王今 蔡世魁 汪海燕 蘇波 熊平

（國網(wǎng)安徽省電力有限公司宿州供電公司）

0 引言

電網(wǎng)潮流計算對微電網(wǎng)的能量轉(zhuǎn)換、負(fù)荷監(jiān)控以及各類儲能裝置的保護均具有較大的影響，能夠改善微電網(wǎng)能源短缺的問題[1]。通常情況下，微電網(wǎng)中電源與負(fù)載之間的距離較近，運行方式具有一定的多樣性[2]，這就導(dǎo)致電網(wǎng)潮流分布情況與變化規(guī)律不同。因此，傳統(tǒng)配電網(wǎng)潮流計算模型不能夠較好地用于微電網(wǎng)潮流計算[3]。傳統(tǒng)的智能配電網(wǎng)態(tài)勢感知實現(xiàn)效果綜合評估模型，構(gòu)建綜合評估指標(biāo)體系，采用基于二項系數(shù)方法和多目標(biāo)規(guī)劃方法相結(jié)合的主客觀混合評估方法對綜合評估指標(biāo)體系進行賦權(quán)，實現(xiàn)配電網(wǎng)運行狀況的綜合評估。但是在實際運行過程中，容易受到多種因素的影響，導(dǎo)致潮流計算模型的負(fù)荷波動幅度較大，使負(fù)荷點潮流計算值與實際值時間存在較大的計算誤差，計算精度較低[4]。

態(tài)勢感知技術(shù)可以通過采集與預(yù)測微電網(wǎng)的各項參數(shù)，獲取微電網(wǎng)運行的軌跡變化趨勢，在一定程度上能夠提高潮流計算的準(zhǔn)確性[5]。

基于此，本文在傳統(tǒng)電網(wǎng)潮流計算模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合態(tài)勢感知技術(shù)，設(shè)計一種新的潮流計算模型，為電網(wǎng)規(guī)劃、運行及維護控制提供數(shù)據(jù)支持。

1 電網(wǎng)潮流計算模型設(shè)計

1.1 布設(shè)電網(wǎng)潮流下垂節(jié)點

本文設(shè)計的電網(wǎng)潮流計算模型，根據(jù)電網(wǎng)的實際運行狀況與運行特征，布設(shè)電網(wǎng)潮流下垂節(jié)點，為計算模型的建立提供基礎(chǔ)保障?；趶V義角度來說，電網(wǎng)潮流計算模型除了能夠較好地計算電網(wǎng)連續(xù)潮流以外，在一定程度上能夠調(diào)節(jié)與分配電網(wǎng)的電壓幅值[6]?？茖W(xué)合理的電網(wǎng)潮流下垂節(jié)點布設(shè)，能夠控制電網(wǎng)線路阻抗的不規(guī)律變化，更好地分配電網(wǎng)運行中各個裝置的功率分配[7]。因此需要對電網(wǎng)潮流的下垂節(jié)點進行合理布設(shè)設(shè)計。在電網(wǎng)中使用P-f/Q-U下垂控制模式，其下垂控制結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示。

圖1 電網(wǎng)下垂控制結(jié)構(gòu)示意圖

其對應(yīng)的DG裝置實際輸出電壓頻率的計算公式為：

式中，fa表示電網(wǎng)DG裝置實際輸出電壓頻率；fACa表示電網(wǎng)DG裝置額定電壓頻率；kMa表示電網(wǎng)DG裝置有功功率；MACa表示電網(wǎng)DG裝置額定有功功率；MAa表示電網(wǎng)DG裝置的實際輸出有功功率。通過計算，獲取電網(wǎng)DG裝置的實際輸出電壓頻率，在一定程度上能夠?qū)崟r反映電網(wǎng)潮流的變化趨勢。在此基礎(chǔ)上，控制電網(wǎng)DG裝置之間的無環(huán)流變化，保證裝置輸出電壓頻率相等，分別計算電網(wǎng)潮流下垂節(jié)點在有功功率與無功功率靜態(tài)下，節(jié)點對應(yīng)的下垂系數(shù)，計算公式分別為：

式中，qMa表示電網(wǎng)潮流下垂節(jié)點有功功率靜態(tài)下對應(yīng)的下垂系數(shù)；qNa表示電網(wǎng)潮流下垂節(jié)點無功功率靜態(tài)下對應(yīng)的下垂系數(shù)；fmax表示電網(wǎng)系統(tǒng)運行允許的最大頻率值；fmin表示電網(wǎng)系統(tǒng)運行允許的最小頻率值；MAa,max表示電網(wǎng)DG裝置運行允許的最大輸出有功功率；UAa,max表示電網(wǎng)DG裝置運行允許的最大輸出電壓幅值；UAa,min表示電網(wǎng)DG裝置運行允許的最小輸出電壓幅值；NAa,max表示電網(wǎng)DG裝置運行允許的最大無功功率。根據(jù)節(jié)點下垂系數(shù)的計算結(jié)果，獲取電網(wǎng)潮流下垂節(jié)點的布設(shè)參數(shù)，按照參數(shù)，在計算模型中，合理布設(shè)電網(wǎng)潮流下垂節(jié)點，為后續(xù)的電網(wǎng)潮流計算提供基礎(chǔ)保障。

1.2 基于態(tài)勢感知技術(shù)計算電網(wǎng)潮流

在上述電網(wǎng)節(jié)點下垂系數(shù)計算結(jié)束后，獲取到電網(wǎng)潮流下垂節(jié)點的輸出有功功率、輸出電壓幅值等參數(shù)，完成了潮流下垂節(jié)點的合理布設(shè)。在此基礎(chǔ)上，引入態(tài)勢感知技術(shù)，求解電網(wǎng)潮流值。將電網(wǎng)系統(tǒng)進行解列處理，劃分為多個無平衡節(jié)點矩陣，結(jié)合電網(wǎng)各個線路潮流計算類型特征，生成統(tǒng)一的潮流計算模型。結(jié)合上述布設(shè)的下垂節(jié)點的動態(tài)變化，實時獲取電網(wǎng)各項位置狀態(tài)變量的變化。利用態(tài)勢感知技術(shù)的預(yù)測功能，對電網(wǎng)設(shè)備的靜態(tài)與動態(tài)行為進行合理預(yù)測。結(jié)合預(yù)測結(jié)果，確定電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)平衡點，并計算穩(wěn)態(tài)平衡點的電網(wǎng)潮流，電網(wǎng)潮流計算模型的表達(dá)式為：

式中，Ua表示電網(wǎng)負(fù)荷在實際節(jié)點的電壓幅值；ULa表示電網(wǎng)負(fù)荷設(shè)定電壓幅值；KPa表示電網(wǎng)負(fù)荷在靜態(tài)運行模式下頻率的功率指數(shù)。根據(jù)潮流計算模型的表達(dá)式，實時計算電網(wǎng)的連續(xù)潮流與常規(guī)潮流，獲取電網(wǎng)潮流的動態(tài)變化，為電網(wǎng)的規(guī)劃、運行及控制保護提供保障。

2 實驗分析

2.1 實驗設(shè)置

為了進一步對該計算模型的可行性做出客觀分析，進行如下文所示的實驗。選取某實驗室交流微電網(wǎng)算例系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)作為研究目標(biāo)，該微電網(wǎng)算例系統(tǒng)由IEEE17節(jié)點與5個DG裝置共同組成，其綜合控制無平衡節(jié)點結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 微電網(wǎng)綜合控制無平衡節(jié)點結(jié)構(gòu)圖

如圖2所示，為本次實驗選取的微電網(wǎng)算例系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。DG裝置包含的無功補償設(shè)備對應(yīng)的空載電壓頻率約為1.05pu。該微電網(wǎng)算例系統(tǒng)運行過程中，穩(wěn)態(tài)頻率范圍為[0.869,1.002]，參考相位角為0rad。將上述本文設(shè)計的電網(wǎng)潮流計算模型應(yīng)用到該電網(wǎng)算例系統(tǒng)中。首先，設(shè)置模型中的計算參數(shù)，設(shè)置電網(wǎng)潮流初始點的初始值為0，電網(wǎng)潮流變化負(fù)荷通過恒功率因數(shù)的增長方式增長，負(fù)荷有功功率的步長設(shè)置為固定步長，不隨著電網(wǎng)潮流的變化而改變。在電網(wǎng)潮流計算中，利用態(tài)勢感知技術(shù)，采集電網(wǎng)連續(xù)潮流與常規(guī)潮流的變化參數(shù)，在模型輸入層，輸入電網(wǎng)算例系統(tǒng)各個節(jié)點支路參數(shù)與初始電壓幅值，并實時進行參數(shù)增補校正，獲取擴展電網(wǎng)潮流方程組，根據(jù)校正結(jié)果，判斷連續(xù)潮流的變化是否結(jié)束，對各個節(jié)點支路的計算結(jié)果進行校正處理，得出電網(wǎng)潮流最大負(fù)荷點與最小負(fù)荷點的參數(shù)值。在潮流計算過程中，綜合考慮電網(wǎng)算例系統(tǒng)下垂控制DG裝置功率的變化狀況，避免裝置額定有功功率變化超出控制范圍，破壞電網(wǎng)功率平衡。

2.2 實驗結(jié)果與分析

為了更加直觀地驗證本文設(shè)計計算模型的有效性，采用對比分析的實驗方法，將上述設(shè)計的基于態(tài)勢感知技術(shù)的電網(wǎng)潮流計算模型，與傳統(tǒng)的基于LSTM-注意力機制的潮流計算模型做出對比，設(shè)置本文計算模型為實驗組，傳統(tǒng)計算模型為對照組。隨機設(shè)置6組不同變化趨勢的負(fù)荷點與電網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)點，調(diào)整下垂控制DG裝置的運行狀態(tài)，利用兩種計算模型，分別進行完整的連續(xù)潮流計算，在電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷裕度不同的情況下，采用有限元分析軟件，測定兩種模型電網(wǎng)潮流計算結(jié)果的相對誤差，并對比，結(jié)果如下表所示。

表 兩種模型電網(wǎng)潮流計算結(jié)果相對誤差對比

根據(jù)表中的對比結(jié)果可知，在兩種電網(wǎng)潮流計算模型中，本文設(shè)計的模型，其電網(wǎng)潮流計算值與實際潮流值更加接近，相對誤差較小，均在1.46%以下，與傳統(tǒng)計算模型相比，計算精度得到顯著提升。在此基礎(chǔ)上，利用MATLAB分析軟件，深入分析電網(wǎng)安全態(tài)勢值的變化，如圖3所示。

圖3 兩種模型電網(wǎng)安全態(tài)勢值變化對比

根據(jù)圖3的對比結(jié)果可知，本文設(shè)計的基于態(tài)勢感知技術(shù)的計算模型，其電網(wǎng)運行安全態(tài)勢預(yù)測值的變化趨勢與態(tài)勢真實值的變化趨勢更加接近，優(yōu)勢顯著。

3 結(jié)束語

為了改進傳統(tǒng)電網(wǎng)潮流計算模型精度較低，不適用于電網(wǎng)信號遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯栴}。在傳統(tǒng)計算模型的基礎(chǔ)上，引入態(tài)勢感知技術(shù)，設(shè)計一種新的電網(wǎng)潮流計算模型。通過本文的研究，全方位地提升了電網(wǎng)潮流計算的準(zhǔn)確率，有利于控制電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷的不確定波動，使電網(wǎng)的運行更加穩(wěn)定，具有重要的研究意義，以期為我國電網(wǎng)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出一定貢獻。