連續(xù)潮流理論及其拓展應用的研究.pdf

1、電力網(wǎng)絡運行的經(jīng)濟性與電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定性之間存在著一定的矛盾關系，網(wǎng)絡建設過于冗余造成投資的浪費，電網(wǎng)不夠強壯則會威脅系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。準確的分析和評價電網(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問題。潮流計算在電力網(wǎng)絡分析領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，需采用如牛頓法等迭代計算方法。由于迭代法對數(shù)值條件要

2、求較為苛刻，使得潮流計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)值分析領域的一個重要的分支，它作為一種大范圍收斂算法，自上世紀90年代起，被引入了電力系統(tǒng)潮流計算，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，并采用特有的預測校正算法，追蹤含參數(shù)潮流方程的解曲線，在獲得描述負荷電壓隨負荷功率變化的PV曲線的同時，能夠得到靜態(tài)穩(wěn)定臨界點。本文圍繞連續(xù)潮流理論及其在電力系

3、統(tǒng)中的相關應用展開研究，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方面的:
　　 (1)連續(xù)潮流的算法完善:總結與評述了連續(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)折點的性質(zhì)，在此基礎上分析了連續(xù)潮流在轉(zhuǎn)折點附近校正迭代計算過程不收斂的原因。為提高連續(xù)潮流計算的魯棒性，提出對連續(xù)潮流預測切向量的單位規(guī)格化計算及其方向修正計算,進而基于前后兩次單位規(guī)格化的預測切向量構建了局

4、部參數(shù)化方法的改進參數(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。針對變步長算法在實際工程應用時遇到的初始參數(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，提出一種自適應的變步長算法，能夠在計算初期自適應的增大步長加快計算速度，在計算末期自適應的減小步長保證計算精度?；谏鲜鰧B續(xù)潮流魯棒性及計算速度改進，使連續(xù)潮流進一步得到完善和實用，通過IEEE39節(jié)點電網(wǎng)以及山東電網(wǎng)2010年冬季典型方式的算例分析，對改進算法進行

5、了有效性驗證，表現(xiàn)出較好效果。
　　 (2)計及輸電線路電阻變化的連續(xù)潮流計算:在常規(guī)連續(xù)潮流模型中，輸電線路電阻被設定為常量，且在整個連續(xù)潮流計算過程中始終保持不變，這是不符合實際的，因為輸電線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，應計及輸電線路的電熱耦合因素，使連續(xù)潮流的計算更具實際意義。為分析其對連續(xù)潮

6、流計算產(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)點系統(tǒng)為例，應用常規(guī)連續(xù)潮流和電熱耦合連續(xù)潮流方法分別計算PV曲線以及靜態(tài)電壓穩(wěn)定域，對比分析表明兩種方法的計算結果存在較大的差異。以IEEE14節(jié)點系統(tǒng)為例，分別應用常規(guī)連續(xù)潮流與電熱耦合連續(xù)潮流，計算了電網(wǎng)安全約束以及靜態(tài)電

7、壓穩(wěn)定約束對應的電網(wǎng)傳輸能力，算例表明是否計及電熱耦合因素會對分析結果產(chǎn)生顯著的影響?；谏鲜龇治?，本文認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)的實際運行規(guī)律，所以其計算結果的參考價值更高，應當給予足夠的重視，且具有良好的應用前景。
　　 (3)連續(xù)潮流與優(yōu)化算法的組合應用:構建了靜態(tài)電壓穩(wěn)定域的最小負荷裕度優(yōu)化模型，在對連續(xù)潮流算法以及模擬退火粒子群算法分別進行改進的基礎上，形成二者有機結合的組合優(yōu)化算法，應用于求解

8、最小負荷裕度。優(yōu)化模型中，將負荷功率因數(shù)的范圍，作為負荷增長方向的約束條件，使計算結果更具實際意義。在連續(xù)潮流算法中，基于PV-PQ節(jié)點類型轉(zhuǎn)換時雅克比矩陣行列式的變化，提出了一種快速有效的連續(xù)潮流極限誘導型分岔點的識別算法。提出了計及約束誘導型分岔點的自適應變步長改進算法，提高約束誘導型分岔點的計算精度。計及無功補償設備投切狀態(tài)的變化，修正節(jié)點導納矩陣，以體現(xiàn)無功補償設備對負荷裕度的影響。粒子群算法中，采用了變權重系數(shù)和變學習因子策略

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粒子進行變異，結合模擬退火過程，減小算法陷入局部最優(yōu)可能性。針對粒子群特點進行任務分解，采用多線程并行技術設計程序，充分挖掘計算資源，提高計算速度。綜上所述，連續(xù)潮流的改進算法在分岔點的識別、計及無功設備投切等方面具有優(yōu)勢，模擬退火粒子群改進算法，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)中的并行計算技術，使得混合算法在對IEEE5節(jié)點以及IEEE30節(jié)點測

10、試系統(tǒng)的算例分析中表現(xiàn)出良好的計算效果。
　　 (4)連續(xù)潮流應用于實際電網(wǎng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性分析:對靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析的目的、任務、重點與難點等問題進行了討論。以山東電網(wǎng)為研究對象，按照山東電網(wǎng)實際的運行方式，制定了符合電網(wǎng)運行規(guī)律的連續(xù)潮流功率增長方式，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。對山東電網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性進行分析與評價，為系統(tǒng)規(guī)劃與運行調(diào)度提供參考依據(jù)，同時也體現(xiàn)了連續(xù)潮流理論的