［摘 要］網(wǎng)架重構(gòu)階段是電力系統(tǒng)恢復(fù)的重要階段，需要使電網(wǎng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)更快更優(yōu)地滿足約束條件。文章基于PSS/E 給出的OPF 優(yōu)化方案，將無(wú)功優(yōu)化措施對(duì)電網(wǎng)的影響進(jìn)行計(jì)算，提出就近調(diào)整原則，最后通過(guò)山東電網(wǎng)的算例驗(yàn)證了該方案的可行性。

［關(guān)鍵詞］電力系統(tǒng)恢復(fù)；PSS/E 仿真；網(wǎng)架重構(gòu)；無(wú)功優(yōu)化；就近調(diào)整

［中圖分類號(hào)］TM73 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）05–0040–03

隨著電網(wǎng)負(fù)荷持續(xù)增加，運(yùn)行條件接近穩(wěn)定極限。如果局部操作不當(dāng)，極易造成大面積停電事故，因此，做好電網(wǎng)停電事故發(fā)生后的處理預(yù)案（網(wǎng)架重構(gòu)）十分重要。在網(wǎng)架重構(gòu)前期，系統(tǒng)整體負(fù)荷水平較低，應(yīng)特別注意無(wú)功功率平衡問(wèn)題，避免出現(xiàn)發(fā)電機(jī)吸收的無(wú)功功率超過(guò)其進(jìn)相能力，以及大量容性無(wú)功功率流過(guò)線路所造成的電壓升高等問(wèn)題。因此，探究一套行之有效的電壓優(yōu)化調(diào)整方案尤為重要。

1 電力系統(tǒng)網(wǎng)架恢復(fù)穩(wěn)態(tài)校驗(yàn)的指標(biāo)與基本方法

在網(wǎng)架恢復(fù)過(guò)程中，越限情況多以線路過(guò)電壓為主。電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，電壓標(biāo)幺值最高值不超過(guò)1.05，最低值不小于0.95。而在網(wǎng)架恢復(fù)過(guò)程中，文章適當(dāng)把條件放寬，最高值不高于1.10，最低值不小于0.90，并將發(fā)電機(jī)發(fā)出的無(wú)功設(shè)定為不小于0。

對(duì)穩(wěn)態(tài)電壓優(yōu)化調(diào)整的基本方法可分為4 類。

（1）改變發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓。

（2）改變變壓器變比。

（3）增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置。

（4）改變線路參數(shù)及運(yùn)用負(fù)荷。

一般用等網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則來(lái)進(jìn)行無(wú)功優(yōu)化。

2 基于OPF的無(wú)功優(yōu)化就近調(diào)整方案

2.1 PSS/E的OPF潮流優(yōu)化功能

PSS/E（電力系統(tǒng)仿真軟件）是由美國(guó)電力技術(shù)公司專門為電力系統(tǒng)分析而設(shè)計(jì)的綜合仿真軟件包。OPF 優(yōu)化潮流是PSS/E 軟件中內(nèi)嵌的一個(gè)功能強(qiáng)大的潮流優(yōu)化算法。

OPF 方法架構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，能夠給出不越限狀態(tài)下的最優(yōu)解和越限狀態(tài)下使越限母線最少的優(yōu)化解，但唯一不足的是調(diào)整方案步數(shù)較多，而PSS/E 軟件中也沒有給出一個(gè)使操作數(shù)最小的優(yōu)化函數(shù)。

因此，減小單步操作步數(shù)，以及減少多步恢復(fù)的操作數(shù)是一個(gè)值得探究的問(wèn)題。

2.2 基于OPF的無(wú)功優(yōu)化方案探究

文章基于牛頓拉夫遜算法，用Python 語(yǔ)言編寫自動(dòng)化程序，自動(dòng)獲取整個(gè)系統(tǒng)的所有運(yùn)行母線的電壓情況，并判斷越限線路，具體思路如圖1 所示。

其中，不安全母線是指母線電壓標(biāo)幺值不在[0.95，1.05] 范圍內(nèi)的值，越限母線是指母線電壓標(biāo)幺值不在[0.90，1.10] 范圍內(nèi)的值。

2.3 基于OPF的就近調(diào)整原則

引入母線段數(shù)的概念，一段是指與被調(diào)整母線直接連接的母線，二段是與一段直接連接的母線，以此類推。

通過(guò)山東電網(wǎng)實(shí)際算例分別對(duì)調(diào)整發(fā)電機(jī)電壓、投切電容電抗、改變負(fù)載這3 種措施對(duì)母線電壓的影響進(jìn)行探究。

結(jié)果顯示，當(dāng)發(fā)電機(jī)自身調(diào)整0.01 時(shí)，周圍相鄰線路會(huì)變化0.005 左右，但發(fā)電機(jī)受無(wú)功出力最大值限制，電壓不易靈活調(diào)整。

在相鄰的220 kV 線路擴(kuò)展大于三段時(shí)，無(wú)功補(bǔ)償調(diào)整幅度小于0.001。當(dāng)母線電壓調(diào)整幅度在0.003左右，相鄰的高壓側(cè)線路220 kV 和500 kV 會(huì)相應(yīng)調(diào)整0.001 左右，而三段的母線變化會(huì)小于0.001。且無(wú)功補(bǔ)償對(duì)相鄰發(fā)電機(jī)的母線電壓影響極小。

負(fù)載的變化可以直接反應(yīng)于相鄰母線的電壓標(biāo)幺值變化，可以連續(xù)平滑地調(diào)整周圍母線電壓值。

通過(guò)上述分析，母線距離調(diào)整點(diǎn)距離越近，母線電壓調(diào)整幅度越大?；诖颂岢鼍徒{(diào)整原則，去除OPF 優(yōu)化方案中距離越限母線較遠(yuǎn)的調(diào)整點(diǎn)和調(diào)整幅度較小的節(jié)點(diǎn)步驟，達(dá)到減少網(wǎng)架恢復(fù)操作數(shù)的目的。該方法思路清晰，理論性和可行性較強(qiáng)。

3 算例分析

3.1 山東電網(wǎng)概述

山東電網(wǎng)有17 個(gè)地市公司，擁有220 kV 以上變電站319 座，其中500 kV 變電所29 座。文章假設(shè)山東電網(wǎng)全部失電，從泰山電站進(jìn)行黑啟動(dòng)開始，通過(guò)30 步的恢復(fù)，到達(dá)文章的恢復(fù)起點(diǎn)。然后運(yùn)用山東電網(wǎng)決策系統(tǒng)給出的恢復(fù)路徑，綜合考慮負(fù)荷重要度和經(jīng)濟(jì)性等因素，再進(jìn)行15 步恢復(fù)。

3.2 結(jié)果展示及分析

3.2.1 恢復(fù)步驟

Step 1 ：?jiǎn)?dòng)黃臺(tái)電廠，平衡機(jī)濟(jì)寧電廠，黃臺(tái)電廠有功31.35 MW。

Step 2 ：恢復(fù)彩虹站230 kV 線路。

Step 3 ：恢復(fù)賢文站230 kV 線路。

Step 4 ：?jiǎn)?dòng)南定熱電，博山站投72 MW，平衡機(jī)濟(jì)寧電廠，南定電廠有功72.5 MW。

Step 5 ：恢復(fù)里彥電廠230 kV 線路。

Step 6 ：恢復(fù)棗莊站500 kV 線路。

Step 7 ：恢復(fù)棗莊站230 kV 線路，棗莊站230 kV線路投入40.8 MW 負(fù)荷。

Step 8 ：恢復(fù)韓倉(cāng)站230 kV 線路。

Step 9 ：恢復(fù)大正站230 kV 線路。

Step 10 ：恢復(fù)滕州熱電230 kV 線路。

Step 11 ：恢復(fù)沂蒙500 kV 線路。

Step 12 ：恢復(fù)沂蒙230 kV 線路，沂蒙230 kV 線路投入47.4 MW 負(fù)荷。

Step 13 ：博山站230 kV 線路投117 MW 負(fù)荷。

Step 14：付家站投33 MW 負(fù)荷，平衡機(jī)濟(jì)寧電廠，白楊河有功150 MW。

Step 15 ：恢復(fù)費(fèi)縣230 kV 線路。

3.2.2 山東電網(wǎng)實(shí)際算例分析

文章分別進(jìn)行了不優(yōu)化、通過(guò)OPF 逐步優(yōu)化及就近調(diào)整優(yōu)方案，并得出如下結(jié)論。

OPF 逐步優(yōu)化：15 步內(nèi)，不完全越限22 次，越限12 次。

就近調(diào)整優(yōu)化：15 步內(nèi)，不完全越限27 次，越限12 次。

不優(yōu)化：15 步內(nèi)，不完全越限53 次，越限14 次。

抽取就近調(diào)整優(yōu)化方案中的Step 1、4、7、11、15 的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，如圖2–6 所示。

由圖2–6 可以看出，就近調(diào)整優(yōu)化和OPF 逐步優(yōu)化的效果基本相同。在這15 步的恢復(fù)過(guò)程中，OPF逐步優(yōu)化操作了106 次，就近調(diào)整優(yōu)化只調(diào)整了10 次，大幅簡(jiǎn)化了優(yōu)化步驟。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章對(duì)電力系統(tǒng)網(wǎng)架重構(gòu)階段電壓調(diào)整策略進(jìn)行了詳細(xì)分析，并提出基于PSS/E 的OPF 優(yōu)化方案。實(shí)踐證明，該方案具有一定的科學(xué)性和實(shí)用性，且操作步驟少，可作為快速恢復(fù)電力系統(tǒng)，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整的參考性方案。

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