李軼群，趙伯鉉，張文朝，王茂海，楊俊煒，賈琳

(1.國家電網(wǎng)有限公司華北分部，北京 100053；2.北京科東電力控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司，北京 100192)

0 引 言

特高壓變壓器作為特高壓輸電工程的重要組成部分，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮著重要作用，而特高壓主變分接頭擋位對變電站電壓水平和無功交換等有著重要影響[1]。因此，科學(xué)合理地選擇特高壓主變分接頭位置具有重要意義。

目前變壓器分接頭的選擇方法多依據(jù)電網(wǎng)的某一運(yùn)行指標(biāo)，而且大部分研究都是針對有載調(diào)壓變壓器分的接頭擋位進(jìn)行選擇。文獻(xiàn)[2]研究了有載調(diào)壓變壓器分接頭位置對系統(tǒng)電壓的影響。文獻(xiàn)[3]通過建立主變分接頭擋位調(diào)整的數(shù)學(xué)模型，研究了分接頭擋位調(diào)整時(shí)對電力系統(tǒng)無功電壓的影響機(jī)理，并提出了電壓合格率指標(biāo)、主變分接頭位置調(diào)整原則和調(diào)壓擋位確定方法。評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定方法主要有主觀評價(jià)法和客觀評價(jià)法。文獻(xiàn)[4]分別介紹了層次分析法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重的方法，體現(xiàn)了專家主觀因素對評價(jià)結(jié)果的影響。文獻(xiàn)[5]利用熵權(quán)法對變壓器故障診斷進(jìn)行了分析。主觀評價(jià)法與客觀評價(jià)法都在一定程度上存在片面性，為了減小主觀或客觀評價(jià)法的片面性，并充分利用主客觀評價(jià)法的優(yōu)點(diǎn)，可采用結(jié)合主觀權(quán)重與客觀權(quán)重的組合評價(jià)法。

針對目前特高壓主變分接頭位置選擇指標(biāo)不全面的問題，本文提出了一套考慮多種電網(wǎng)安全與經(jīng)濟(jì)因素的特高壓主變分接頭位置選擇指標(biāo)體系。考慮主觀或客觀評價(jià)法的局限性，本文采用基于矩估計(jì)理論的最優(yōu)權(quán)重評價(jià)方法[6]。該方法充分利用了主客觀評價(jià)法的優(yōu)點(diǎn)，兼顧了專家的主觀經(jīng)驗(yàn)與原始數(shù)據(jù)間的客觀聯(lián)系。在此基礎(chǔ)上，研究了基于最優(yōu)組合權(quán)重的特高壓主變分接頭選擇方法。

1 特高壓主變分接頭主變擋位選擇指標(biāo)體系建立

特高壓主變分接頭位置會對電網(wǎng)運(yùn)行的諸多方面造成影響。本文提出一套主變抽頭位置選擇指標(biāo)體系，指標(biāo)包括典型方式電壓合格率、電壓波動(dòng)、無功交換總和、解并列及空充電壓合格率和靜態(tài)穩(wěn)定裕度五個(gè)指標(biāo)。

1.1 典型方式電壓合格率

抽頭位置應(yīng)滿足在各種典型方式下，各廠站電壓均運(yùn)行在合理范圍內(nèi)，設(shè)電壓合格率為η1。

(1)

式中：q為典型方式總數(shù);n合格為電壓不越限的廠站個(gè)數(shù);n總為關(guān)注廠站總個(gè)數(shù)。

1.2 電壓波動(dòng)

運(yùn)行電壓會隨著負(fù)荷的變化而變化[7]，當(dāng)主變處于最優(yōu)抽頭位置上時(shí)，電壓變化的幅度應(yīng)盡可能小。設(shè)第k個(gè)特高壓主變分接頭擋位組合下電壓波動(dòng)平均值為電壓波動(dòng)指標(biāo)，記為η2。

(2)

式中：Uimin為第i個(gè)廠站在各個(gè)方式下的最低電壓;Uimax為第i個(gè)廠站在各個(gè)方式下的最高電壓；n為所關(guān)注的廠站總數(shù)。

1.3 無功交換總和

在全網(wǎng)無功平衡的情況下，特高壓與500 kV電網(wǎng)之間的無功交換應(yīng)盡可能小。設(shè)第k個(gè)特高壓主變分接頭擋位組合下無功交換指標(biāo)為Qk∑：

(3)

式中：Qij為第i個(gè)特高壓廠站在第j個(gè)方式下與500 kV電網(wǎng)交換的無功;m為特高壓廠站總數(shù);q為典型方式總數(shù)。設(shè)Kj為懲罰因子，當(dāng)Qij大于該特高壓站c組無功補(bǔ)償裝置容量時(shí)，Kj取1+0.05c。

1.4 解并列及空充電壓合格率

電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線解并列或開關(guān)偷跳時(shí)，會導(dǎo)致線路末端電壓較高，合理的主變抽頭位置應(yīng)盡可能使線路末端電壓處于較低水平或使其更容易控制。設(shè)解并列及空充電壓合格率為η4。

(4)

式中：L合格為特高壓線路解并列或開關(guān)偷跳后末端電壓合格的線路條數(shù);L總為關(guān)注的特高壓線路總條數(shù);q為典型運(yùn)行方式總數(shù)。

1.5 靜態(tài)穩(wěn)定裕度指標(biāo)

極限運(yùn)行方式下靜態(tài)穩(wěn)定裕度體現(xiàn)了系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定程度。靜態(tài)穩(wěn)定裕度指標(biāo)η5如式(5)所示。

(5)

式中:Pz為正常方式輸送潮流(此正常方式是指N-1事故前)；Pjs為事故后靜態(tài)穩(wěn)定極限。

2 基于矩估計(jì)理論的最優(yōu)組合賦權(quán)評價(jià)方法模型的建立

為了使特高壓主變分接頭擋位選擇結(jié)果更為科學(xué)合理，本文應(yīng)用基于最優(yōu)組合權(quán)重的評價(jià)方法，首先需要用矩估計(jì)理論的最優(yōu)組合賦權(quán)方法對G1法、層次分析法兩種主觀評價(jià)法和變異系數(shù)法、熵權(quán)法兩種客觀評價(jià)法所求的權(quán)重進(jìn)行組合，具體組合過程如下。

設(shè)主客觀權(quán)重共有q個(gè)樣本，其中主觀權(quán)重樣本為l個(gè)，從客觀權(quán)重樣本為q-l個(gè)。

通過相應(yīng)的主、客觀評價(jià)法求取指標(biāo)的主、客權(quán)重Ws和Wb，得到的l個(gè)主觀評價(jià)法的權(quán)重集合和q-l個(gè)客觀評價(jià)法的權(quán)重集合。

(6)

(7)

式中:wsj為第j個(gè)指標(biāo)在第s種主觀評價(jià)法求出的權(quán)重；wbj為第j個(gè)指標(biāo)在第b種主觀評價(jià)法求出的權(quán)重。

通過矩估計(jì)理論的方法求取評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重期望，其主觀評價(jià)法的權(quán)重wsj和客觀評價(jià)法的wbj的期望值分別為E(wsj)和E(wbj)。

(8)

由式(8)可解出的評價(jià)指標(biāo)主觀權(quán)重的重要因數(shù)αj和客觀權(quán)重的重要系數(shù)βj。

(9)

將多指標(biāo)決策矩陣中的評價(jià)指標(biāo)從主觀評價(jià)集和客觀評價(jià)集中分別取m個(gè)樣本，并通過矩估計(jì)理論進(jìn)行求解。

(10)

式中:α為評價(jià)指標(biāo)的主觀權(quán)重相對重要程度系數(shù);β為客觀權(quán)重相對重要程度系數(shù)。

求取組合權(quán)重的優(yōu)化模型如下：

(11)

式中:m為指標(biāo)個(gè)數(shù);wj為第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

通過對式(11)進(jìn)行求解，即可求得待評價(jià)對象主客觀評價(jià)指標(biāo)的最優(yōu)組合權(quán)向量，各指標(biāo)值與其應(yīng)指標(biāo)權(quán)重之積的總和即為評價(jià)結(jié)果。

(12)

3 實(shí)例分析

以某電網(wǎng)為例，驗(yàn)證方法正確性，算例關(guān)注的廠站包括2個(gè)特高壓站和10個(gè)500 kV中樞點(diǎn)站。

3.1 指標(biāo)值計(jì)算

通過典型方式電壓合格率大于90%作為篩選條件，共用9種特高壓主變分接頭擋位組合滿足條件。本文的五個(gè)評價(jià)指標(biāo)的具有不同的物理含義，因此其綱量和數(shù)量級并不相同，采用歸一化的方法對各指標(biāo)數(shù)值進(jìn)行處理，指標(biāo)歸一化后的計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 歸一化指標(biāo)結(jié)果

3.2 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

基于計(jì)算的指標(biāo)值，分別采用G1法、層次分析法兩種主觀評價(jià)法和熵權(quán)法、變異系數(shù)法兩種主客評價(jià)法計(jì)算典型方式電壓合格率、電壓波動(dòng)、無功交換總和、解并列及空充電壓合格率和靜態(tài)穩(wěn)定裕度五個(gè)指標(biāo)權(quán)重，如表2所示。

表2 指標(biāo)權(quán)重

由各指標(biāo)的權(quán)重，根據(jù)式(8)可求解兩種主觀評價(jià)法和兩種客觀評價(jià)法的各個(gè)指標(biāo)權(quán)重的期望E(wsj)和E(wbj)，然后根據(jù)式(9)求解主觀權(quán)重的重要因數(shù)αj和客觀權(quán)重的重要因數(shù)βj，結(jié)果如表3所示。

表3 主客觀權(quán)重期望和重要因數(shù)

根據(jù)式(10)和式(11)可進(jìn)一步可求得電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性評價(jià)的最優(yōu)組合權(quán)重。

Q=[0.248,0.188,0.205,0.146,0.213]

依據(jù)式(12)對9種特高壓分接頭擋位組合進(jìn)行評價(jià)，可得洪善和北岳特高壓主變分接頭擋位均為525 kV時(shí)，綜合評價(jià)得分最高為0.854。因此推薦兩特高壓主變分接頭均在525 kV擋位上。

4 結(jié)束語

本文針對傳統(tǒng)方法下特高壓主變分接頭擋位選擇的不足，提出了能全面反映出特高壓主變分接位置對電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性的影響的相關(guān)指標(biāo)。此外，利用矩估計(jì)理論求解最優(yōu)權(quán)重，使評價(jià)結(jié)果更為合理，對特高壓主變分接頭擋位選擇具有重要參考價(jià)值。