劉亞南, 徐 研， 韓華春，吳俊鵬

( 1. 江蘇方天電力技術(shù)有限公司, 江蘇 南京 211102； 2. 國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司電力科學(xué)研究院, 江蘇 南京 211103； 3. 南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院, 江蘇 南京 211167)

0 引言

中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，使得資源的需求量劇增，能源短缺、生態(tài)惡化等問(wèn)題也日益突出，提高新能源利用率，實(shí)現(xiàn)新能源消納，已成為全球共同關(guān)注的問(wèn)題[1-2]。以風(fēng)電光伏為代表的隨機(jī)間歇性新能源的接入會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生較大的沖擊，造成饋線(xiàn)負(fù)載率的不均勻，如果不對(duì)潮流加以調(diào)控，就會(huì)產(chǎn)生輕載運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性差、重載滿(mǎn)載運(yùn)行輸電阻塞、負(fù)荷越限、節(jié)點(diǎn)電壓下降等問(wèn)題，甚至產(chǎn)生聯(lián)級(jí)故障，引發(fā)停電事故，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[3]。事故資料顯示從意大利大停電、英國(guó)倫敦大停電，到美加大停電都直接或間接因負(fù)荷越限引起電網(wǎng)的解裂，從而擴(kuò)大事故[4]。

背靠背柔性直流輸電的提出，讓柔性互聯(lián)的饋線(xiàn)進(jìn)行負(fù)荷的主動(dòng)分配成為可能，提高了“源-網(wǎng)-荷”一體化的協(xié)調(diào)優(yōu)化管理能力，更提高了電力系統(tǒng)的可靠性[5]。國(guó)內(nèi)外圍繞背靠背柔性直流輸電開(kāi)展了大量的研究工作，包括背靠背柔直系統(tǒng)的控制策略、運(yùn)行方式、故障處理、與儲(chǔ)能結(jié)合并網(wǎng)等諸多方面[6-10]。背靠背柔直系統(tǒng)在電網(wǎng)負(fù)荷的均衡和潮流分配上具有巨大的優(yōu)勢(shì)[11]，但利用背靠背柔直裝置，尤其多端背靠背裝置進(jìn)行潮流控制達(dá)到負(fù)載均衡的研究少有涉及。多端背靠背柔性直流互聯(lián)系統(tǒng)(multi-terminal back-to-back ，MB2B)進(jìn)行負(fù)載均衡，需要一套負(fù)載均衡指標(biāo)體系作為對(duì)饋線(xiàn)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)和控制的基礎(chǔ)。文獻(xiàn)[12]側(cè)重從潮流故障恢復(fù)的角度，應(yīng)用負(fù)載均衡度指標(biāo)，對(duì)多條饋線(xiàn)進(jìn)行負(fù)載均衡，但未能注意負(fù)載均衡度失準(zhǔn)的可能性，指標(biāo)的使用不夠準(zhǔn)確。文獻(xiàn)[13—14]運(yùn)用傳統(tǒng)負(fù)載率指標(biāo)對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)等情況進(jìn)行了分析，但研究目標(biāo)集中在背靠背系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略層面，忽略了負(fù)載評(píng)價(jià)指標(biāo)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的作用。

為進(jìn)一步優(yōu)化饋線(xiàn)負(fù)載均衡，發(fā)揮負(fù)載均衡的評(píng)價(jià)和控制作用，本文首先搭建了共直流母線(xiàn)的多端背靠背柔性互聯(lián)系統(tǒng)模型，定義了動(dòng)態(tài)負(fù)載率、負(fù)載跟隨度等從單饋線(xiàn)到多饋線(xiàn)的新指標(biāo)體系；利用改進(jìn)布谷鳥(niǎo)算法，對(duì)饋線(xiàn)負(fù)載均衡多目標(biāo)優(yōu)化模型進(jìn)行求解，得到饋線(xiàn)負(fù)載均衡評(píng)分；將優(yōu)化前后的結(jié)果進(jìn)行比較，取得了較好的效果，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

1 多端背靠背柔性互聯(lián)系統(tǒng)

本文主要研究多端背靠背柔性互聯(lián)系統(tǒng)的負(fù)載均衡，如圖1所示。

圖1 多端背靠背柔性互聯(lián)系統(tǒng)示意圖Fig.1 Structure of MB2B system

多端背靠背柔性互聯(lián)系統(tǒng)由n個(gè)背靠背換流器和共用的直流母線(xiàn)構(gòu)成，n個(gè)背靠背換流器可以接入電網(wǎng)或者電源，其中電源可以是大型集中式傳統(tǒng)電源，也可以是分布式電源，或是接入儲(chǔ)能系統(tǒng)。系統(tǒng)具有m個(gè)AC-DC和n-m個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換模塊，配合相應(yīng)的控制策略，接入電網(wǎng)時(shí)，若某條饋線(xiàn)退出運(yùn)行或出現(xiàn)空載越限，可以根據(jù)實(shí)際需要，調(diào)節(jié)各個(gè)端口間的交換功率，從而改變通過(guò)轉(zhuǎn)換模塊相連接的系統(tǒng)的潮流分布，最后體現(xiàn)“柔性”控制這一目標(biāo)。圖1中P1～P4為AC-DC轉(zhuǎn)換模塊，P5～P8為DC-DC轉(zhuǎn)換模塊。

系統(tǒng)在運(yùn)行中需要滿(mǎn)足的條件如式(1)所示。

(1)

式中：Pi(t)為t時(shí)刻變流器i交流側(cè)的有功功率；Qi(t)為t時(shí)刻變流器i交流側(cè)的無(wú)功功率；Si(t)為t時(shí)刻變流器i的容量，即運(yùn)行點(diǎn)。

2 負(fù)荷均衡評(píng)價(jià)指標(biāo)

在既有的研究水平下，關(guān)于負(fù)荷均衡的研究多從負(fù)載率、負(fù)載均衡度等方面作為主要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。本文提出動(dòng)態(tài)負(fù)載率、負(fù)載跟隨度等新指標(biāo)，對(duì)多端背靠背柔性互聯(lián)系統(tǒng)潮流均衡控制功能進(jìn)行更加系統(tǒng)具體的評(píng)價(jià)。

2.1 負(fù)載率和動(dòng)態(tài)負(fù)載率

負(fù)載率為0～T一段時(shí)間內(nèi)平均功率和饋線(xiàn)容量的比值[15]。負(fù)載率在一定程度上反映了饋線(xiàn)容量使用情況，若饋線(xiàn)的負(fù)載率較低，則表示該饋線(xiàn)輸電容量的裕量較大，投資超前于使用，能夠滿(mǎn)足一定階段的負(fù)荷增長(zhǎng)和調(diào)度需要;反之，則需要加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)投資建設(shè)，增強(qiáng)功率傳送能力，滿(mǎn)足負(fù)荷增長(zhǎng)及事故調(diào)度的需要。負(fù)載率公式為：

(2)

當(dāng)X=T時(shí)：

(3)

式(2)為變上限積分函數(shù)，函數(shù)自變量為X，積分變量為t。當(dāng)函數(shù)自變量X=T時(shí)，Rj(T)表示第j條支路上的負(fù)載率，如式(3)所示。Pjmax表示第j條支路可傳輸?shù)墓β首畲笾怠?/p>

但負(fù)載率沒(méi)有反映出各條線(xiàn)路的負(fù)載實(shí)時(shí)變化情況。在某一條饋線(xiàn)上，若發(fā)生前后負(fù)載率波動(dòng)較大，同時(shí)出現(xiàn)越限、空載的情況時(shí)，負(fù)載率指標(biāo)亦可能達(dá)標(biāo)，此失準(zhǔn)現(xiàn)象如圖2所示。所以負(fù)載率這一指標(biāo)在一定情況下存在漏洞，包括但不限于上述情況，不能完全作為單饋線(xiàn)負(fù)載均衡的判斷指標(biāo)。相關(guān)負(fù)載率評(píng)價(jià)失準(zhǔn)而指標(biāo)達(dá)標(biāo)的情況在第5節(jié)進(jìn)行論述。

圖2 負(fù)載率失準(zhǔn)示意圖Fig.2 Load rate inaccurated

本文提出動(dòng)態(tài)負(fù)載率的定義，如式(4)所示。

(4)

式中：Vj(t)表示第j條支路上的動(dòng)態(tài)負(fù)載率；Pj(t)表示第j條支路上的功率實(shí)時(shí)值。

根據(jù)動(dòng)態(tài)負(fù)載率的定義式可知，在系統(tǒng)正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的情況下，有式(5)恒成立。

Vj(t)≤1

(5)

即功率瞬時(shí)值應(yīng)總小于等于支路可傳輸?shù)墓β首畲笾怠?/p>

動(dòng)態(tài)負(fù)載率側(cè)重對(duì)饋線(xiàn)的實(shí)時(shí)跟蹤，配合背靠背端口的協(xié)調(diào)控制，理想狀況下，可使得饋線(xiàn)時(shí)刻保持該時(shí)刻最優(yōu)狀態(tài)。在考慮負(fù)載均衡問(wèn)題時(shí)，應(yīng)該在關(guān)注負(fù)載率的同時(shí)兼顧動(dòng)態(tài)負(fù)載率的大小，以免指標(biāo)失準(zhǔn)的發(fā)生。

2.2 負(fù)載均衡度與負(fù)載跟隨度

負(fù)載率、動(dòng)態(tài)負(fù)載率用于評(píng)價(jià)單一饋線(xiàn)的運(yùn)行情況，多端背靠背柔性互聯(lián)系統(tǒng)需要多條饋線(xiàn)的協(xié)調(diào)運(yùn)行，以整體上反映出區(qū)域電網(wǎng)的饋線(xiàn)負(fù)荷均衡水平，所以還需考慮負(fù)載均衡度[16]這一指標(biāo)，負(fù)載均衡度公式為：

(6)

負(fù)載均衡度表示饋線(xiàn)負(fù)載分配的均勻程度，對(duì)于不同區(qū)域的電網(wǎng)比較其負(fù)載均衡度可以判斷該地區(qū)負(fù)載分配的合理性。

需要說(shuō)明的是，不可用負(fù)載均衡度對(duì)電網(wǎng)直接進(jìn)行評(píng)價(jià)，因?yàn)樨?fù)載均衡度的實(shí)質(zhì)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，不代表數(shù)值的絕對(duì)大小只表示一組數(shù)據(jù)的離散程度，所以評(píng)價(jià)須結(jié)合負(fù)載率及動(dòng)態(tài)負(fù)載率進(jìn)行。

負(fù)載均衡度的應(yīng)用，使多條饋線(xiàn)負(fù)載分配情況得以評(píng)價(jià)，但不能避免在負(fù)載均衡條件下，出現(xiàn)區(qū)域饋線(xiàn)負(fù)載率皆低位運(yùn)行，達(dá)不到設(shè)計(jì)運(yùn)行要求的情況的發(fā)生，使電力基礎(chǔ)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性變差；或者出現(xiàn)區(qū)域饋線(xiàn)負(fù)載率出現(xiàn)超設(shè)計(jì)要求的高位運(yùn)行的情況，使電網(wǎng)存在較大的安全隱患。所以，還應(yīng)解決實(shí)際運(yùn)行問(wèn)題和設(shè)計(jì)要求相關(guān)聯(lián)的指標(biāo)。

因此，本文還定義了負(fù)載跟隨度指標(biāo)，負(fù)載跟隨度表示負(fù)載率對(duì)設(shè)計(jì)負(fù)載率的跟隨程度。負(fù)載跟隨度D其定義式為：

(7)

式中：A為饋線(xiàn)建設(shè)時(shí)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，即最佳運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)；D表示負(fù)載偏離目標(biāo)A的程度，D的值越小，則表示饋線(xiàn)利用靠近設(shè)計(jì)目標(biāo)。

負(fù)載跟隨度的實(shí)質(zhì)為各個(gè)饋線(xiàn)負(fù)載對(duì)于設(shè)計(jì)負(fù)載的標(biāo)準(zhǔn)差。負(fù)載跟隨度越大，表示饋線(xiàn)使用情況與設(shè)計(jì)要求相差越大，饋線(xiàn)負(fù)載分配不合理，出現(xiàn)低位運(yùn)行或越限運(yùn)行的情況，難以達(dá)到設(shè)計(jì)運(yùn)行要求；負(fù)載跟隨度越小，表示區(qū)域饋線(xiàn)負(fù)載分配均勻，利用率接近設(shè)計(jì)水平。

負(fù)載跟隨度的設(shè)置填補(bǔ)了負(fù)載均衡度在饋線(xiàn)低水平運(yùn)行難以評(píng)價(jià)的情況，通過(guò)控制負(fù)載跟隨度指標(biāo)，低水平運(yùn)行輸電經(jīng)濟(jì)性差的問(wèn)題得以解決。

3 饋線(xiàn)負(fù)載均衡多目標(biāo)優(yōu)化模型

在定義一系列負(fù)載評(píng)價(jià)指標(biāo)后，本文建立了饋線(xiàn)負(fù)載均衡多目標(biāo)優(yōu)化模型，并利用模型計(jì)算得出饋線(xiàn)負(fù)載均衡評(píng)分S，以此對(duì)多饋線(xiàn)負(fù)載均衡進(jìn)行更加直觀綜合的評(píng)價(jià)。

饋線(xiàn)負(fù)載均衡多目標(biāo)優(yōu)化模型可以饋線(xiàn)負(fù)載率Rj、區(qū)域負(fù)載均衡度E、區(qū)域負(fù)載跟隨度D為規(guī)劃方案，考慮運(yùn)行點(diǎn)約束Sjmax、動(dòng)態(tài)負(fù)載率Vj，潮流約束Ω等條件進(jìn)行描述，其中潮流約束Ω包括電壓、相角、發(fā)出的無(wú)功、有功、消耗的無(wú)功、有功等多個(gè)變量，潮流約束由電網(wǎng)電源有功輸出范圍、電源端電壓上下限等諸多方面決定[17]。

S=F(Pj)=max[Rj,E-1,D-1]=max[S]

(8)

(9)

(10)

Vj≤1

(11)

Pj∈Ω

(12)

(13)

式(8)為目標(biāo)函數(shù)，表示負(fù)載率取到最大。負(fù)載均衡度、負(fù)載跟隨度取到最小時(shí)，目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解為可以使得饋線(xiàn)負(fù)載均衡評(píng)分S取得最大值的一組Pj的值。

式(9)為等式約束，表示多端背靠背柔性互聯(lián)系統(tǒng)的所有端口輸入輸出的有功功率應(yīng)該相等，即Pin=Pout。式(10)為運(yùn)行點(diǎn)約束，表示多端背靠背柔性互聯(lián)系統(tǒng)由1～i，共m個(gè)背靠背模塊組成，每個(gè)模塊中的變流器交流側(cè)有功功率和無(wú)功功率均要滿(mǎn)足運(yùn)行點(diǎn)約束。式(11)為動(dòng)態(tài)負(fù)載率約束，多端背靠背柔性互聯(lián)系統(tǒng)需要大量的饋線(xiàn)連接，以形成網(wǎng)絡(luò)，對(duì)輸入輸出的潮流進(jìn)行調(diào)控，而1～j各條饋線(xiàn)負(fù)載情況不盡相同，若要達(dá)到系統(tǒng)預(yù)期的運(yùn)行額定狀況，動(dòng)態(tài)負(fù)載率Vj應(yīng)在0～1之間，即負(fù)載率恒正且饋線(xiàn)負(fù)載不能越限。式(12)為潮流約束，對(duì)于系統(tǒng)的每一個(gè)端口，均應(yīng)滿(mǎn)足潮流約束以保證其實(shí)際意義，實(shí)現(xiàn)所求優(yōu)化模型從數(shù)學(xué)解到實(shí)際解的轉(zhuǎn)變。

將目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解Pj帶入饋線(xiàn)負(fù)載均衡評(píng)分公式，如式(14)所示,可以得到具體的饋線(xiàn)負(fù)載均衡評(píng)分值S。

(14)

饋線(xiàn)負(fù)載均衡評(píng)分S的大小綜合評(píng)價(jià)區(qū)域饋線(xiàn)負(fù)載水平，饋線(xiàn)負(fù)載均衡的評(píng)分越高，則表示區(qū)域負(fù)載運(yùn)行情況較好。具體表現(xiàn)在：饋線(xiàn)無(wú)越限現(xiàn)象，區(qū)域饋線(xiàn)負(fù)載分配均勻，利用率接近設(shè)計(jì)水平等方面。

4 改進(jìn)多目標(biāo)布谷鳥(niǎo)算法

4.1 多目標(biāo)布谷鳥(niǎo)算法

本文涉及的多端背靠背柔性互聯(lián)系統(tǒng)模型具有饋線(xiàn)多，模型解的個(gè)數(shù)多等特點(diǎn)，布谷鳥(niǎo)算法具有搜索范圍大，精度較高的特點(diǎn)，再因Levy飛行機(jī)制的作用，可以跳出局部最優(yōu)解，能較好的迎合模型求解的需要。

布谷鳥(niǎo)算法(CS)[18]的基本假設(shè)如下：

(1) 布谷鳥(niǎo)一次只產(chǎn)一顆蛋，并且隨機(jī)尋找寄生巢來(lái)孵化；

(2) 在隨機(jī)選擇的寄生巢中，最好的鳥(niǎo)巢將繼續(xù)用于下一代的比較；

(3) 可利用的寄生鳥(niǎo)巢的數(shù)量是一定的，一個(gè)寄生巢的主人能發(fā)現(xiàn)外來(lái)鳥(niǎo)蛋的概率為p。

布谷鳥(niǎo)算法的原理：在定義域內(nèi)隨機(jī)鳥(niǎo)巢位置Pj，并確定該鳥(niǎo)巢的優(yōu)劣程度Dj，將此局部最優(yōu)的鳥(niǎo)巢保留，并使用Levy飛行機(jī)制更新所有鳥(niǎo)巢的位置。而后取(0，1)之間服從均勻分布的隨機(jī)數(shù)r,令r與鳥(niǎo)巢被發(fā)現(xiàn)的概率p比較。如果r大于p,那么鳥(niǎo)蛋便被發(fā)現(xiàn)，寄生巢的主人拋棄該鳥(niǎo)巢，則隨機(jī)選取新的鳥(niǎo)巢位置，上述過(guò)程稱(chēng)“遷移最差鳥(niǎo)巢位置”，重復(fù)這一過(guò)程，否則便尋找更優(yōu)的鳥(niǎo)巢。最后，達(dá)到一定的比較次數(shù)，最優(yōu)的鳥(niǎo)巢被找到。

Levy飛行機(jī)制是一種動(dòng)物尋找食物而隨機(jī)游走的行進(jìn)方式，Levy飛行取決于動(dòng)物現(xiàn)在所處的位置和走到下一個(gè)確定位置的概率，這種長(zhǎng)短相間的步長(zhǎng)，有利于保證搜索范圍的多樣性，達(dá)到跳出局部最優(yōu)解的目的。

4.2 改進(jìn)多目標(biāo)布谷鳥(niǎo)算法

在基礎(chǔ)型布谷鳥(niǎo)優(yōu)化算法中，Levy飛行機(jī)制的步長(zhǎng)長(zhǎng)度決定了目標(biāo)函數(shù)的搜索速度，如果步長(zhǎng)較小，則搜索速度慢，計(jì)算量大；但若步長(zhǎng)較大，又不能保證搜索精度，使得算法存在一定的缺陷。自適應(yīng)Levy步長(zhǎng)的布谷鳥(niǎo)算法可以通過(guò)判斷目前鳥(niǎo)巢位置和目前最優(yōu)位置的關(guān)系，自動(dòng)的調(diào)節(jié)行進(jìn)步長(zhǎng)，以達(dá)到步長(zhǎng)的自適應(yīng)調(diào)整，使得算法更加智能、科學(xué)。

其調(diào)整公式如式(15)所示[19-20]。

(15)

式中：Smin表示行進(jìn)過(guò)程中的最小步長(zhǎng)；Smax表示行進(jìn)過(guò)程中的最大步長(zhǎng)；Xa表示第a個(gè)鳥(niǎo)巢的位置；Xb表示目前最優(yōu)的鳥(niǎo)巢的位置；Dmax表示目前最優(yōu)位置和剩余鳥(niǎo)巢位置的最大距離。

對(duì)于負(fù)載問(wèn)題，該算法可以表述為以下步驟：

(1) 定義最大尋找次數(shù)M，發(fā)現(xiàn)概率p；

(2) 初始化任意一組負(fù)載分配的解Pj(鳥(niǎo)巢)，記錄對(duì)應(yīng)的優(yōu)劣程度即饋線(xiàn)評(píng)價(jià)系數(shù)k，設(shè)置循環(huán)次數(shù)t=1；

(3)t=t+1，以Levy飛行規(guī)則更新各負(fù)載分配情況下的饋線(xiàn)負(fù)載評(píng)價(jià)系數(shù)，隨機(jī)尋找鳥(niǎo)窩的位置更新公式如式(16)，如果新產(chǎn)生的評(píng)價(jià)系數(shù)優(yōu)于上一代的評(píng)價(jià)系數(shù)，則用此時(shí)的一組負(fù)載分配情況，替代上一代的最優(yōu)解；否則用發(fā)現(xiàn)概率p，丟棄差的解，并使用隨機(jī)產(chǎn)生的新解，代替丟棄的負(fù)載分配情況；

(4) 判斷t是否達(dá)到設(shè)定值，若未達(dá)到則重復(fù)進(jìn)行步驟3；若t達(dá)到設(shè)定值，則記錄此時(shí)最優(yōu)解,停止計(jì)算。

鳥(niǎo)巢位置更新公式如式(16)所示。

Xg+1,c=Xg,c+?⊕L(β)

(16)

式中：Xg,c表示第c個(gè)鳥(niǎo)巢在第g代的鳥(niǎo)巢位置，?表示步長(zhǎng)控制量；L(β)表示levy隨機(jī)搜索路徑。布谷鳥(niǎo)算法流程如圖3所示。

圖3 布谷鳥(niǎo)算法流程Fig.3 Cuckoo algorithm flowchart

5 多端背靠背柔性互聯(lián)系統(tǒng)模型的負(fù)載均衡的優(yōu)化仿真

運(yùn)用改進(jìn)多目標(biāo)布谷鳥(niǎo)算法求解多端背靠背柔性互聯(lián)系統(tǒng)模型以求取模型最優(yōu)解Pj。

模型描述：為了更加簡(jiǎn)單直觀地反應(yīng)端口負(fù)載情況的變化，仿真系統(tǒng)設(shè)置5個(gè)背靠背端口，其中端口1，2，3為入口端，用來(lái)模擬輸入功率，端口4，5為出口端，模擬接入負(fù)載，輸出功率。端口F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，F(xiàn)5的輸入輸出功率分別為P1，P2，P3，P4，P5。五端口仿真模型如圖4所示。設(shè)定饋線(xiàn)設(shè)計(jì)負(fù)載率為0.8，在接入多端背靠背柔直系統(tǒng)前，各個(gè)饋線(xiàn)參數(shù)如表1。

圖4 五端口仿真模型Fig.4 Five-ports simulation model

表1 接入系統(tǒng)前的饋線(xiàn)指標(biāo)Tab.1 The feeder index before access to the system

多端背靠背柔性直流互聯(lián)系統(tǒng)在第30 s時(shí)投入運(yùn)行，各個(gè)動(dòng)態(tài)負(fù)載率圖像如圖5、圖6所示。

圖5 端口1,2,3動(dòng)態(tài)負(fù)載率Fig.5 Dynamic load rate of port 1,2,3

圖6 端口4和5動(dòng)態(tài)負(fù)載率Fig.6 Dynamic load rate of port 4 and 5

圖5、圖6中可以看出在仿真開(kāi)始，而多端背靠背柔性互聯(lián)系統(tǒng)未投入運(yùn)行時(shí)，饋線(xiàn)1的動(dòng)態(tài)負(fù)載率處在較高的水平，最高處動(dòng)態(tài)負(fù)載率接近1.2，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行；饋線(xiàn)2、饋線(xiàn)3的動(dòng)態(tài)負(fù)載率保持在較低的水平，造成饋線(xiàn)資源的浪費(fèi)；饋線(xiàn)4、5的動(dòng)態(tài)負(fù)載率較為平穩(wěn)，但一直處于重載狀態(tài)。

在30 s以后，多端背靠背柔性互聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)行，饋線(xiàn)1動(dòng)態(tài)負(fù)載率漸漸下降，負(fù)載轉(zhuǎn)移到饋線(xiàn)2、饋線(xiàn)3進(jìn)行輸送，饋線(xiàn)4和饋線(xiàn)5的動(dòng)態(tài)負(fù)載率有一定的上升，穩(wěn)定在0.85和0.87的水平；最終系統(tǒng)各條饋線(xiàn)的動(dòng)態(tài)負(fù)載率達(dá)到求取的最優(yōu)目標(biāo)，穩(wěn)定在較好的水平。接入多端背靠背直流互聯(lián)系統(tǒng)后的指標(biāo)如表2所示。表中負(fù)載均衡度與負(fù)載跟隨度均得到改善，饋線(xiàn)負(fù)載均衡評(píng)分明顯提升，提升達(dá)430%。

表2 接入系統(tǒng)后的饋線(xiàn)指標(biāo)Tab.2 The feeder index before access to the system

將饋線(xiàn)1的動(dòng)態(tài)負(fù)載率曲線(xiàn)單獨(dú)進(jìn)行分析，如圖7所示。

圖7 饋線(xiàn)1動(dòng)態(tài)負(fù)載率Fig.7 Dynamic load rate of port 1

經(jīng)計(jì)算，饋線(xiàn)1在0～80 s的負(fù)載率為0.969，從數(shù)值上看饋線(xiàn)1負(fù)載率良好，但實(shí)際上饋線(xiàn)1已經(jīng)越限接近15%，所以，負(fù)載率的使用存在一定的弊端，即不能實(shí)時(shí)的反應(yīng)饋線(xiàn)的運(yùn)行情況，與電網(wǎng)安全運(yùn)行相悖。

6 結(jié)語(yǔ)

本文提出使用多端背靠背柔性互聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)載均衡的觀點(diǎn)，并建立了多端背靠背柔性互聯(lián)系統(tǒng)負(fù)載均衡一系列指標(biāo)體系，通過(guò)多目標(biāo)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)多饋線(xiàn)的負(fù)載均衡。其主要功能包括：(1) 通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)負(fù)載率的控制，消除了越限現(xiàn)象，保證了新能源的安全消納；(2) 保證饋線(xiàn)的容量裕度的同時(shí)，以新建立的指標(biāo)為基礎(chǔ)，調(diào)度重載線(xiàn)路負(fù)荷，進(jìn)一步提高饋線(xiàn)的利用效率，保證電網(wǎng)運(yùn)行的可靠和高效。

未來(lái)可以結(jié)合儲(chǔ)能技術(shù)的使用，改善均衡效果。本文的研究成果未來(lái)可應(yīng)用于當(dāng)前新能源接入量較大的高壓大容量柔性直流輸電系統(tǒng)，調(diào)節(jié)潮流分布，減少現(xiàn)代能源結(jié)構(gòu)下新能源“棄風(fēng)、棄光、棄水”現(xiàn)象的持續(xù)出現(xiàn)。

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