智能電網(wǎng)規(guī)劃與運(yùn)行控制的柔性評(píng)價(jià)及方法

陳敏娜

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司汕頭供電局，廣東 汕頭 515041）

0 引 言

智能電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行控制是電力系統(tǒng)運(yùn)行中較為關(guān)鍵的內(nèi)容，如果缺乏對(duì)電力系統(tǒng)的控制，會(huì)影響其系統(tǒng)的能力發(fā)揮。在運(yùn)行控制和規(guī)劃中，要科學(xué)、合理地運(yùn)用相關(guān)技術(shù)具有重要的價(jià)值和意義，可以保障智能電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)為各項(xiàng)工作的開展奠定基礎(chǔ)。

1 智能電網(wǎng)柔性評(píng)價(jià)的價(jià)值和意義

智能電網(wǎng)柔性是在特定參數(shù)下有抵抗外部和內(nèi)部干擾參數(shù)的能力。在此種狀況下，智能電網(wǎng)可以穩(wěn)定運(yùn)行。在配電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，要對(duì)智能電網(wǎng)加強(qiáng)柔性評(píng)價(jià)分析，進(jìn)而為智能電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行奠定基礎(chǔ)[1]。在智能電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行中，較關(guān)鍵的流程是發(fā)電、供電和輸電等環(huán)節(jié)。加強(qiáng)對(duì)各環(huán)境的規(guī)劃分析和合理控制，可以保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，在智能運(yùn)動(dòng)控制和電網(wǎng)規(guī)劃中，以系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的發(fā)展對(duì)其進(jìn)行分析，將原有的固定參數(shù)變?yōu)榭煽氐膮?shù)信息，進(jìn)而為各項(xiàng)工作開展提供參考，保證工作的穩(wěn)定開展。

在智能電網(wǎng)發(fā)展下，柔性化管理十分必要，且在現(xiàn)代電網(wǎng)中意義和價(jià)值重大。規(guī)劃主要對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電源容量、電源所安裝位置進(jìn)行科學(xué)、合理設(shè)計(jì)，從而提升現(xiàn)有系統(tǒng)的拓展性和經(jīng)濟(jì)效益。在發(fā)電環(huán)境中進(jìn)行柔性評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)，可以適當(dāng)增加清潔和資源的應(yīng)用規(guī)模，有效降低各種一次性、不可再生能源的消耗，具有提升資源利用效率的優(yōu)勢(shì)。輸電環(huán)節(jié)中，可以通過優(yōu)化其運(yùn)行方式，有效減少電能在運(yùn)輸中的耗損，優(yōu)先選擇輸電途徑，以此提升傳輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性，降低成本，使系統(tǒng)在更加安全的環(huán)境下工作。在供電方面，可對(duì)需求側(cè)開展管理，使系統(tǒng)整合低碳經(jīng)濟(jì)、新能源利用、開發(fā)等，提升電力系統(tǒng)的效率和質(zhì)量，進(jìn)而提升服務(wù)質(zhì)量。

當(dāng)前的電網(wǎng)規(guī)劃均是以電網(wǎng)符合預(yù)測(cè)結(jié)果開展相應(yīng)的優(yōu)化，具有一定的依賴性，在不同符合預(yù)測(cè)結(jié)果時(shí)存在差異性。然而，任何負(fù)荷預(yù)測(cè)模型和方法都無法精準(zhǔn)預(yù)測(cè)負(fù)荷的變化，導(dǎo)致電網(wǎng)規(guī)劃方案缺乏，降低了負(fù)荷變化的適應(yīng)性。隨著電力系統(tǒng)各種技術(shù)的不斷發(fā)展，一些新型基礎(chǔ)手段也在智能電網(wǎng)中得到有效應(yīng)用，無疑豐富了電網(wǎng)的控制方式，有效拓展了電網(wǎng)的運(yùn)行范圍，提升了電網(wǎng)的靈活性，增加了電網(wǎng)運(yùn)行過程中的不確定性。對(duì)此，加強(qiáng)對(duì)智能電網(wǎng)柔性控制技術(shù)的研究，具有一定的實(shí)踐價(jià)值和意義。

工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中的柔性概念，可以對(duì)可控制性和存在不確定性之間的相互關(guān)系進(jìn)行評(píng)估分析，對(duì)智能電網(wǎng)的柔性評(píng)價(jià)具有一定的參考價(jià)值。實(shí)踐中，可以從電網(wǎng)運(yùn)行的不同角度進(jìn)行分析，進(jìn)而提出智能電網(wǎng)的多維柔性評(píng)價(jià)和分析方式。

柔性化技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，可以在各技術(shù)環(huán)節(jié)運(yùn)用，如電能產(chǎn)生、電能傳送、電力技術(shù)運(yùn)用等都能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化控制，做好電能能量和形態(tài)間的速遞[2]。柔性技術(shù)在電力系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用空間，是智能電網(wǎng)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。因此，研究電力系統(tǒng)的柔性評(píng)價(jià)和分析方式，將其有效與智能電網(wǎng)技術(shù)融合，分析智能電網(wǎng)建筑、規(guī)劃以及運(yùn)用控制中的問題，具有一定的實(shí)踐價(jià)值和意義。

2 智能電網(wǎng)的柔性類型

2.1 屬性柔性

屬性柔性是參數(shù)柔性，包括輸電線路電阻、電抗和對(duì)地電納等。在智能電網(wǎng)中，所有參數(shù)屬性是固有的，但是在載流量、溫度、濕度等元素影響下，參數(shù)值會(huì)發(fā)生變化。運(yùn)用現(xiàn)有技術(shù)可適當(dāng)調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)屬性參數(shù)，進(jìn)而改善系統(tǒng)輸送的能力。因此，可認(rèn)為電力系統(tǒng)的屬性參數(shù)具有一定的柔性，優(yōu)化后可以有效提升系統(tǒng)的運(yùn)行能力。

2.2 約束柔性

技術(shù)參數(shù)是為了讓設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定和安全，并且規(guī)定了相應(yīng)的約束性框架。智能電網(wǎng)中的這一柔性是在特定技術(shù)基礎(chǔ)上，在安全和經(jīng)濟(jì)性的條件下，對(duì)系統(tǒng)約束剛性框架進(jìn)行優(yōu)化，把原有剛性的邊界線變成柔性，然后結(jié)合特有技術(shù)經(jīng)濟(jì)規(guī)定系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以此提升電力系統(tǒng)的效率和運(yùn)行質(zhì)量。

2.3 負(fù)荷柔性

負(fù)荷柔性會(huì)隨著電價(jià)變化而發(fā)生其他變化，包括管理的手段和方式。在這一柔性分析中，要將負(fù)荷作為恒定參數(shù)和可調(diào)節(jié)的參數(shù)信息。柔性化意味著負(fù)荷的柔性，也是負(fù)荷的彈性。

2.4 結(jié)構(gòu)柔性

電網(wǎng)中輸送的選擇方式越多，代表結(jié)構(gòu)具有的柔性越大。這一柔性代表系統(tǒng)的靈活性，對(duì)優(yōu)化總體而言，是整體電力系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的優(yōu)化。在配電網(wǎng)絡(luò)中，結(jié)構(gòu)重新優(yōu)化的問題，是一種優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)柔性的方式。

3 智能電網(wǎng)電力系統(tǒng)中的柔性評(píng)價(jià)和方法

電力系統(tǒng)在運(yùn)行中和柔性評(píng)價(jià)方式有著密切關(guān)系。電力系統(tǒng)的柔性和過程系統(tǒng)柔性較類似，在參數(shù)變化上存在相同點(diǎn)，且在運(yùn)行中存在不確定性特征。而在極端狀況下，參數(shù)數(shù)值會(huì)嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)數(shù)值，從而影響系統(tǒng)的運(yùn)行。智能電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性良好，但是會(huì)受到各種不確定因素的影響，因此需要柔性評(píng)價(jià)對(duì)運(yùn)行控制進(jìn)行優(yōu)化[3]。電力系統(tǒng)中的柔性技術(shù)包括交流輸電系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)等。在智能電網(wǎng)電力系統(tǒng)中，柔性評(píng)價(jià)和方法主要有以下幾種類型。

3.1 柔性交流輸電系統(tǒng)

柔性交流輸電系統(tǒng)稱之為靈活交流輸電系統(tǒng)，可對(duì)電力系統(tǒng)的參數(shù)開展一個(gè)甚至是多個(gè)優(yōu)化，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，將線路輸送能力提升一度，同時(shí)科學(xué)、合理控制系統(tǒng)的潮流分布，更好地增加系統(tǒng)的負(fù)荷度。柔性交流電能通過電氣設(shè)備操作和控制電力系統(tǒng)，增加了系統(tǒng)的柔性效果，主要有靜止無功補(bǔ)償器、靜止同步補(bǔ)償器、晶閘管控制的串聯(lián)電容器以及UPFC等。

3.2 電力系統(tǒng)柔性規(guī)劃分析

在電力工業(yè)改革的深入發(fā)展過程中，電能流通過程中的發(fā)電、輸配電和售電環(huán)節(jié)正在從一體化流程中逐漸剝離。隨著電力改革的推進(jìn)，輸配網(wǎng)在市場(chǎng)中地位極重，輸配電容量有一定的充足性。這一配置是否合理會(huì)直接影響市場(chǎng)參加方的利益，同時(shí)關(guān)系各方參加的公正性，更對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全性等有所影響，因此有效規(guī)劃非常關(guān)鍵和重要。電網(wǎng)規(guī)劃要靈活，也稱之柔性規(guī)劃，即在規(guī)劃時(shí)計(jì)算各種不確定因素作為今后電網(wǎng)運(yùn)行的影響因素，以最大優(yōu)勢(shì)分析未來環(huán)境變化，通過最佳的柔性規(guī)劃方案適應(yīng)今后的變化，提升規(guī)劃方案的科學(xué)性和合理性。

電網(wǎng)發(fā)展中存在各種不確定因素，電力市場(chǎng)要明確電網(wǎng)規(guī)劃的不確定因素，分析和討論規(guī)劃產(chǎn)生的影響，確定的規(guī)劃方案要具有前瞻性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)性。為了解決存在的問題，當(dāng)前需要建模和模型求解。通過建模運(yùn)用各種規(guī)劃方式，如盲數(shù)、灰色、隨機(jī)等，也包括集對(duì)分析規(guī)劃、離析樹模型規(guī)劃等進(jìn)行處理；模型求解算法是通過數(shù)學(xué)優(yōu)化、一般啟發(fā)式以及現(xiàn)代啟發(fā)式進(jìn)行計(jì)算分析。

隨著新負(fù)荷和能源的運(yùn)用，電網(wǎng)規(guī)劃的不確定因素種類一直在增加，電網(wǎng)靈活的規(guī)劃也隨之逐漸深入，獲得了顯著效果。受電力市場(chǎng)各種不確定因素的影響，特點(diǎn)是多元且復(fù)雜的，因此對(duì)問題描述不夠準(zhǔn)確。優(yōu)化求解方法存在一定的局限，是今后發(fā)展的重點(diǎn)[4]。

3.3 其他柔性技術(shù)

DFACTS技術(shù)、柔性化供電技術(shù)（FEED）以及柔性SCADA技術(shù)，均為有效方法，其中有兩種配電系統(tǒng)可進(jìn)行拓展，即DFACTS和FACTS技術(shù)。這類技術(shù)的核心元件是絕緣柵雙極性晶體管（IGBT），相對(duì)于CTO有較快的開關(guān)頻率和良好的響應(yīng)特性。現(xiàn)階段，主流的DFACTS裝置主要有APF、DVR、D-STATCOM以及SSTS等。

柔性化供電技術(shù)（FEED）是可以為不同電力用戶和負(fù)荷需求提供不同質(zhì)量和形式電能的技術(shù)，具有靈活性、穩(wěn)定性、可靠性、信息化和智能化特征，是一種FACTS在供電領(lǐng)域的有效拓展。它的最主要功能是提供不同電能質(zhì)量和形式供應(yīng)電力，是能夠有效完善現(xiàn)有電能質(zhì)量的一種控制方法。因此，需要不斷完善信息處理，更好地提升設(shè)備控制力，從而優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行。

4 智能電網(wǎng)運(yùn)行約束和規(guī)劃柔性化表示

4.1 智能電網(wǎng)運(yùn)行約束柔性化表示

電力系統(tǒng)在優(yōu)化分析中的約束條件分成兩種類型——等式和不等式。前者是系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)中有功率和無功率間的一種平衡方法，后者是節(jié)點(diǎn)電壓的約束類、發(fā)動(dòng)機(jī)有功、無功出力約束等內(nèi)容。然而，優(yōu)化過程中還存在一些問題。系統(tǒng)中內(nèi)在和外在的實(shí)際運(yùn)動(dòng)均會(huì)設(shè)置合作約束的邊界，造成系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)中的安全性和經(jīng)濟(jì)性不佳。因此，必須要對(duì)其開展柔性處理，確保約束邊界并非是明確的，而是整條的邊界線。在這一區(qū)域中，任意一條界限都可成為特定條件下系統(tǒng)運(yùn)行約束的各類邊界。同時(shí)，系統(tǒng)約束邊界在邊界線開拓界域后，理論上邊界域還有很多線，在運(yùn)動(dòng)中要綜合指標(biāo)和需求進(jìn)行合理設(shè)置，這也是智能電網(wǎng)多維柔性綜合優(yōu)化的目的[5]。

實(shí)踐中，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行柔性優(yōu)化后，要綜合系統(tǒng)的具體情況，合理處理拓展和約束，讓系統(tǒng)更安全、可靠、經(jīng)濟(jì)。系統(tǒng)運(yùn)行中，安全度大時(shí)可以將約束邊界適當(dāng)減少，保留這一區(qū)域中的安全度，提升系統(tǒng)運(yùn)行的安全性；而在系統(tǒng)無法滿足負(fù)荷的實(shí)際需求時(shí)，可在較短時(shí)間內(nèi)開拓約束邊界，以確保電力在供應(yīng)時(shí)更加穩(wěn)定，進(jìn)而提升系統(tǒng)的輸電能力。

4.2 智能電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)劃柔性化表示

基于加強(qiáng)電網(wǎng)自身結(jié)構(gòu)的角度進(jìn)行分析，在系統(tǒng)分析和開展電網(wǎng)規(guī)劃中，需要留下一定的輸電線路，以確保運(yùn)行的安全度和輸送能力，從而提升電網(wǎng)對(duì)各種不確定因素的影響。實(shí)踐中，通過對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃開展周期性柔性成本分析，要評(píng)估電網(wǎng)規(guī)劃，分析經(jīng)濟(jì)性和安全性，從而進(jìn)行柔性化處理。

電網(wǎng)規(guī)劃過程中，尤其是在中期、短期規(guī)劃中，需要投資構(gòu)建輸電線路，給電網(wǎng)運(yùn)動(dòng)提供相應(yīng)服務(wù)，以此減少電網(wǎng)在升級(jí)和改造中的資金投入。實(shí)踐中，不能把投資成本的大小作為方案經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。需要對(duì)不同規(guī)劃和方案開展系統(tǒng)分析，了解在規(guī)劃周期中對(duì)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生的影響，綜合實(shí)際情況，系統(tǒng)分析規(guī)劃方案的經(jīng)濟(jì)性[6]。規(guī)劃中要預(yù)留適當(dāng)?shù)妮旊婋娐坟?fù)載率，以提升電網(wǎng)運(yùn)行的安全性，通過柔性化分析和優(yōu)化處理，增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)各種不確定因素的應(yīng)對(duì)能力。

5 結(jié) 論

在智能電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行控制系統(tǒng)中，通過運(yùn)用柔性評(píng)價(jià)和分析方式的運(yùn)行、管理、規(guī)劃等，可以將電能生產(chǎn)、消費(fèi)、輸送變得更加靈活，提升系統(tǒng)運(yùn)行的工作效率。在今后的電網(wǎng)調(diào)度中心中，必須要合理應(yīng)用各種先進(jìn)技術(shù)手段和智能化方式，加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的監(jiān)視、分析以及處理。通過應(yīng)用各種先進(jìn)的電子電力裝置，加強(qiáng)調(diào)節(jié)控制，提升電網(wǎng)運(yùn)行的控制性和彈性。實(shí)踐中分析智能電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行控制的柔性評(píng)價(jià)及方法，了解不同柔性評(píng)價(jià)方式和手段，從根本上保障智能電網(wǎng)規(guī)劃的科學(xué)性，從而合理規(guī)避各種問題，為電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。