CN106972494A - 一种交直流混联电网外送断面输送功率优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种交直流混联电网外送断面输送功率优化方法，首先读入并解析原始数据报表，初始化各个控制参数及状态变量，然后依据给定的控制变量及约束条件进行潮流计算，如果潮流计算收敛，输出优化报表并覆盖原始数据报表。该优化方法能够在满足电网外送功率的前提下，求取网损最小的电网外送断面交、直流通道输送功率最优分配，并按BPA软件的数据格式给出最优潮流结果，其优化结果能够直接采用BPA软件进行验算，且优化后的潮流各项主要参数均在标准规定的范围内。

Description

一种交直流混联电网外送断面输送功率优化方法

技术领域

本发明的实施例涉及电力传输功率的优化，具体而言，涉及一种交直流混联电网外送断面输送功率优化方法。

背景技术

随着电力系统的发展，电网规模越来越大，全国各大区域间的电网互联已成为一种趋势。由于国内能源分布以及经济发展的不均衡，常常需要区域间进行大量的能量传输，而当传送功率超过安全极限时，就可能引发系统振荡、电压崩溃以至大面积停电事故。为了降低区域互联电网间的输送功率损耗，并保证电网安全、经济运行，就应对电网向外传输的功率值进行优化分配，合理地对控制变量、状态变量及变量函数的物理限制和运行限制进行调节，使电力部门及用户总体设备的运行指标达到最佳状态，并且获得电网传输断面传输功率的最优分配值。

目前，电网外送断面传输功率值均由运行人员依据线路额定传输功率，按实际运行经验给出。但是，随着电力系统的日益扩大，电网的运行方式越来越复杂，需要考虑的问题也越来越多，为了得到较为满意的结果，运行人员往往需要反复多次尝试调整参数，但是有时即使耗费大量的时间和精力都很难找到满意的优化结果。断面传输功率是指联接两个区域电网间的一组输电线路的总传输功率值。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种交直流混联电网外送断面输送功率优化方法；该优化方法能够在满足电网外送功率的前提下，求取网损最小的电网外送断面交、直流通道输送功率最优分配，并按BPA软件的数据格式给出最优潮流结果，其优化结果能够直接采用BPA软件进行验算，且优化后的潮流各项主要参数均在标准规定的范围内。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：一种交直流混联电网外送断面输送功率优化方法，见图1，包括以下步骤：

步骤一，读入并利用自定义数据接口模块解析包含有电力系统的网络结构和运行数据的BPA潮流格式原始数据报表。然后设置控制变量和约束条件，其中的控制变量包含了发电机有功、无功出力，高压直流系统中的各运行参数(如直流电压，各控制角)等等；约束条件包含了对控制变量上下界及节点电压、线路功率约束、以及系统潮流约束。系统潮流约束用于保证获得满足当前电网外送功率的前提下的各交、直流通道输送功率最优分配值时，被评估电力系统始终满足系统潮流约束。上述自定义数据接口模块解析过程是将BPA软件格式的电网原始数据文件转化成优化计算所需格式，如TXT格式。

步骤二，初始化各个控制参数及状态变量；

步骤三，对节点顺序进行优化编号，使形成的矩阵在三角分解的过程中保持稀疏性，减少非零注入元，节约内存和计算时间。本方法中采用的是静态节点优化编号，可以取得比较好的效果。

步骤四，进行潮流计算，并判定是否收敛：若对偶间隙符合精度要求，则当前结果为最优值，计算结束，跳转至步骤七；若迭代次数小于设定值，进入步骤五；若迭代次数超出设定值，说明程序在预设的约束条件下无法找到最优值，跳转至步骤六，随后将进行不收敛性分析。

步骤五，首先计算扰动因子。然后形成修正方程并求解，得出各控制变量及状态变量的修正量。接着对发电机有功及无功出力、高压直流系统中的各运行参数和节点电压相角等等变量进行修正。再求取原始对偶步长，在步长的基础上更新各个变量值，该步长能确保各变量在每次迭代修正后不超出事先给定的约束值。最后计算互补间隙，迭代次数加1后返回步骤四，重新进行潮流计算并判定是否收敛。

步骤六，分析节点的有功最大平衡量和无功最大平衡量，查看该节点附近的负荷、发电机出力及无功补偿设置是否合理。分析对偶变量(对应于不等式约束，如线路功率限制)，当该变量的绝对值大于1时表示其对应的约束已达边界或越限，以此可分析所有的不等式约束条件，找到限制设置不合理的部分，估计该数据样本不收敛的问题何在。最后依据不收敛性分析结果，调整网络参数，返回步骤四，重新进行潮流计算并判定是否收敛。

若迭代次数达到预先设定的最大值时仍不收敛，则进行不收敛性分析。

步骤七，计算结果收敛，然后利用BPA电力系统计算分析软件对当前输出数据进行校核计算，如果对比校核后均没有出现电压越限、电流越限或功率越限，就说明对比校核的结果获得通过，则获得当前满足电网外送功率的前提下，各交、直流通道输送功率最优分配值。

相比于现有技术，本发明的优势有以下两点：

1、该优化方法能够在满足交直流混联电网外送功率给定的前提下，求取网损最小的电网外送断面交、直流通道输送功率最优分配值，并按BPA软件的数据格式给出最优潮流结果，其优化结果能够直接采用BPA软件进行校核分析，最后获得的验证结果可以直接用于指导编制电网运行方式，以确保电网安全、经济的运行。

2、该优化方法可使交直流混联电网外送断面输送功率中各通道分配值的编制变得简单易行，缩短了工作流程和制定时间，减轻运行人员工作强度和压力，全面提高电网运行的电压质量和经济性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，并非对本发明的限制。

图1是本发明的优化方法的流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案作进一步非限制性的详细描述。

实施例1：

我国某地区实际电网为例，对2015年的丰大方式及枯大方式外送断面输送功率进行优化说明：

该优化区域在该年的丰大方式外送容量为24535MW，直流通道送出22600MW，交流通道送出1935MW。其中包含有5条直流通道，4条交流通道。在优化前，因高压直流通道的增加，直流输送功率增大，导致了交流通道不能充分利用。

电网外送断面输送功率的优化过程大致是：首先读入并解析BPA软件格式的电网数据，设定该电网的优化变量为电厂的有功无功出力、直流通道的输送功率、直流电压、控制角等参数；接着进行迭代计算，不断修正优化变量，直至计算精度满足要求，最后获得的结果便满足电网外送功率的前提下，各交、直流通道输送功率最优分配值。

丰大方式优化前后交直流通道功率分配如表1所示。

表1：

单位：MW

项目	优化前	优化后
			1、直流线路	22600	21592
A直流	5000	5000
			B直流	5000	5000
C直流	6400	5952
			D直流	3200	3000
E直流	3000	2640
			2、交流线路	1935	2931
F～G(双回)	600	600
			H～I	-105	198
J～K(双回)	896	1358
			L～I	544	775
3、外送总规模	24535	24523

由表1可以看出，该区域电网外送交流通道的输送容量由优化前的1935MW增加至优化后的约2931MW。优化前，F～G、H～I、J～K、L～I四回500kV线路的平均输送容量仅333MW，远低于500kV线路的最优输送能力(约1000MW)，线路存在通道能力利用不充分的现象。优化后，四回交流线路的平均输送容量增加到583MW，该区域的交流通道的输送能力得到有效利用。

丰大方式优化前后网损变化如表2所示。该区域电网的网损从优化前的974.3MW降为945.23MW，降低29.1MW，降幅约3.0％；整个电网其余地区网损从3826MW降为3793MW，降低33MW，降幅约0.9％。优化后，整个电网损耗共降低62.1MW。

表2：

单位：MW

项目	优化前	优化后	网损降低
				该优化区域网损合计	974.3	945.2	29.1
全网其它地区网损合计	3826	3793	33

实施例2：

该优化区域在该年的枯大方式外送容量为15512.3MW，直流通道送出14680MW，交流通道送出832.3MW。其中包含有5条直流通道，4条交流通道。

电网外送断面输送功率的优化过程大致是：首先读入并解析BPA软件格式的电网数据，设定该电网的优化变量为电厂的有功无功出力、直流通道的输送功率、直流电压、控制角等参数；接着进行迭代计算，不断修正优化变量，直至计算精度满足要求，最后获得的结果便满足电网外送功率的前提下，各交、直流通道输送功率最优分配值。

枯大方式优化前后交直流通道功率分配如表3所示。

表3：

单位：MW

项目	优化前	优化后
			1、直流线路	14680	15268
A直流	3500	4278
			B直流	3500	3560
C直流	4480	5520
			D直流	3200	1910
E直流	0	0
			2、交流线路	832.3	233.3
F～G(双回)	600	208
			H～I	-32.3	-67
J～K(双回)	1272.3	958
			L～I	-1007.7	-865
3、外送总规模	15512.3	15501

优化前，由于枯期水电出力有所减少，该区域主网少许线路存在“功率倒送”的现象，且潮流较重，与该区域总体外送流向相反，由此导致的该年枯大方式下潮流损耗较大。优化后的潮流分布使得“功率倒送”的现象有所缓解。从该区域交流外送通道来看，由于直流外送容量有所增加，使得交流外送容量由优化前的832MW降至优化后的233MW。

枯大方式下优化前后网损变化如表4所示。该区域电网的网损从优化前的700.7MW降为607.1MW，降低93.7MW，降幅约13.4％；整个电网其余地区网损从2720.3MW降为2638.8MW，降低82MW，降幅约3％。优化后，全网损耗共降低175MW，效果显著。

表4：

单位：MW

项目	优化前	优化后	网损降低
				该优化区域网损合计	700.7	607.1	93.6
全网其它地区网损合计	2720.3	2638.8	81.5

综上所述，通过上述的两个例子，由于合理调整发电机组的有功与无功出力及高压直流系统运行参数；可以使被优化区域的电网外送断面输送功率在满足要求的前提下合理分配，并使全网网损得到有效降低。其中，电压水平，线路功率均在合理水平内，从而使得电网处于安全、经济的运行状态。

需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种交直流混联电网外送断面输送功率优化方法，其特征在于：首先读入并解析原始数据报表，初始化各个控制参数及状态变量，然后依据给定的控制变量及约束条件进行潮流计算，如果潮流计算收敛，输出优化报表并覆盖原始数据报表。

2.根据权利要求1所述的交直流混联电网外送断面输送功率优化方法，其特征在于：如果潮流计算不收敛，则对控制变量或约束条件进行矫正设置，然后再进行潮流计算直至收敛，输出优化报表并覆盖原始数据报表。

3.根据权利要求2所述的交直流混联电网外送断面输送功率优化方法，其特征在于：所述潮流计算不收敛包括迭代次数小于设定值；

所述对控制变量或约束条件进行矫正设置的步骤包括：

首先计算扰动因子，形成修正方程并求解得各控制变量及状态变量的修正量，然后求取原始对偶步长，在步长的基础上更新各个变量值，再计算互补间隙，迭代次数加1。

4.根据权利要求2所述的交直流混联电网外送断面输送功率优化方法，其特征在于：所述潮流计算不收敛包括迭代次数大于设定值；

所述对控制变量或约束条件进行矫正设置的步骤包括：

首先分析节点的有功最大平衡量和无功最大平衡量，进行相应的调整；然后分析对偶变量，找到限制设置不合理的部分，进行相应的调整；最后依据不收敛性分析结果，调整网络参数。

5.根据权利要求4所述的交直流混联电网外送断面输送功率优化方法，其特征在于：如果迭代次数达到预先设定的最大值时仍不收敛，则进行不收敛性分析。

6.根据权利要求1或2所述的交直流混联电网外送断面输送功率优化方法，其特征在于：输出优化报表至覆盖原始数据报表之间还包括：对优化报表中的数据进行BPA软件的校核计算。

7.根据权利要求1所述的交直流混联电网外送断面输送功率优化方法，其特征在于：所述原始数据报表的格式为BPA潮流格式，所述原始数据报表中包含有电力系统的网络结构和运行数据。

8.根据权利要求1所述的交直流混联电网外送断面输送功率优化方法，其特征在于：所述控制变量包括发电机有功、无功出力，以及高压直流系统中的运行参数；所述约束条件包括对控制变量上下界及节点电压的约束、线路功率的约束、以及系统潮流约束。