內(nèi)蒙古西部電網(wǎng)的UPFC最優(yōu)布點(diǎn)問(wèn)題研究

摘要：在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，UPFC是調(diào)節(jié)電壓和潮流的有效手段，這種功能強(qiáng)大的FACTS裝置正日益受到廣泛的研究和重視。在實(shí)際項(xiàng)目執(zhí)行階段，UPFC的安裝地點(diǎn)問(wèn)題顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：西部；電網(wǎng)；UPFC最優(yōu)布

中圖分類(lèi)號(hào)：TM934.21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 (2012) 16-0009-01

一、最優(yōu)布點(diǎn)研究的意義

現(xiàn)如今國(guó)內(nèi)外的研究專(zhuān)注于對(duì)UPFC元件的模型進(jìn)行數(shù)字仿真和控制性能的分析，而很少涉及UPFC元件的規(guī)劃問(wèn)題。UPFC在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中是調(diào)和節(jié)潮流和電壓的有效手段，這種強(qiáng)大功能的FACTS裝置正逐漸受到廣泛的重視和研究。UPFC的安裝地點(diǎn)問(wèn)題在實(shí)際項(xiàng)目執(zhí)行階段顯得尤為突出。

離散粒子群優(yōu)化(discrete particle swarm optimization，DPSO)算法是一種具有普遍適應(yīng)性的隨機(jī)全局優(yōu)化方法，可克服解析性方法的缺點(diǎn)。

二、粒子群優(yōu)化算法（PSO）綜述

粒子群優(yōu)化(PSO)最初是處理連續(xù)優(yōu)化問(wèn)題的，目前其應(yīng)用已擴(kuò)展到組合優(yōu)化問(wèn)題。由于其有效、簡(jiǎn)易的特點(diǎn)，PSO得到了眾多學(xué)者的重視和研究。

粒子群優(yōu)化算法是基于群體的演化算法，其思想來(lái)源于人工生命和演化計(jì)算理論。PSO的優(yōu)勢(shì)在于算法的簡(jiǎn)潔性，易于實(shí)現(xiàn)，沒(méi)有梯度信息，且不需要很多參數(shù)需要調(diào)整。PSO是非線性組合優(yōu)化問(wèn)題、連續(xù)優(yōu)化問(wèn)題和混合整數(shù)非線性優(yōu)化問(wèn)題的有效優(yōu)化工具。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于函數(shù)優(yōu)化、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練、模糊系統(tǒng)控制以及其他遺傳算法的應(yīng)用領(lǐng)域。PSO最初應(yīng)用到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練上，在隨后的應(yīng)用中，PSO又可以用來(lái)確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。

三、內(nèi)蒙古西部電網(wǎng)預(yù)想U(xiǎn)PFC布點(diǎn)

隨著世界經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，電力與人類(lèi)發(fā)展的關(guān)系越來(lái)越密切，成為社會(huì)發(fā)展的動(dòng)力。而電力系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題一直是電力工作者研究的核心，它關(guān)系到電力系統(tǒng)能否安全、可靠地供電，是限制電力系統(tǒng)輸電能力的重要因素。

近二十年來(lái)，電力系統(tǒng)進(jìn)入大機(jī)組、高電壓、大電網(wǎng)時(shí)代，并且隨著全球經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)的大規(guī)模互聯(lián)成為全世界電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。我國(guó)為了實(shí)現(xiàn)能源資源優(yōu)化配置，也正在六大區(qū)域電網(wǎng)的基礎(chǔ)上展開(kāi)全國(guó)聯(lián)網(wǎng)工作。預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)電網(wǎng)將會(huì)發(fā)展成為超過(guò)9億千瓦裝機(jī)容量、約二十余條高壓直流線路，西電東送容量超過(guò)1億千瓦的超大規(guī)模互聯(lián)電網(wǎng)。

在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展和電力供應(yīng)短缺、供電形勢(shì)日益嚴(yán)峻的情況下，跨區(qū)域互聯(lián)的電力網(wǎng)絡(luò)一方面實(shí)現(xiàn)了較大范圍內(nèi)的資源優(yōu)化，促進(jìn)了電力市場(chǎng)的發(fā)展，但另一方面，交直流混合輸電、特高壓輸電、靈活交流輸電系統(tǒng)、直流背靠背聯(lián)網(wǎng)和超臨界大機(jī)組等新技術(shù)的應(yīng)用使其動(dòng)態(tài)行為更加復(fù)雜，且經(jīng)常運(yùn)行在穩(wěn)定極限邊緣，安全穩(wěn)定裕度逐漸減小，事故后的嚴(yán)重程度明顯增加，甚至導(dǎo)致局部故障迅速傳播到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。我國(guó)也發(fā)生過(guò)停電事故，如海南“9.26”大停電，河南“7.01”大停電等等。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和規(guī)劃電網(wǎng)的研究，我國(guó)互聯(lián)電網(wǎng)也面臨一些特殊的穩(wěn)定問(wèn)題：

（1）全國(guó)廣大地區(qū)形成三級(jí)大電網(wǎng)共用500kV網(wǎng)架(除西北)，這種平面型電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱，電網(wǎng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題突出，動(dòng)態(tài)特性復(fù)雜。交流同步電網(wǎng)大多是遠(yuǎn)距離、弱聯(lián)系，在大擾動(dòng)下易造成互聯(lián)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定，功率振蕩特征更加復(fù)雜。

（2）電網(wǎng)互聯(lián)使得局部輸電斷面輸送能力發(fā)生變化。

（3）隨著三峽等直流輸電工程的投入，廣東電網(wǎng)和華東電網(wǎng)形成直流多落點(diǎn)局面。當(dāng)多回直流輸電集中落于同一密集受端系統(tǒng)時(shí)，多次換相失敗的可能性增加，易造成連鎖反應(yīng)而引發(fā)嚴(yán)重的受端系統(tǒng)安全穩(wěn)定問(wèn)題。

（4）我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高引起了持續(xù)用電緊張，加重了系統(tǒng)安全穩(wěn)定的嚴(yán)峻形勢(shì)。

從上面所述，可以看出我國(guó)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定情況不容樂(lè)觀，特別是在嚴(yán)重的故障情況下缺乏足夠的控制措施。大面積停電或局部電網(wǎng)瓦解事故仍偶有發(fā)生。

在供電工業(yè)中，完善電力網(wǎng)的電力傳輸能力是一項(xiàng)倍受關(guān)注的問(wèn)題。由于功率控制能力的不變性，可能會(huì)引起在重要線路中功率通量的聚積。提升現(xiàn)有傳輸線或增強(qiáng)它們的功率控制能力是完成其極限負(fù)荷設(shè)計(jì)和珍貴通行權(quán)的常用實(shí)踐手段。靈活交流輸電系統(tǒng)是建立在基礎(chǔ)概念上的一種有前途的方法，用來(lái)避免有效功率通量頂端（bottlenecks）受阻，同時(shí)擴(kuò)大現(xiàn)有電網(wǎng)的負(fù)荷能力。自從UPFC能夠同時(shí)或者有選擇性的控制沿著線路的有功功率和無(wú)功功率，并且能夠控制電路接頭的電壓后（terminal voltage），UPFC就成為FACTS家族中對(duì)于潮流控制的一項(xiàng)有希望、有前途的設(shè)備。

內(nèi)蒙古西部電網(wǎng)（網(wǎng)絡(luò)接線圖附后）目前的運(yùn)行狀況非常復(fù)雜，除了擔(dān)負(fù)著重工業(yè)、輕工業(yè)和居民生活用電，還要向北京輸送大約40%的電力，這部分電力主要由達(dá)旗電廠、豐鎮(zhèn)電廠和豐泰電廠三個(gè)電源點(diǎn)供應(yīng)。此外，大量風(fēng)電上網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此，如果在系統(tǒng)內(nèi)加入U(xiǎn)PFC，除了可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的潮流，還可以改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性

內(nèi)蒙古西部電網(wǎng)可以模擬成24個(gè)電源點(diǎn)，65條母線的電力系統(tǒng)模型（即24機(jī)65節(jié)點(diǎn)模型）。如果在電網(wǎng)中加入5臺(tái)100MVA容量的UPFC，就可以有效的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的潮流，并且可以穩(wěn)定安裝側(cè)的電壓。具體安裝位置為：土右變至呼和浩特東郊變（土右變側(cè)）、昭廟變至沙河變（昭廟變側(cè)）、臨河變至棋盤(pán)井變（臨河變側(cè)），薛家灣變至苗衫營(yíng)變（薛家灣變側(cè)），昆河變至麻池變（昆河側(cè)）。

四、總結(jié)

柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）是電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的一個(gè)重要方面，而統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）則是柔性交流輸電系統(tǒng)中最復(fù)雜也是最有吸引力的一種補(bǔ)償器，它既可以作為并聯(lián)補(bǔ)償、串聯(lián)補(bǔ)償或移相器使用，也可將三種功能結(jié)合起來(lái)，具有良好的潮流控制功能，因而受到了各界的高度重視。如何在潮流計(jì)算中計(jì)入U(xiǎn)PFC的影響是目前必須要解決的問(wèn)題。采用交替求解法計(jì)算計(jì)及UPFC的系統(tǒng)潮流，可以最大限度地與常規(guī)狀態(tài)估計(jì)算法相結(jié)合，并使對(duì)UPFC控制變量的求解獨(dú)立成塊；主迭代過(guò)程完全保留了傳統(tǒng)潮流計(jì)算的迭代形式和雅可比矩陣的特點(diǎn)，不需要修改節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，易于與原有的潮流算法相結(jié)合。其缺點(diǎn)是UPFC的控制變量值只在子迭代中被修正，在主迭代中控制變量值保持子迭代中修正后的給定值不變，兩次迭代過(guò)程使得收斂性變差。在實(shí)際項(xiàng)目執(zhí)行階段，UPFC的安裝地點(diǎn)問(wèn)題顯得尤為重要。針對(duì)內(nèi)蒙古西部電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行特點(diǎn)，給出了內(nèi)蒙古西部電網(wǎng)預(yù)想的UPFC優(yōu)化布點(diǎn)位置。

[作者簡(jiǎn)介]馬明，男，內(nèi)蒙古包頭市人，畢業(yè)于天津大學(xué)，電氣工程領(lǐng)域工程碩士，工程師，現(xiàn)從事繼電保護(hù)工作。