基于可靠性評(píng)估的電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行方法研究

錢思羊

（中國(guó)電力建設(shè)工程咨詢有限公司，北京 100120）

0 引 言

目前，我國(guó)電網(wǎng)的互聯(lián)與完善逐漸走向正軌，同時(shí)區(qū)域電網(wǎng)的關(guān)聯(lián)以及電力的調(diào)配規(guī)模也漸漸擴(kuò)大，這也使得我國(guó)電網(wǎng)的執(zhí)行質(zhì)量以及效率得到了明顯的升高[1]。在這樣的背景之下，風(fēng)電并網(wǎng)的容量與電力市場(chǎng)慢慢趨于一致，雖然在初期應(yīng)用的過(guò)程中獲取了相對(duì)較好的效果，但是在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)電力調(diào)配混亂、調(diào)配靈活度下降甚至電力控制力變?nèi)醯葐?wèn)題，嚴(yán)重的會(huì)造成大面積的關(guān)聯(lián)性電路損壞，促使經(jīng)濟(jì)損失增加[2]。不僅如此，傳統(tǒng)的電力調(diào)配系統(tǒng)由于電力處理模式的單一落后，使得優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題日益嚴(yán)重，電路在進(jìn)行電力供給以及調(diào)配的過(guò)程中，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的狀態(tài)，這也極大地降低了電力系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性以及全面性，致使電力行業(yè)的發(fā)展前景逐漸受到限制和束縛[3]。因此，需要設(shè)計(jì)更加靈活多變的電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行方法，提升電力系統(tǒng)的整體執(zhí)行質(zhì)量以及效率，完善對(duì)應(yīng)的供電結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)對(duì)應(yīng)的可靠性[4]。

一般情況下，電力系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行與其供電設(shè)備的串聯(lián)以及并聯(lián)影響較大，同時(shí)，部分區(qū)域的變電站時(shí)常會(huì)接入高壓電線，這種電線雖然可以提供較大的電流，但是在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，需要形成能夠滿足多條線路共同運(yùn)行的優(yōu)化結(jié)構(gòu)，在整體的結(jié)構(gòu)之中，實(shí)現(xiàn)進(jìn)線的安裝，由多臺(tái)變壓器進(jìn)行電力以及電流的控制，最大程度上提升電力運(yùn)行的可靠性[5]。

因此，對(duì)基于可靠性評(píng)估的電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行方法進(jìn)行分析與研究。在較為真實(shí)的環(huán)境之下，確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，從多個(gè)角度來(lái)對(duì)整體系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制，同時(shí)創(chuàng)建具有關(guān)聯(lián)性的電力結(jié)構(gòu)，將變電站作為供電系統(tǒng)的核心執(zhí)行環(huán)節(jié)，利用不同的電力優(yōu)化模型來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，同時(shí)，設(shè)立優(yōu)化運(yùn)行的原則，依據(jù)不同區(qū)域?qū)嶋H的優(yōu)化目標(biāo)，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的電力調(diào)度，以此來(lái)增強(qiáng)電力系統(tǒng)的執(zhí)行優(yōu)化效果，從而確保日常供電效果，使電力系統(tǒng)的運(yùn)行更具可靠性和穩(wěn)定性，有利于未來(lái)發(fā)展前景的擴(kuò)展延伸。

1 可靠性評(píng)估背景下電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行方法設(shè)計(jì)

1.1 可靠性評(píng)估背景下優(yōu)化運(yùn)行目標(biāo)函數(shù)確定

在進(jìn)行電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行方法的設(shè)計(jì)前，需要先確定優(yōu)化運(yùn)行目標(biāo)函數(shù)[6]。在電力系統(tǒng)的執(zhí)行模式之中，控制系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)與支路電壓的合理范圍，以此來(lái)確保電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估效果的應(yīng)用[7]。首先，確定對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)執(zhí)行運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，將其與發(fā)電站的目標(biāo)范圍關(guān)聯(lián)，設(shè)定對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)，在合理的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)范圍之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)多目標(biāo)的維護(hù)調(diào)度，同時(shí)，創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的調(diào)度運(yùn)行結(jié)構(gòu)，并計(jì)算出目標(biāo)的調(diào)度差值，具體如公式（1）所示：

式中，R表示目標(biāo)的調(diào)度差值；φ表示耗量特性；F表示近似運(yùn)行范圍；ε表示電力系統(tǒng)參數(shù)誤差。通過(guò)上述計(jì)算，最終可以得出實(shí)際的目標(biāo)調(diào)度差值。將這個(gè)調(diào)度差值設(shè)定為極限運(yùn)行差值，在可靠性評(píng)估的背景之下，在電力系統(tǒng)的執(zhí)行通路以及信道中，設(shè)定對(duì)應(yīng)的運(yùn)行節(jié)點(diǎn)，隨后，在初始的運(yùn)行結(jié)構(gòu)之中，依據(jù)實(shí)際的電壓變化范圍，進(jìn)行隨機(jī)電力潮流的控制，隨機(jī)電力潮流是一種系統(tǒng)的電流運(yùn)行方式，與額定電流不同的是，隨機(jī)電力潮流是時(shí)刻變化的，具有一定的不穩(wěn)定性，同時(shí)與電力系統(tǒng)的運(yùn)行特性相關(guān)聯(lián)，當(dāng)隨機(jī)電力潮流風(fēng)電波動(dòng)、負(fù)荷波動(dòng)以及機(jī)組停運(yùn)出現(xiàn)異常時(shí)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)函數(shù)的控制，并計(jì)算對(duì)應(yīng)的可靠性評(píng)估背景下目標(biāo)函數(shù)，具體如公式（2）所示：

式中，C表示目標(biāo)函數(shù)；f表示變化評(píng)估值；?表示極限誤差值；χ表示電力系統(tǒng)的特性范圍。通過(guò)上述計(jì)算，最終可以得出實(shí)際的目標(biāo)函數(shù)。根據(jù)函數(shù)進(jìn)行運(yùn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)定，完成可靠性環(huán)境的搭建。

1.2 不確定因素的可靠評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)運(yùn)行模型構(gòu)建

在完成可靠性評(píng)估背景下優(yōu)化運(yùn)行目標(biāo)函數(shù)的確定之后，接下來(lái)，需要構(gòu)建不確定因素的可靠評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)運(yùn)行模型。不確定因素主要是指在電力系統(tǒng)運(yùn)行以及調(diào)配的過(guò)程中，出現(xiàn)的突發(fā)性運(yùn)行情況，電力系統(tǒng)的不確定因素多種多樣，其中雙饋電力控制結(jié)構(gòu)應(yīng)用是較為廣泛的，需要設(shè)定有功出力與電力運(yùn)行關(guān)系的構(gòu)建，具體如公式（3）所示：

式中，E表示有功出力關(guān)系范圍；λ表示切入風(fēng)速；W表示額定風(fēng)速。通過(guò)上述計(jì)算，最終可以得出實(shí)際的有功出力關(guān)系范圍。在此范圍之內(nèi)，創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)運(yùn)行模塊，設(shè)定在模型之中，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)線性關(guān)系，完成不確定因素的可靠評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)運(yùn)行模型的構(gòu)建。

1.3 隨機(jī)潮流矩陣的設(shè)計(jì)

在完成不確定因素的可靠評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)運(yùn)行模型的構(gòu)建后，進(jìn)行隨機(jī)潮流矩陣的設(shè)計(jì)。依據(jù)系統(tǒng)的隨機(jī)電力潮流特征，結(jié)合數(shù)學(xué)運(yùn)行模型，再加之可靠性評(píng)估的范圍與電力系統(tǒng)的執(zhí)行范圍，進(jìn)行隨機(jī)潮流矩陣的設(shè)計(jì)，具體如公式（4）、（5）、（6）所示：

式中，G、N、A表示隨機(jī)潮流矩陣核心值；π表示電力運(yùn)行潮流范圍；Z表示運(yùn)行核心變量；X表示電力調(diào)配誤差值。通過(guò)上述計(jì)算，最終可以得出實(shí)際的隨機(jī)潮流矩陣核心值。將其設(shè)定在數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化運(yùn)行矩陣之中，形成累積分布的運(yùn)行體系，最終完成對(duì)隨機(jī)潮流矩陣的設(shè)計(jì)。

1.4 多目標(biāo)粒子法實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行設(shè)計(jì)

在完成對(duì)隨機(jī)潮流矩陣的設(shè)計(jì)后，接下來(lái)，采用多目標(biāo)粒子法實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行設(shè)計(jì)。依據(jù)數(shù)學(xué)模型對(duì)電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行得出的數(shù)據(jù)信息，設(shè)立不同的優(yōu)化運(yùn)行目標(biāo)，采用多目標(biāo)粒子法創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的運(yùn)行結(jié)構(gòu)，完成電力系統(tǒng)的優(yōu)化與運(yùn)行。隨著迭代電力結(jié)構(gòu)的變化與更新，計(jì)算出最優(yōu)解，來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的調(diào)度與優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)粒子法電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

2 方法測(cè)試

本次測(cè)試主要是對(duì)可靠性評(píng)估背景之下，電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行效果的驗(yàn)證。測(cè)試共分為兩組，一組為傳統(tǒng)的多元并列優(yōu)化運(yùn)行方法，將其設(shè)定為傳統(tǒng)多元并列運(yùn)行測(cè)試組；另一組為本文所設(shè)計(jì)的方法，將其設(shè)定為可靠評(píng)估運(yùn)行測(cè)試組。兩種測(cè)試方法在相同的環(huán)境之下同時(shí)進(jìn)行，將得出的數(shù)據(jù)信息對(duì)比分析，最終獲得測(cè)試的結(jié)果。

2.1 測(cè)試準(zhǔn)備

在測(cè)試前，需要先進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試準(zhǔn)備。首先，搭建測(cè)試的環(huán)境。選取Q區(qū)域的電力系統(tǒng)作為測(cè)試的主要目標(biāo)對(duì)象，采用IEEE 14節(jié)點(diǎn)電力運(yùn)行程序，設(shè)置測(cè)試電力系統(tǒng)的所有功率數(shù)據(jù)均在100 MVA以下，以確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性以及系統(tǒng)性。采集匯總相關(guān)的電力數(shù)據(jù)信息，并依據(jù)運(yùn)行的環(huán)境，計(jì)算雙向功率基值下的標(biāo)幺值，具體如公式（7）所示：

式中，M表示雙向功率基值下的標(biāo)幺值；?表示停運(yùn)執(zhí)行率；β表示運(yùn)行負(fù)荷范圍，通過(guò)上述計(jì)算，最終可以得出實(shí)際的運(yùn)行負(fù)荷范圍。在確定的范圍之內(nèi)，進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)行節(jié)點(diǎn)的設(shè)定，并依據(jù)對(duì)應(yīng)的優(yōu)化需求，設(shè)定優(yōu)化運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)以及等級(jí)，具體如表1所示：

表1 電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)及等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定

通過(guò)表1中的數(shù)據(jù)信息，最終可以完成對(duì)電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)及等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定。完成之后，在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，設(shè)定對(duì)應(yīng)的優(yōu)化運(yùn)行節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)率的控制，電力負(fù)荷均以IEEE 14節(jié)點(diǎn)為核心均值，為了確保優(yōu)化運(yùn)行結(jié)果的準(zhǔn)確性，還需要計(jì)算運(yùn)行節(jié)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)差，具體如公式8所示：

式中，Y表示運(yùn)行節(jié)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)差；B表示交互負(fù)荷值；γ表示獨(dú)立節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用運(yùn)行值。通過(guò)上述計(jì)算，最終可以得出實(shí)際的運(yùn)行節(jié)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)差。將其設(shè)定為電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的誤差極限，將運(yùn)行的誤差以及功率誤差范圍設(shè)定為整體電力系統(tǒng)誤差的10%～30%，隨機(jī)將關(guān)聯(lián)的節(jié)點(diǎn)電壓閾值設(shè)定為[0.45,1.25]，而電力系統(tǒng)的電壓極限設(shè)定為傳統(tǒng)功率的3.25倍，節(jié)點(diǎn)切除范圍需要控制在30%以下。完成上述測(cè)試環(huán)境的搭建之后，核查測(cè)試的設(shè)備以及裝置是否處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)確保不存在影響最終測(cè)試結(jié)果的外部因素，完成之后，開始測(cè)試。

2.2 測(cè)試過(guò)程及結(jié)果分析

根據(jù)上述所搭建的測(cè)試環(huán)境，進(jìn)行更為具體的測(cè)試。在電力系統(tǒng)的執(zhí)行節(jié)點(diǎn)中，選取一個(gè)核心的節(jié)點(diǎn)，通過(guò)變電器更改電力系統(tǒng)的引入電壓，設(shè)定為110 kV，在風(fēng)電場(chǎng)采用雙饋異步風(fēng)機(jī)，更改切入風(fēng)速為2.5 m/s，切出風(fēng)速為30 m/s，電力系統(tǒng)的額定電流設(shè)定1 200 A，同時(shí)，選取6個(gè)不同的測(cè)試電路作為優(yōu)化運(yùn)行目標(biāo)，將數(shù)據(jù)設(shè)定在優(yōu)化運(yùn)行模型之中，得出對(duì)應(yīng)的測(cè)試結(jié)果，對(duì)其作出對(duì)比分析，具體如表2所示。

表2 測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析表

根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)信息，最終可以得出實(shí)際的測(cè)試結(jié)果：在不同的電力系統(tǒng)運(yùn)行恒功率范圍下，對(duì)比于傳統(tǒng)的多元并列運(yùn)行方法，本文所設(shè)計(jì)的優(yōu)化運(yùn)行方法最終得出的故障率相對(duì)更低，說(shuō)明優(yōu)化運(yùn)行的效果更佳，誤差值也較低，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié) 論

綜上所述，是對(duì)基于可靠性評(píng)估的電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行方法的研究與探索。通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行，可以從整體上提升電路調(diào)配的質(zhì)量和效率，降低多余調(diào)配誤差。另外，基于可靠性評(píng)估的運(yùn)行優(yōu)化方法具有更強(qiáng)的靈活性以及穩(wěn)定性，對(duì)比于傳統(tǒng)的優(yōu)化方法，更加符合新時(shí)代的電力調(diào)配的運(yùn)行模式，雙向供電運(yùn)行方法所得出的效果也優(yōu)于單一結(jié)構(gòu)的運(yùn)行，在不同的電力情況下也可以實(shí)現(xiàn)更為靈活的應(yīng)變與運(yùn)行處理，進(jìn)一步完成動(dòng)態(tài)與靜態(tài)調(diào)度相結(jié)合的電力運(yùn)行模式，創(chuàng)建更加高效的電力執(zhí)行體系，推動(dòng)我國(guó)電力行業(yè)邁入新的發(fā)展臺(tái)階。