交直流混聯電力系統潮流計算與機組組合

王兵++董德慧

摘 要：在多個直流輸電工程投入運行的背景下，大規模交直流混聯電力系統成為了我國電力系統的重要發展趨勢，這就給電力系統的運行和管理提出了更高的要求。基于以上，該文簡要研究了交直流混聯電力系統的潮流計算問題，并提出了一種機組組合的改進算法，旨在為相關研究和實踐提供參考。

關鍵詞：交直流混聯 電力系統 潮流計算 機組組合

中圖分類號：TM744 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）09（a）-0026-02

“西電東送”“北電南送”是我國未來電力格局的重要發展趨勢，隨著多個直流輸電工程的投入運行，大規模交直流混聯電力網絡逐步形成，這給電力系統的運行和管理提出了更高的要求。科學、可靠的潮流算法是進行交直流混聯系統運行分析的重要基礎，且隨著精益化調度管理方式的不斷推行，如何解決機組組合問題也逐漸受到關注，對于交直流混聯電力系統來說，考慮安全約束的機組組合能夠保證電網運行的安全性和可靠性。基于以上，該文簡要研究了交直流混聯電力系統潮流計算及機組組合的相關問題。

1 交直流混聯電力系統潮流計算

對于交直流混聯電力系統來說，其潮流計算模型將直流系統狀態變量和控制變量引入到了交流系統非線性方程中，增加了繆奧數直流系統方程，因此，傳統的交流系統潮流計算方法已經難以適用，需要進行改進和補充，滿足交直流混聯電力系統潮流計算要求。一般來說，交直流混聯電力系統潮流計算方法主要有如下兩種。

1.1 統一迭代法

統一迭代法是以極坐標下牛頓法為基礎發展而來的一種潮流計算方法，在進行迭代求解的過程中，這種算法將交流節點狀態變量及直流系統變量進行了統一。利用統一迭代法技能型交直流混聯電力系統潮流計算有著收斂性良好的優點，其適應性較為廣泛，對于不同控制方式、網絡結構的算例來說都能夠進行迭代計算，求取收斂解[1]。但需要注意的是，應用統一迭代算法進行交直流混聯電力系統潮流計算的過程中，加入了Jacobian矩陣階數，在每一次進行迭代之后，都需要對Jacobian矩陣進行重新計算，這就大大增加了潮流計算的計算量。針對這個問題，可以對統一迭代法進行一定的改進，減少計算量。下面來例舉兩種改進方法：

對傳統牛頓法改進，對數學模型進行簡化，在交直流混聯電力系統潮流計算過程中，只需要對Jacobian矩陣進行一次計算即可，這就大大降低了計算量，以網絡大小和收斂準確度要求為依據，綜合應用三階收斂牛頓法、六階收斂牛頓法以及簡化牛頓法，這對于提升潮流計算中的求解速度有著積極的意義。

以積極控制方式的直流系統穩態模型為基礎，在進行交直流混聯電力系統潮流計算的過程中，Jacobian矩陣不會因控制方式的改變而改變，但需要注意的是，在將冗余方程組引入到潮流方程組的過程中，容易導致Jacobian矩陣出現冗余系數，如果處理不當，這降低求解的收斂性，同時如果直流系統中有著多條直流線路，會導致Jacobian矩陣階數升高，不利于求解速度的提升[2]。

1.2 交替迭代法

從本質上來講，交替迭代法是一種統一迭代法的簡化版本，在進行迭代計算的過程中，分別求解交流系統方程和直流系統方程。在進行交流系統方程求解的時候，將直流系統看做是交流節點上的負荷，此負荷不僅包括有功功率負荷，還包括無功功率負荷，而在進行直流系統方程求解的過程中，將交流系統模擬為恒壓源，此恒壓源位于換流器交流母線之上。

相較于統一迭代法來說，交替迭代法有著計算速度快的優點，采用不同的計算方法來求解直流部分和交流部分，但需要注意的是，這種方法應用的過程中，對交直流系統初值給定有著較高的要求，這就不可避免的導致求解結果收斂性較差，甚至導致交直流混聯電力系統潮流求解的不收斂和振蕩。為了解決這個問題，也可以對其進行一定的改進，下面列舉兩種改進方式。

結合快速解耦法。即將交替迭代法與快速解耦法相結合，對交直流系統之間的耦合關系進行研究，通過研究計算，得出交流系統潮流計算方程受到直流系統控制變量的具體影響，并研究交直流混聯電力系統潮流計算求解收斂性受到控制方式的具體影響，這種方式對于改善交直流混聯電力系統潮流計算的收斂性有著重要的作用，同時能夠有效提升潮流計算效率[3]。

直流系統系數矩陣不可逆的改善。在某些控制方式下，利用交替迭代法進行潮流計算會出現直流系統系數矩陣不可逆的問題，對此問題進行改善則能夠提升交直流混聯電力系統潮流計算的收斂性。此外，可以可以從潮流在線計算魯棒性和快速性的角度入手，利用牛頓法來進行直流系統求解，避免因交流母線電壓波動導致交直流混聯電力系統潮流計算中直流系統求解不收斂的情況，這也能夠改善潮流計算的收斂性。

2 交直流混聯電力系統的機組組合

對于電力系統來說，發電機組的優化組合指的是在24h之內以負荷預報為基礎，保證負荷需求和機組安全等條件下，對各個時段運行的機組進行選定，對機組的啟停時間進行確定，保證24 h之內總耗量的最低，電力系統機組的優化組合對于提升電力系統運行的經濟性有著重要的意義，科學合理的機組組合能夠有效節約燃料費用，并提升機組的壽命[4]。傳統的機組組合算法有著計算精度不高、只能獲得局部最優解的缺點，不適用于交直流混聯電力系統的機組組合優化計算。

對于交直流混聯電力系統來說，在研究機組組合的過程中，應當考慮積極交直流輸電網絡安全約束的機組組合，這屬于一種大規模非線性混合整數的規劃問題。結合交直流混聯電力系統的特點，可以以Benders分解法為依據，將機組組合問題分解為兩個問題，其一主層問題，指的是是機組組合的主層問題，其二子層問題，是網絡安全約束校驗的子層問題，可以交替迭代計算主層問題和子層問題，從而獲得交直流混聯電力系統機組組合的最優解[5]。而在面對符合不確定情況的時候，則采用分層抽樣的方法，通過分層抽樣獲取多個場景，并采用情境修正策略，以確定模型為基礎，增加一組子層問題，以此來對情景的可行性進行校驗，并調整確定性模型的最優解，這對于提升交直流混聯電力系統機組組合結果的魯棒性有著重要的意義。

此外，如果負荷的不確定性可能會影響潮流方程不平衡量的情況下，則可以將其作為懲罰項，并計入到目標函數中，以此為基礎來重新針對直流SCUC問題進行建模，之后應用BENDERS分解法的思想，按照上述分析的過程對機組組合問題進行分解，求出最優解[6]。

3 結語

綜上所述，該文簡要分析了交直流混聯電力系統潮流計算的兩種方法，分別是統一迭代法和交替迭代法，并在兩種計算方法的基礎上提出了改進策略，之后探討了交直流混聯電力系統機組組合的優化計算方法，旨在為相關研究和實踐提供參考。

參考文獻

[1] 薛振宇，房大中.基于雙向迭代的交直流互聯電力系統潮流計算[J].電力系統自動化，2013（5）：61-67.

[2] 屠競哲，甘德強，辛煥海，等.考慮連鎖故障風險的交直流混聯系統容量最優分配[J].電網技術，2013（9）：2492-2499.

[3] 趙建偉，章淵，嚴正，等.改進的Manchester連鎖故障模型在交直流混聯電力系統中的應用[J].水電能源科學，2013（10）：168-171，246.

[4] 高凱，劉博文，何曉洋，等.交直流電力系統潮流計算綜述[J].電氣應用，2015（17）：122-127.

[5] 唐曉駿，程振龍，張鑫，等.交直流混聯系統電壓穩定在線評估體系[J].電網技術，2014（5）：1175-1180.

[6] 孫東磊，韓學山，楊金洪.計及電壓調節效應的電力系統機組組合[J].電工技術學報，2016（5）：107-117.