主要应用于电网安全预警中的检修计划和日前发电计划安全校核模块，预报加载了日检修计划和发电计划的潮流分布，并进行安全分析与校核，以校核检修计划和发电计划的安全性和合理性。因此，潮流预报在整个安全预警系统中起到了连接实时态安全预警和预报态安全预警的桥梁作用，是预报态安全分析和预防控制决策的基础，也是实现真正意义上的事故前预警和超前控制的关键技术。
二、潮流预报的实现算法
1、超短期潮流预报。超短期潮流预报是对15min 后系统的潮流分布进行预报。电力系统的潮流分布由其节点导纳矩阵以及给定的注入功率和机端电压数值决定。超短期潮流预报中的系统节点导纳矩阵由在当前系统导纳矩阵的基础上加载15min 内的检修计划对导纳矩阵的影响确定。而对于注入功率和机端电压，为简化计算，15min 后有如下假定：①同一区域内的所有负荷其功率的变化率相同；②所有负荷的功率因数不变；③作为P V 节点的发电机，其机端电压不变。因此，节点的注入功率可由下式确定：
2、短期潮流预报。对于短期潮流预报，利用相似日原理，短期潮流预报计算中的节点导纳矩阵根据当前的节点导纳矩阵加载检修计划得到，发电机的有功出力根据发电日前计划确定，而发电机的机端电压和负荷功率则与超短期潮流预报相似。对同一区域作如下假定：①预测时刻的各负荷功率与前一个周期中对应时刻的负荷功率具有相同变化率；②预测时刻的负荷功率因数与前一个周期内对应时刻的功率因数相同；③作为P V 节点的发电机预测时刻的机端电压与前一个周期对应时刻的机端电压相同。可将前一个周期相同数据点时潮流结果作为该数据点短期潮流预报计算的初值，有利于提高潮流收敛性。此外，为了更加接近次日实际潮流分布，在短期潮流预报的计算结果中，得到预报态的潮流分布后，还需要对负荷节点功率进行调整，使最终得到的潮流分布中联络线功率等于计划值。
三、潮流预报的工程应用
1、含潮流预报的电网安全预警系统数据支持模块。在预警预控系统的在线功能中，调度中心通过状态估计可得到内网的实时态潮流模型；此外，为了更好地考虑外网对内网的影响，电网调度中心将定时地下发描述全网潮流模型的E 文件，通过E 文件接口程序并剔除E 文件中的内网部分即可得到在线的外网潮流模型。通过实时网络模型重建，即可得到边界上无差的实时态全网潮流模型，并可通过安全分析程序对当前系统的安全性进行分析。而超短期潮流预报计算以内网实时态潮流模型为基础，预报15min 后的内网预报态潮流模型，并以同上的方法与外网在线潮流模型进行合并，得到预报态的全网潮流模型。对该潮流模型进行安全分析，即可对系统15min 后的安全性、可能出现的危险和应当采取的措施进行超前分析，从而增强了系统的安全性。
2、潮流预报中不收敛问题的处理。潮流预报实际上是根据分区负荷预测结果、发电计划等有限的给定量，构造出的一个虚拟的潮流分布。与常规潮流计算相比，潮流预报的给定量远小于变量和方程数目，理论上存在无穷多组可行解。系列规则来确定与待求变量数目相等的已知量，将这一问题转化为常规潮流计算问题，并使用一般的潮流计算程序进行求解。当潮流预报出现不收敛的情况时，可采用最优乘子法来求解，即求解出电压的幅值和相角的修正量后，根据下式对节点电压的幅值和相角进行修正，
式中：μ为以下无约束优化问题的最优解，f为潮流方程；x为状态变量；μ为引入的乘子变量。目前最优乘子法解病态潮流的技术已经较成熟，当潮流预报的给定量不合理导致潮流预报不收敛时，最优乘子法给出了与给定量相差较小的一个潮流分布。由于潮流预报计算中给定的负荷功率、发电机有功功率和机端电压本来就是基于一系列不可能严格满足的假设给出的，因此，通过最优乘子法得到的预报态潮流分布并不影响潮流预报结果的实用性。
3、影响潮流预报精度的重要因素
根据实际运行经验，潮流预报的精度主要受几方面的影响：
1）状态估计模型的准确性。无论是在线的超短期潮流预报，还是离线的短期潮流预报，其潮流模型都是以当前或历史的状态估计结果作为基础的。如果状态估计因维护不足等原因导致估计精度较低、估计结果不稳定时，将导致潮流预报结果不可信。在现场的潮流预报程序调试过程中，所出现潮流预报结果不可信的情况，大部分都是状态估计结果不准确导致的。
2）负荷预测的精度。由潮流预报算法可以看出，超短期和短期潮流预报的预报算法都高度依赖于负荷预测结果，如果负荷预测结果不准确，必然将直接导致潮流预报结果能够较好地满足规则。
对实时潮流预报模型的研究主要集中在动态状态估计领域[1]，因其计算量过大，因此难以在线应用。尽管后续的研究者提出了一系列改进措施，但到目前为止，还没有动态状态估计实用化的相关报道。实际上，在调度中心投运的安全预警系统中，并没有实用化的潮流预报模块，也没有真正意义上实现预报态的安全分析与校核。因此，研究潮流预报在电网安全预警系统中的应用方案是十分必要的。
参考文献：
[1] 蒋维勇，吴文传，.在线安全预警系统中的网络模型重建.电力系统自动化，2012，31（21）：5-9.
[2] 王世缨，相年德.电力系统实时运行状态的估计和预报.中国电机工程学报，2013，11（Su ppl 1）：68-74.
[3] 吴素农，蔡斌.电网控制中心安全预警和决策支持系统设计.电力系统自动化，2012，30（6）：1-5.
论文作者:杨琦,耿军
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/14
标签：潮流论文; 负荷论文; 电网论文; 在线论文; 端电压论文; 模型论文; 计划论文; 《电力设备》2017年第36期论文;