(国网内蒙古东部电力有限公司经济技术研究院 内蒙古呼和浩特 010020)
摘要：随着电力需求的增长，我国供电系统的稳定性尤为重要。电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种基本电气计算，它的任务是根据给定的运行条件和网络结构确定整个系统的运行状态，其在电力系统运行中占据举足轻重的作用。而过去的计算方式不仅计算方式较为固定，其便捷性和准确性也亟待完善。基于此，本文提出了一种新的潮流稳定的计算方法。
关键词：电力系统；潮流；可靠性计算
引言
电力是国家的基础产业与能源支柱，没有电力就没有稳定的经济发展，当今世界，电力产业是几乎当今一切工业的基石，是我国经济社会的可持续发展重要支撑保障。电力系统潮流计算的结果是电力系统稳定计算和故障分析的基础。常规粒子群优化算法在过往很长时间内在电力系统运行中都发挥着重要作用，但随着科技的不断进步和完善，人们发现在该算法中存在弊端，即该算法很容易早熟从而使得系统陷入局部最优解，影响最终的计算结果准确性。为解决上述问题，本文提出了一种新的潮流计算方法，即混沌粒子群优化算法，混沌粒子群优化算法主要是利用 L 指标实现对电压的稳定约束，通过观察 L 指标，可分析出当前电力系统中电压的稳定过程。本质上可视为在常规的最优潮流（OPF）中加入一个不等式的相应约束形式（即 L 指标），形成含电压稳定约束的最优潮流（VSCOPF）。将混沌粒子群优化算法运用到系统之中进行测试，证实该算法在收敛性、准确性、有效性等方面都具有明显优势。
1电力系统的潮流计算概述
电力系统潮流计算是研究电力系统稳定运行一重要方法，如何提高电力系统的稳定性是目前所有学者一直努力解决的问题，目前随着计算机的兴起，出现了各种不同的潮流计算方法，在交流潮流算法中，Newton算法具有高精度和良好的收敛性被普遍采用。但其因在迭代过程中每次都需要重新形成Jacobi矩阵，故计算速度不高，多用于系统规划应用中。同时还出现了一些新型的计算方法，在计算速度上及精度上可以满足要求。比如后期出现灵敏度分析方法，它在电力系统稳态分析中广泛应用，比较于牛顿迭代方法而论，是一种线性分析方法，常用于经济调度，紧急状态调整，无功电压控制以及一些最优化问题的应用中。
2 可靠性指标计算流程
2.1直流潮流计算
通过判断系统是否解列来判断是否产生子系统，然后对每个子系统进行潮流计算。在计算故障潮流后，便可以进行节点电压和线路容量约束的判断，并选择合理的负荷削减方式，进而形成可靠性指标。发输电系统可靠性计算一般采用交流潮流法或直流潮流法，但是潮流分析法特别是交流潮流分析法对于大型系统会出现“维数灾”问题。目前对直流潮流法研究较多，该方法具有计算速度较快，但仍存在不能考虑系统电压和无功功率的影响的缺陷。不过基于模拟法的可靠性评估一般仍选择直流潮流算法。对于 n 节点电力系统，极坐标形式的节点注入功率方程式为：.png)
式中：P i 、Q i 分别为节点 i 给定的有功功率和无功功率；j∈i 表示与节点 i 相邻接的节点 j，包括 j=i 的情况；G ij和 B ij 分别为节点 i 与节点 j 之间的互电导和互电纳；V i 和V j 分别为节点 i 和节点 j 的电压大小；θ ij 为节点 i 和节点 j的电压相角差。上式即为潮流方程式，由于上述潮流方程是非线性方程，因此需要迭代求解，直到方程收敛。获得节点电压的幅值和相角后，就可以计算支路潮流。
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式中 P ij 、Q ij 分别为支路 ij 的有功潮流与无功潮流。直流潮流计算的简化过程如下：（1）正常运行的电力系统各节点电压通常在额定电压附近，可以近似地认为 V i =V j =1。（2）线路两端电压相角差很小，有 θ ij ≈0，因此有 sinθ ij ，cosθ ij =1。（3）超高压网络中，线路电阻比电抗小得多，电阻可以忽略，r ij =0。
2.2节点类型
如果想对一个电力系统进行潮流分析，首先应该知道每个节点的运行状态，可以通过节点的电压向量和功率来表示，假设在某个电力系统中一共含有 n 个节点，每个节点拥有 4 个变量:有功功率 P、无功功率 Q、节点电压幅值 V 以及节点电压相角 θ，那么该电力系统会含有 4n 运行参数，潮流计算节点功率方程共有 n 个非线性复数方程，可以看作是有 2n 个实数方程，由此只能解出其中的 2n 个运行参数，而原始数据事先给出了剩余的 2n 个运行参数，即在一般的电力系统潮流计算中，每个节点的四个变量中会给定其中两个变量，另外两个变量待求。需要了解的是节点的类型并不是随意确定的，倘若设定不准确，会使潮流计算的结果不符合实际情况，节点可以分为三种类型:1)PQ 节点:其已知量是节点的 P 和 Q，而待求量是节点的V 以及 θ。此类节点的 P、Q 都是根据负荷的情况来决定的，在一般情况下，如无功固定的发电机等没有调节能力的都是 PQ节点，负荷节点是给定 P、Q 为负值的 PQ 节点。在进行潮流计算时，此类节点的个数非常多。2)PV 节点:例如发电机节点，该节点的电压由于其自动调节作业而维持不变，它的输出功率决定它的有功功率，所以 P、V 是给定的，待求量是 Q 和 θ。节点通常有一个可调节的无功电源在操作。这类节点在电力系统中的个数比较少。3)平衡节点:其已知量是 V 及 θ，待求量 P 和 Q，因为电网的总有功功率损耗无法事先确定，需要一个参考节点来平衡此有功，此节点即为平衡节点。此外需要个相位角为 0 的参考节点(基准节点)，二者常合为平衡节点。平衡节点通常只有一个。因为平衡节点给定了 V，所以在计算时不用考虑，平衡节点也就不包括在基本方程中，实际上最多含有 2(n-1) 个基本方程。平衡节点功率关系如下:
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2.3负荷概率模型
本论文中将负荷概率模型设为正态分布模型，负荷注入有功和无
功的概率密度函数分别为：.png)
其中，μ P 、μ Q 分别为负荷注入有功功率、无功功率的期望值，δ P 、δ Q 分别为负荷注入有功功率、无功功率的标准差。
结语
根据电力系统的稳态运行要求以及运行状态的分类，在潮流模型中计及约束条件，建立了稳态潮流控制模型，使潮流分布可以按需调节。潮流模型中的等式约束包含支路潮流的约束，不等式约束包含电压幅值的稳态运行范围。因此，针对约束条件，可以通过调节控制变量，改变潮流分布，从而控制节点电压与支路潮流。
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论文作者:李颖超
论文发表刊物:《电力设备》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/17
标签：节点论文; 潮流论文; 电力系统论文; 电压论文; 功率论文; 算法论文; 分别为论文; 《电力设备》2018年第23期论文;