EMS網(wǎng)絡(luò)模型與外網(wǎng)整合實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)潮流計(jì)算的方法

湯必強(qiáng) ，汪勝和 ，李 峰 ，於益軍

(1.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院，江蘇南京210003；2.安徽省電力公司電力調(diào)度中心，安徽合肥230061)

隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速增長，電力工業(yè)得到了長足的發(fā)展，我國電網(wǎng)將成為世界上規(guī)模最大和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的電網(wǎng)。與此同時，電力系統(tǒng)的調(diào)度控制管理仍然采用分層分區(qū)的模式。各級電力調(diào)度中心的能量管理系統(tǒng)（EMS）通常只對本管轄區(qū)域的電網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建模，對外網(wǎng)采用等值的方法進(jìn)行模型處理。因此在EMS潮流計(jì)算中，外網(wǎng)（全網(wǎng)中本管轄區(qū)域以外的部分）對內(nèi)網(wǎng)（本管轄區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)）的影響不能得到準(zhǔn)確反映。

全網(wǎng)模型下的潮流計(jì)算能真正反映外網(wǎng)對內(nèi)網(wǎng)的影響，目前有兩種計(jì)算方法，一是集中式建模，即在EMS中將全網(wǎng)都進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建模。通常采用將各個調(diào)度中心已建好的電網(wǎng)模型進(jìn)行拼接，形成全網(wǎng)模型[1]。采用該模型，可以方便地進(jìn)行全網(wǎng)潮流計(jì)算。但是，該模型拼接是為了通過全網(wǎng)模型進(jìn)行電力系統(tǒng)的監(jiān)控和一體化分析，拼接工作涉及的模型數(shù)據(jù)不僅僅包括潮流計(jì)算所需的數(shù)據(jù)，而是整個EMS正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需的所有數(shù)據(jù)。因此，拼接和維護(hù)的工作量十分巨大，需要專人負(fù)責(zé)。二是分布式建模，即利用各個調(diào)度中心EMS已經(jīng)建立的電網(wǎng)模型，在各EMS之間進(jìn)行計(jì)算數(shù)據(jù)的交互與迭代，以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)潮流計(jì)算。文獻(xiàn)[2]提出了一種分布式潮流計(jì)算的“主從分裂算法”。文獻(xiàn)[3]以松弛牛頓法潮流求解公式為出發(fā)點(diǎn)，首先利用矩陣分裂法，將互聯(lián)電網(wǎng)分解為相互獨(dú)立的子系統(tǒng)，然后利用矩陣求逆運(yùn)算的Sherman-Morrison-Woodbery公式對各子系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)求解。也有學(xué)者提出使用戴維南等值理論來構(gòu)造外層迭代格式的分布式潮流分解協(xié)調(diào)算法[4，5]。以上算法都需要構(gòu)造外層協(xié)調(diào)迭代計(jì)算。另外，文獻(xiàn)[6]提出基于計(jì)算模型拼接的互聯(lián)系統(tǒng)分布式潮流計(jì)算方法，該算法在子網(wǎng)間無任何外層協(xié)調(diào)迭代計(jì)算，從而避免了復(fù)雜的算法組織模式，同時具備和全網(wǎng)一體化計(jì)算完全一致的計(jì)算結(jié)果。不管是集中式建模還是分布式建模，都屬于分布式潮流的范疇，需要在各個調(diào)度中心進(jìn)行不同程度的協(xié)調(diào)和組織，單個調(diào)度中心人員沒辦法獨(dú)立完成。而我國大多數(shù)電力系統(tǒng)調(diào)度中心所用的BPA離線分析計(jì)算軟件的潮流計(jì)算模型文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，便于程序解析。將其用于與已有EMS網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行整合，能夠有效地解決這一問題。

1模型整合方法

本文主要考慮在不具備分布式潮流計(jì)算條件下，如何方便地進(jìn)行全網(wǎng)模型下的潮流計(jì)算；在將本地EMS網(wǎng)絡(luò)模型擴(kuò)展到全網(wǎng)模型進(jìn)行潮流計(jì)算時，力求實(shí)現(xiàn)外網(wǎng)模型的建立過程盡可能簡化、快速，同時又保證外網(wǎng)模型的接入不影響邊界設(shè)備潮流。

通常用于電力系統(tǒng)運(yùn)行方式分析的BPA格式的潮流計(jì)算文件是全網(wǎng)潮流計(jì)算文件，包括本區(qū)域的設(shè)備模型。因此，需要在整合前剔除掉BPA文件中與本EMS已建模型重復(fù)的部分。剔除方法采用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋸V度搜索原理，在BPA文件中選取一個本EMS已經(jīng)建模的節(jié)點(diǎn)，作為搜索起始節(jié)點(diǎn)，向外搜索，直到搜索到聯(lián)絡(luò)支路為止；將搜索到的所有設(shè)備從BPA潮流計(jì)算文件中剔除，形成純外網(wǎng)模型。將剔除內(nèi)網(wǎng)設(shè)備的BPA外網(wǎng)模型導(dǎo)入到EMS網(wǎng)絡(luò)模型數(shù)據(jù)庫中，并根據(jù)聯(lián)絡(luò)支路及節(jié)點(diǎn)對應(yīng)關(guān)系，將EMS模型中的聯(lián)絡(luò)支路靠近外網(wǎng)側(cè)的節(jié)點(diǎn)用BPA網(wǎng)絡(luò)模型中的對應(yīng)節(jié)點(diǎn)代替，形成內(nèi)外網(wǎng)連為一體的全網(wǎng)模型。

文中提出的將EMS網(wǎng)絡(luò)模型與外網(wǎng)BPA網(wǎng)絡(luò)模型整合的方法，包括下列步驟：（1）定義EMS中已建網(wǎng)絡(luò)模型與外部網(wǎng)絡(luò)模型之間的聯(lián)絡(luò)支路，以及聯(lián)絡(luò)支路對應(yīng)BPA潮流計(jì)算文件中的節(jié)點(diǎn)名稱和電壓等級，建立聯(lián)絡(luò)支路及節(jié)點(diǎn)對應(yīng)關(guān)系。（2）對BPA網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行預(yù)處理，通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接關(guān)系，剔除掉BPA潮流計(jì)算文件中與EMS已建模型（即內(nèi)網(wǎng)模型）重復(fù)的部分。（3）將BPA潮流計(jì)算文件中剩下的網(wǎng)絡(luò)模型（即外部網(wǎng)絡(luò)模型）與EMS已建模型（即內(nèi)網(wǎng)模型）進(jìn)行拼接整合，形成全網(wǎng)模型。（4）針對內(nèi)網(wǎng)潮流方式，根據(jù)靈敏度分析調(diào)整外網(wǎng)發(fā)電機(jī)及負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的注入量，使得全網(wǎng)潮流計(jì)算后邊界聯(lián)絡(luò)支路的潮流與整合前內(nèi)網(wǎng)潮流方式一致。

2邊界聯(lián)絡(luò)線潮流調(diào)整

由于BPA潮流計(jì)算模型文件主要用于離線分析計(jì)算，外網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行方式不一定與當(dāng)前EMS系統(tǒng)中的運(yùn)行方式一致。因此，文中采用根據(jù)靈敏度分析結(jié)果調(diào)整外網(wǎng)發(fā)電機(jī)及負(fù)荷節(jié)點(diǎn)注入量的方法。節(jié)點(diǎn)有功注入功率變化引起的支路潮流變化量的計(jì)算公式[7]如下：

式中：ΔPi為節(jié)點(diǎn) i有功功率變化量；Δ為引起支路k的有功功率變化量；Gk-1為節(jié)點(diǎn)功率轉(zhuǎn)移分布因子；X為電納矩陣的逆陣；m和n分別是支路k的兩端節(jié)點(diǎn)號。

根據(jù)式（1）可以計(jì)算出發(fā)電機(jī)和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)有功注入的變化量與引起的聯(lián)絡(luò)支路潮流變化量的關(guān)系。對所有外網(wǎng)發(fā)電機(jī)和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)功率轉(zhuǎn)移分布因子進(jìn)行排序，按照轉(zhuǎn)移分布因子絕對值大小順序?qū)ν饩W(wǎng)發(fā)電機(jī)和負(fù)荷功率進(jìn)行調(diào)整。

在進(jìn)行功率調(diào)整時，需要考慮以下幾點(diǎn)：（1）調(diào)整過程中，發(fā)電機(jī)出力不能超出實(shí)際出力的上下限值。當(dāng)出力被調(diào)節(jié)到其限值時，該發(fā)電機(jī)失去調(diào)節(jié)能力，繼續(xù)調(diào)節(jié)下一臺機(jī)組出力。（2）調(diào)整過程中，負(fù)荷的最小功率為0，即不考慮負(fù)荷向電網(wǎng)發(fā)送功率。（3）根據(jù)邊界聯(lián)絡(luò)線偏差量及轉(zhuǎn)移分布因子調(diào)整外網(wǎng)發(fā)電機(jī)和負(fù)荷功率后，從發(fā)用電平衡的角度出發(fā)，需要檢查發(fā)電機(jī)功率的調(diào)整總量是否與負(fù)荷功率的調(diào)整總量相等。如果不相等，調(diào)整對聯(lián)絡(luò)線功率轉(zhuǎn)移分布因子絕對值很小的發(fā)電機(jī)或負(fù)荷功率，確保系統(tǒng)發(fā)用電平衡。

通過以上功率調(diào)整，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)潮流計(jì)算后的邊界聯(lián)絡(luò)支路的潮流與整合前內(nèi)網(wǎng)潮流方式一致，具體流程見圖1。

3算例結(jié)果

圖1外網(wǎng)發(fā)電機(jī)和負(fù)荷功率調(diào)整的計(jì)算流程

以江蘇電網(wǎng)EMS 2007年8月1日極值斷面和華東電網(wǎng)2007年夏季典型運(yùn)行方式的BPA潮流計(jì)算文件為例，檢驗(yàn)EMS網(wǎng)絡(luò)模型與外網(wǎng)BPA網(wǎng)絡(luò)模型整合的過程和結(jié)果。內(nèi)網(wǎng)（江蘇電網(wǎng)）與外網(wǎng)（華東電網(wǎng)除去江蘇部分）聯(lián)絡(luò)支路和BPA節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

模型整合步驟如下：（1）確定算例中江蘇電網(wǎng)與外網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)支路與BPA節(jié)點(diǎn)對應(yīng)關(guān)系，形成聯(lián)絡(luò)支路及節(jié)點(diǎn)對應(yīng)關(guān)系。（2）剔除掉BPA潮流計(jì)算文件中與EMS已建模型重復(fù)部分。選取搜索起始節(jié)點(diǎn)為“JTJ_03__，10.5 kV”。剔除BPA文件中全部江蘇內(nèi)網(wǎng)設(shè)備。（3）將華東外網(wǎng)BPA模型導(dǎo)入到江蘇EMS網(wǎng)絡(luò)模型數(shù)據(jù)庫中，將EMS模型中聯(lián)絡(luò)支路靠近外網(wǎng)側(cè)的節(jié)點(diǎn)用BPA網(wǎng)絡(luò)模型中對應(yīng)節(jié)點(diǎn)代替，形成內(nèi)外網(wǎng)連為一體的全網(wǎng)模型。（4）進(jìn)行全網(wǎng)潮流計(jì)算，得到邊界聯(lián)絡(luò)支路的功率潮流。計(jì)算全部外網(wǎng)發(fā)電機(jī)和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)對聯(lián)絡(luò)支路功率轉(zhuǎn)移分布因子；然后根據(jù)圖1給出的功率調(diào)整流程，對外網(wǎng)發(fā)電機(jī)和負(fù)荷功率進(jìn)行調(diào)整；再計(jì)算調(diào)整后的全網(wǎng)潮流。

表1聯(lián)絡(luò)支路及節(jié)點(diǎn)定義

將整合后的全網(wǎng)模型潮流計(jì)算結(jié)果與未整合外網(wǎng)模型前的江蘇內(nèi)網(wǎng)潮流結(jié)果進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)線路有功潮流偏差小于2%，母線電壓幅值偏差小于1%。整合前后邊界聯(lián)絡(luò)支路的潮流偏差見表2，可以看出整合前后的江蘇內(nèi)網(wǎng)潮流方式基本一致。

表2整合外網(wǎng)前后聯(lián)絡(luò)支路有功潮流結(jié)果比對

4結(jié)束語

采用EMS網(wǎng)絡(luò)模型與外網(wǎng)BPA網(wǎng)絡(luò)模型整合進(jìn)行全網(wǎng)潮流計(jì)算的方法，可在不具備分布式潮流計(jì)算的條件下對全網(wǎng)模型進(jìn)行潮流計(jì)算。同時該方法有別于已有的集中建模計(jì)算，采用全網(wǎng)BPA潮流計(jì)算文件作為外網(wǎng)模型的來源，不進(jìn)行全網(wǎng)一體化建?；蜻M(jìn)行實(shí)際的設(shè)備詳細(xì)模型拼接，由于BPA潮流計(jì)算文件中的網(wǎng)絡(luò)模型比實(shí)際電網(wǎng)設(shè)備模型有很大的簡化，因此節(jié)省了大量的數(shù)據(jù)庫建模和實(shí)際設(shè)備模型拼接的工作，使用方便，快捷，便于維護(hù)，非常適合工程化應(yīng)用。該方法已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用于安徽電網(wǎng)DTS系統(tǒng)，將安徽外網(wǎng)模型接入仿真，能有效反映電網(wǎng)出現(xiàn)大擾動下的聯(lián)絡(luò)線潮流轉(zhuǎn)移，對安徽電網(wǎng)調(diào)度人員培訓(xùn)及聯(lián)合反事故演習(xí)提供了有力支持。

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