模型拼接在廣西電網中的應用

凡華

(廣西電網公司電力調度控制中心，廣西 南寧 530023)

1 引言

由于電網按照“統一調度，分級管理”的原則運行，傳統EMS中電網建模，通常僅將本級調度調管范圍內的電網進行完整建模，而外部電網，往往被簡單地等值為經典發電機模型并掛在與外網間的聯絡線上，其注入功率通過狀態估計獲得。該方法在本電網內部進行開斷操作潮流計算時可能沒有問題，但在離邊界較近的地方進行開斷計算時，誤差會很大，特別是對邊界聯絡線的開斷計算誤差更大。該問題如不能解決將直接影響電力系統應用軟件(PAS)的實用化。

為了保證EMS計算結果正確，國內外對外網建模方式做了大量的研究。文獻［1－2］將外部所有電網簡化為一個規模較小的等值網絡，一般采用Ward等值和REI等值，但該方法的等值精度不高;文獻［3］保留少量外網廠站的詳細模型作為緩沖網，該方法等值效果較好，但建模過程復雜;文獻［4－5］保留詳細外網模型方法，該方法進度高，但獲取外網實時數據困難，且模型的計算負擔較重;文獻［6－9］介紹了模型拼接在國內的應用。廣西電網位于南方電網“西電東送”主通道，高低壓電磁環網及穿越功率問題突出，內部電網潮流受外部電網的影響較大。在廣西電網外部電網等值過程中采用了對外網詳細模型進行簡化的處理方法，即對南網總調下發的全網架模型進行解析，只保留500kV主網架模型，然后將南方電網500kV主網架模型與廣西電網詳細模型進行拼接。本文介紹了廣西電網與南方電網500kV主網架模型的拼接方案和邊界潮流匹配方案，通過在廣西中調的實際應用表明該方法是可行的。

2 廣西電網模型拼接方案

總調將南網全網架模型定時下發至廣西中調，不定時將更新文件存放在中間地址，中調通過FTP調用。通過對南網總調下發的全網架模型進行解析，只保留500kV主網架模型，最后將經潮流調整后的南網500kV交流主網架模型與廣西電網詳細模型拼接起來，形成完整的模型。步驟如下:①獲取南網在線模型，通過解析只保留南網500kV主網架模型，然后剔除除邊界節點以外廣西電網部分;②從中調EMS系統獲取廣西電網詳細模型;③調節外網相關發電機和負荷注入，使得外網邊界節點電壓和邊界聯絡線注入功率匹配;④將模型進行拼接合并，從而獲得完整電網模型。流程如圖1所示。

圖1 模型拼接總體流程

3 南方電網主網架模型的獲取

從模型范圍選擇角度，雖然從理論上講，模型越全計算精度越高，但是本應用場景關注的是內網潮流計算。實際應用中，詳細的外網可能存在誤差，而且誤差極有可能會傳遞至內網。廣西電網省際間的聯絡主要是依靠500kV的聯絡線，因此采用500kV網架的核心模型能完全滿足內網計算的精度要求。

由于南網500kV主網架模型較之全模型規模小得多，因此總調需要傳輸的數據量將會大大減少。從量測數據傳輸的角度，采用TASE2轉發方式。TASE2轉發可以實現秒級的數據刷新，而E格式文件傳輸只能實現分鐘級的數據刷新，分鐘級的數據刷新可能無法保證及時跟蹤電網狀態的變化，導致邊界潮流匹配難度加大。同時為保證總調與廣西中調模型能夠正常拼接，雙方聯絡線命名需規范一致或建立聯絡線名稱對照表。模型拼接示意圖如圖2所示。

中調EMS系統提供內網的CIM模型以及狀態估計結果文件，其中CIM模型文件包括廣西電網的拓撲結構信息，狀態估計結果反應了廣西電網的實時信息。對CIM模型與狀態估計結果文件分別進行解析、轉換，依據元件和廠站命名規則的一致性，可將兩者合并得到與南網500kV網架模型拼接后的廣西電網模型。

圖2 模型拼接示意圖

4 邊界潮流匹配方法

為了保證電網模型的準確性，需要將南網模型與廣西電網實時模型進行拼接。在模型拼接過程中，邊界潮流可能會出現不平衡的現象，須加以修正。本文將廣西電網作為內網，假設內網邊界上電量為準確值，即P、Q、V、θ為給定值;云南、貴州、廣東電網作為外網，調整外網注入量，使外網邊界節點的電量與內網一致，從而實現內網和外網的模型拼接。

內外網邊界節點如圖3所示。假設外網邊界節點為 i、j、k，其電壓為 Ui∠θi、Ui∠θi、Uk∠θk，功率為 Pi+jQi、PI+jQi、Pk+jQk;內網邊界節點為 l、m、n，其電壓為 Ul∠θl、Um∠θm、Un∠θn，功率為 Pl+jQl、Pm+jQm、Pn+jQn，且令內網電壓、功率為準確值。通過反復調節外網中相關節點的電壓和有功逐漸小減內外網間電氣量偏差，直至外網邊界量與內網邊界量相等。本文中邊界節點為河池站、百色站、平果站、崇左站、桂林站、梧州站、賀州站、玉林站等8個500kV變電站，如圖2所示。

圖3 邊界潮流示意圖

4.1 有功注入偏差的調整

外網中可進行有功注入調節的節點主要是發電機節點和負荷節點。假設邊界節點有S個，外網有功可調節點有M個，邊界聯絡線上有功注入與內網實際值之間的偏差量為ΔPs，ΔPs是一個S×1的列向量，外網可調量為ΔPm，ΔPm是一個M×1的列向量。通過調節ΔPm可使得ΔPs=0。兩者之間的靈敏度關系為ΔPs=－BSMΔPM，式中BSM為S×M 維的矩陣，其第j列元素表示可調節節點中第j個節點有功注入改變1個單位值時，各邊界節點有功注入量變化的大小，負號表示可調節節點的有功注入增加使各個邊界節點有功注入減少，反之同理。

BSM求解過程如下:先求得快速分解潮流計算法中的B'，B'為忽略所有接地支路而建立的節點導納矩陣;再利用節點消去法，計算可調節節點j(j=1，2，…，M)與邊界聯絡點 i(i=1，2，3，…，S)之間的轉移導納B'ij，即僅保留外網中某一可調節節點j和所有S個邊界聯絡節點，對B'進行Guass消去。由于S個邊界聯絡節點的相角固定不變，因此當節點j的有功注入增量ΔPMi使其對應的相角增加Δθi，各邊界聯絡節點的有功注入將增加 ΔPSi=B'ijΔθi(B'ij為負)。由于系統要滿足功率平衡，故各節點的有功注入變化量之和為0，即，因而ΔPSi=B'ijΔθj=，因此，BSM的第j列元素可表示為用此方法可計算出BSM的所有元素，最終求解為

4.2 邊界電壓偏差的調節

對于PQ節點及PV節點，極坐標有功潮流方程可描述為

式中:PS，i為節點給定的注入有功;Gij為電導;Bij為電納。j∈i表示∑后的標號為j的節點必須直接和節點i相連，并包括j=i的情況。

電氣距離D的計算公式如下:

D越小，兩個節點間的聯系也越緊密;反之兩個節點聯系就越松散。兩節點間的D較小，則他們之間存在較大的電氣聯系，對潮流的分布狀態影響較大，即他們之間的靈敏度較大。本文采用基于電氣距離的發電機、負荷分組調整辦法，共同作用調整邊界聯絡節點電壓。對含有S個邊界節點的外網，依據可調節節點距離某一邊界節點電氣距離最小，把可調節節點分為S組，每一個邊界節點的電壓偏差ΔUi(i=1，2，…，S)由一組與之相對應的可調節節點(包括發電機和負荷)Mi(i=1，2，…，S)進行調整。利用潮流計算程序計算外網潮流，得出偏差量，按照上述方法直到邊界節點電壓誤差滿足誤差要求，邊界節點電壓調整流程如圖4所示。

圖4 邊界節點電壓調整流程

5 廣西電網應用實例

如圖2所示，廣西電網與外網邊界節點為河池站、百色站、平果站、崇左站、桂林站、梧州站、賀州站、玉林站等8個500kV變電站。通過調整外網注入量，使外網邊界節點的電氣量與廣西電網一致，從而實現廣西電網詳細模型與南網500kV主網架模型的拼接。

通過對:①廣西電網內部設備進行開斷潮流計算;②距廣西電網邊界較近的地方進行開斷潮流計算;③對邊界聯絡線進行開斷潮流計算，三種情況下的廣西電網獨立模型及拼接后模型的調度員潮流計算結果與設備檢修時SCADA系統中實際值對比，表明了該方法的正確性。

表1 不同模型潮流計算對比

6 結語

本文采用功率靈敏度矩陣調整邊界聯絡線注入功率，利用基于電氣距離的負荷、發電機分組方法調整邊界節點電壓，實現了廣西電網詳細模型與南方電網500kV主網架模型的成功拼接。通過在廣西電網的實際應用驗證了邊界節點潮流調整方法以及模型拼接方案的是可行的，且在工程實際中運行良好。

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