近幾年，國際上相繼發(fā)生多起大面積停電事故，幾乎都與電磁環(huán)網(wǎng)有關(guān)。大停電事故的發(fā)生常常是由于多種復雜事故綜合作用所引起，事故之間存在相關(guān)性和連鎖性造成事故的擴大。而電網(wǎng)結構中存在的電磁環(huán)網(wǎng)，往往是引起事故連鎖反應的癥結所在，因此高電壓等級電網(wǎng)具有一定規模以后，應進(jìn)行電網(wǎng)開(kāi)環(huán)輻射狀運行模式，避免電網(wǎng)結構中存在大量的電磁環(huán)網(wǎng)運行方式，更加有效地發(fā)揮高壓電網(wǎng)的作用。同時(shí)，隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，我國對電網(wǎng)的建設不斷加快，區域電網(wǎng)日益互聯(lián)成一個(gè)大網(wǎng)，電力系統網(wǎng)架結構變得越來(lái)越龐大。

傳統的集中式最優(yōu)潮流計算需要通過(guò)通信傳輸把大量的運行數據傳輸到中央控制室，優(yōu)化計算完成后也需要把控制結果傳輸出去。隨著(zhù)系統規模的日益擴大，這樣的優(yōu)化控制方式越來(lái)越難以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)優(yōu)化要求，而且集中式優(yōu)化模式與實(shí)際網(wǎng)架分層分區管轄模式不一致，如何實(shí)現快速、穩定地分區解耦計算成為一個(gè)熱點(diǎn)研究問(wèn)題。

在實(shí)際的電網(wǎng)中，為避免由于電網(wǎng)結構中的電磁環(huán)網(wǎng)而引起事故連鎖反應，大電網(wǎng)都會(huì )實(shí)施開(kāi)環(huán)輻射狀運行模式。同時(shí)，為合理地實(shí)施電網(wǎng)分層輸電分區供電，大規模網(wǎng)架可以劃分為一個(gè)高壓網(wǎng)架用于電力傳輸和多個(gè)低壓網(wǎng)架用于區域供電，這對提高電網(wǎng)的安全性、提高用戶(hù)供電的可靠性，減少惡性事故引發(fā)的連鎖反應，將會(huì )產(chǎn)生積極的作用。正是基于大規模電網(wǎng)這種特點(diǎn)，本文提出了一個(gè)依據電壓等級的分區方法和一個(gè)分區優(yōu)化計算算法，不僅實(shí)現優(yōu)化速度的提高，也大大適應電網(wǎng)分區管轄的模式，保護各區域電網(wǎng)的信息安全。

研究

（1）分析了電磁環(huán)網(wǎng)對大規模電網(wǎng)的影響，以及電網(wǎng)日益呈現出開(kāi)環(huán)運行的情況。根據電網(wǎng)這種特點(diǎn)，提出了依據電壓等級的分層分區方法，并用注入電流法實(shí)現了網(wǎng)架的快速分區。

圖1分層分區的網(wǎng)架結構

從圖1可以看出，通過(guò)電磁環(huán)網(wǎng)的解環(huán)運行后，互聯(lián)的大規模電網(wǎng)呈現出輻射狀特點(diǎn)，一個(gè)大的網(wǎng)架可以被劃分為一個(gè)220kV的高壓輸電主網(wǎng)和多個(gè)子網(wǎng)。

利用注入電流方法實(shí)現快速分區的流程：

1)通過(guò)變壓器的額定電壓得到220kV的邊界節點(diǎn)，斷開(kāi)邊界節點(diǎn)后的線(xiàn)路支路，得到修正的節點(diǎn)導納矩陣。

在不同節點(diǎn)依次注入一個(gè)很大的電流進(jìn)行潮流計算，每次潮流計算后，判斷每個(gè)節點(diǎn)的電壓幅值，若電壓大于0，則屬于同一個(gè)子區域。

（2）針對多區域的求解優(yōu)化模型，提出了改進(jìn)近似牛頓算法進(jìn)行計算，可以提高求解速度，并有利于保護區域網(wǎng)架信息安全。

圖2改進(jìn)近似牛頓算法的原理圖

每一次迭代求解過(guò)程中，計算主干網(wǎng)時(shí)，主干網(wǎng)邊界節點(diǎn)的負荷常量等于對應分區子網(wǎng)邊界節點(diǎn)上一次迭代計算完成后的有功出力與無(wú)功出力。而在計算分區子網(wǎng)時(shí)，分區子網(wǎng)邊界節點(diǎn)的電壓幅值和相角常量等于對應主干網(wǎng)邊界。在每次迭代過(guò)程中，通過(guò)交換邊界節點(diǎn)的變量，這將能滿(mǎn)足邊界耦合條件，并不斷趨近于最優(yōu)解。

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針對已構建的多區域分解協(xié)調計算模型，利用提出的改進(jìn)近似牛頓算法進(jìn)行多個(gè)算例的求解。

為了驗證所提算法的有效性，對不同規模算例分別采用以下兩種方式進(jìn)行求解。

方式1：電網(wǎng)未分層分區，直接采用原始對偶內點(diǎn)法對整個(gè)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行計算(集中式優(yōu)化)。

方式2：對電網(wǎng)進(jìn)行按電壓等級分層分區解耦，采用改進(jìn)近似牛頓方法進(jìn)行求解。

由表1可知：兩種方法所得目標函數值是基本一致的；迭代次數上方式2比方式1略有增加，這是由于網(wǎng)架分層分區之后各子網(wǎng)在優(yōu)化過(guò)程中需要不斷交互、協(xié)調邊界變量而造成的；但方式2計算所用時(shí)間較方式1大大減少，同時(shí)更加容易實(shí)現。

通過(guò)把一個(gè)大規模網(wǎng)架劃分為多個(gè)子網(wǎng)系統后，使系統修正方程系數矩陣的維數大大減少，從而降低計算量，因此分層分區的計算速度大大加快。

大規模電網(wǎng)的分層分區協(xié)調優(yōu)化控制相比傳統集中式優(yōu)化具有一定優(yōu)勢。后續研究中，可以進(jìn)一步把單斷面優(yōu)化做到多時(shí)段的動(dòng)態(tài)優(yōu)化，給大規模電網(wǎng)計算帶來(lái)更好的實(shí)用價(jià)值。

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