基于風(fēng)險的電網(wǎng)運行方式校正控制模型研究

摘要：隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的擴展與新能源技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)的復(fù)雜性與隨機性也不斷加劇，導(dǎo)致電網(wǎng)的運行與控制也面臨著新的潛在風(fēng)險。對電網(wǎng)運行與控制過程中存在的潛在風(fēng)險進行準確的判斷能夠為電網(wǎng)決策提供依據(jù)。基于風(fēng)險的安全評估能夠?qū)﹄娋W(wǎng)中事故出現(xiàn)的可能性與嚴重性進行綜合的評估，從而對電網(wǎng)所處的安全狀態(tài)進行更好的定義。文章首先對風(fēng)險指標進行了定義，在此基礎(chǔ)上提出了電網(wǎng)運行方式校正控制模型。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)運行方式；風(fēng)險評估；校正控制模式；電力系統(tǒng)；風(fēng)險指標 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM732 文章編號：1009-2374（2015）05-0025-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0345

電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大與新能源技術(shù)的發(fā)展使電網(wǎng)更加復(fù)雜，安全運行過程中存在的潛在風(fēng)險也不斷增加。電力系統(tǒng)在人們的生產(chǎn)生活中發(fā)揮著非常重要的作用，必須確保電網(wǎng)的運行安全，避免出現(xiàn)大面積的停電事故。在確保電力系統(tǒng)安全運行的過程中，對電網(wǎng)的潛在風(fēng)險進行正確的評估是非常重要的環(huán)節(jié)。安全評估包括確定性評估與不確定性評估兩種方法，風(fēng)險評估屬于不確定性評估，主要評估的內(nèi)容為事故的可能性與嚴

重性。

1 定義風(fēng)險指標模型

1.1 電壓偏差風(fēng)險

電壓是電能質(zhì)量的評價指標之一，當(dāng)前電力系統(tǒng)由于市場推進與容量提高而處于重載運行的狀態(tài)中，系統(tǒng)的電壓要低于正常電壓水平，如果這種電壓偏差的情況超過了允許的范圍，將會導(dǎo)致電壓越限情況的出現(xiàn)。如果出現(xiàn)電壓越限情況將會導(dǎo)致電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障。為了確保電力系統(tǒng)的安全運行，要實時監(jiān)視與調(diào)節(jié)系統(tǒng)母線節(jié)點的電壓。本文研究的重點主要為系統(tǒng)母線節(jié)點的低壓風(fēng)險。

1.2 失負荷風(fēng)險

如果電力系統(tǒng)出現(xiàn)越限情況時，可以通過校正措施使其恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，主要的方法為對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行調(diào)整。如果在對電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行調(diào)整之后依舊不能夠消除越限情況，則需要通過負荷削減方式進行校正。但是負荷削減方式將會帶來停電的結(jié)果，造成一定的經(jīng)濟損失，因此要盡量避免使用該方式。負荷損失主要包括兩個方面：一方面是故障區(qū)域之內(nèi)的固定損失部分，主要是由于故障隔離而產(chǎn)生的；另一方面是非故障區(qū)域可轉(zhuǎn)移損失部分，主要是由于電網(wǎng)輻射性結(jié)構(gòu)造成的。

1.3 控制成本風(fēng)險

電網(wǎng)安全面臨著新的挑戰(zhàn)，只有在確保電網(wǎng)安全運行的前提下才能夠?qū)崿F(xiàn)市場成員經(jīng)濟利益最大化。因此，在對電網(wǎng)系統(tǒng)安全問題進行決策的過程中需要考慮經(jīng)濟性因素，通過最少的控制成本實現(xiàn)系統(tǒng)恢復(fù)到安全狀態(tài)。

2 基于風(fēng)險的電網(wǎng)運行方式校正控制模型

電力系統(tǒng)的安全運行有著重要的經(jīng)濟意義與社會意義，電力系統(tǒng)安全校正控制研究非常必要。電力系統(tǒng)具有復(fù)雜性、隨機性等運行特點，一旦出現(xiàn)故障將會使電力系統(tǒng)陷入到不安全狀態(tài)中。在對風(fēng)險進行控制的過程中，只能夠盡量實現(xiàn)風(fēng)險處于接受范圍之內(nèi)，而不能夠?qū)崿F(xiàn)零風(fēng)險。基于風(fēng)險的電網(wǎng)運行方式校正控制模型的構(gòu)建主要是希望能夠在滿足運行約束的條件之下，通過特定的運行方式實現(xiàn)系統(tǒng)風(fēng)險最小化。

2.1 基于風(fēng)險的電網(wǎng)運行方式校正控制數(shù)學(xué)模型

基于風(fēng)險的電網(wǎng)運行方式校正控制模型主要是對系統(tǒng)中可以調(diào)節(jié)的變量進行校正與控制，從而實現(xiàn)系統(tǒng)總風(fēng)險的最小化。本文主要探討的校正措施包括發(fā)電機出力調(diào)整、負荷削減。基于風(fēng)險的電網(wǎng)運行方式校正控制的數(shù)學(xué)模型為：

Minf=f（a，b，c）

St h（a，b，c）=0

≤g（a，b，c）≤

其中f代表目標函數(shù)；a表示狀態(tài)變量；b表示控制變量；c表示參數(shù)變量；h表示等式約束；g表示不等式約束。

2.1.1 目標函數(shù)。電力系統(tǒng)的目標函數(shù)包括多種形式，本文主要選擇的目標函數(shù)為風(fēng)險指標：Minf=Risk。不同的風(fēng)險類型有著不同的目標函數(shù)形式，例如低電壓風(fēng)險最小的目標函數(shù)：minf=RV。

2.1.2 等價約束。等價約束主要指的是電力系統(tǒng)中的功率平衡方程，在對等價約束進行計算的過程中要對電網(wǎng)系統(tǒng)正常的運行狀態(tài)進行考慮，也要對所有能夠預(yù)想到的事故狀態(tài)進行考慮，將所有的等式約束方程進行聯(lián)立之后就能夠進行求解。

2.1.3 不等式約束。不等式約束指的是電網(wǎng)系統(tǒng)運行中所面臨的各種運行約束，主要包括發(fā)電機出力的上限約束與下限約束；電壓幅值的上限約束與下限約束、線路有功潮流約束、預(yù)想事故負荷調(diào)整約束、發(fā)電機有功出力調(diào)整爬坡約束。與等式約束相同，將所有的不等式約束進行聯(lián)立之后也能夠進行求解。

2.2 模型求解的方法

基于風(fēng)險的電網(wǎng)運行方式校正控制屬于較為典型的非線性規(guī)劃問題，在求解的過程中包括多種求解方法，基本上可以劃分為經(jīng)典類與智能算法兩種類型。其中應(yīng)用較為廣泛的就是內(nèi)點法，通過在應(yīng)用過程中不斷的發(fā)展與完善，極大地提高了魯棒性與收斂性，在電力系統(tǒng)優(yōu)化問題求解中有著非常廣泛的應(yīng)用。內(nèi)點法主要包括三種：第一，投影尺度法，需要將問題轉(zhuǎn)化為線性規(guī)劃問題，難度較大、實用性較低；第二，仿射變換法，在對初值選擇的過程中非常復(fù)雜，而且收斂性較差，在很多問題中都存在局限性；第三，路徑跟蹤法，利用拉格朗日函數(shù)法與對數(shù)障礙函數(shù)法實現(xiàn)等式約束與不等式約束的無約束轉(zhuǎn)化，再利用牛頓法進行求解，初值選擇簡單、收斂性好，應(yīng)用較為廣泛。因此，通過內(nèi)點法對基于風(fēng)險的電網(wǎng)運行方式校正控制模型進行求解。

2.3 綜合風(fēng)險控制模型

校正控制的不同控制量之間可能存在沖突的情況，因此需要對各個優(yōu)化目標進行協(xié)調(diào)，確保電力系統(tǒng)能夠處于安全狀態(tài)中。綜合風(fēng)險控制模型主要是對風(fēng)險的級別進行考慮，針對風(fēng)險級別進行解決。綜合風(fēng)險控制模型為：

Minf=Rs

St h（a，b，c）=0

≤g（a，b，c）≤

3 結(jié)語

當(dāng)前，電力系統(tǒng)安全問題已經(jīng)成為了影響電力系統(tǒng)安全運行的最主要的因素。越來越多的大面積停電事故表明必須對電力系統(tǒng)的安全運行進行關(guān)注。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)安全評估方式已經(jīng)不能夠滿足越來越復(fù)雜與隨機的電力系統(tǒng)安全評估需求，需要建立基于風(fēng)險的電網(wǎng)運行方式校正控制模型，對電力系統(tǒng)運行過程中所有的不確定因素都進行安全評估，確保電力系統(tǒng)能夠處于安全狀態(tài)中。

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作者簡介：劉漢國（1981-），男，廣東高州人，廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局工程師，研究方向：變電運行。

（責(zé)任編輯：周 瓊）