計及電網(wǎng)拓?fù)鋬?yōu)化的電壓支撐決策模型

孫東磊，韓學(xué)山，張 波

（山東大學(xué) 電網(wǎng)智能化調(diào)度與控制教育部重點實驗室，山東 濟(jì)南 250061）

0 引言

發(fā)電與用電在時空上產(chǎn)生差異，同時又考慮資源互補(bǔ)、安全可靠的前提下，誕生了互聯(lián)電網(wǎng)，并伴隨著出現(xiàn)了功率傳輸?shù)碾妷褐螁栴}。之所以稱其為電壓支撐是因為電力系統(tǒng)承載著一個發(fā)電側(cè)驅(qū)動功率和用電側(cè)制動功率的平衡，該平衡的能力和裕度與電壓水平有關(guān)。

電壓是衡量電網(wǎng)運行質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，其質(zhì)量及分布與主動電壓支撐源（同步發(fā)電機(jī)組）的勵磁調(diào)節(jié)能力、電網(wǎng)的有功模式以及輸配電網(wǎng)設(shè)備感性、容性的分布有關(guān)。作為被支撐的對象，有功功率的分布影響著電網(wǎng)設(shè)備感性、容性特征，進(jìn)而影響電壓分布。電網(wǎng)設(shè)備感性、容性特征在電網(wǎng)運行中通常以感性或容性無功的形式來表示，因此，電壓質(zhì)量主要取決于電網(wǎng)無功潮流分布是否合理。傳統(tǒng)電網(wǎng)輸電和配電邏輯清晰，環(huán)狀輸電網(wǎng)中主要是以優(yōu)化電網(wǎng)無功潮流分布的無功優(yōu)化為主，輻射狀的配電網(wǎng)中則注重邏輯化解析程度很高的中樞點電壓管理和配網(wǎng)重構(gòu)?；谳斉潆娺壿嬊逦膫鹘y(tǒng)概念的以無功優(yōu)化為核心的全網(wǎng)統(tǒng)一的分級分層協(xié)調(diào)的自動電壓控制技術(shù)如今在理論研究和實踐上已相對成熟[1-6]。

新形勢下，隨著傳統(tǒng)的化石能源發(fā)電日趨削減，風(fēng)光等分布式資源發(fā)電逐漸地、且有迅猛發(fā)展趨勢地并入電網(wǎng)，以及電力市場競爭機(jī)制的不斷推進(jìn)，使電網(wǎng)架構(gòu)悄然、漸進(jìn)地改變，電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出新的特點：并入電網(wǎng)的電源存在時空分布上的不均衡性，主要體現(xiàn)在地域分布上的不均衡性、電源容量大小及容量利用因子的不均衡性；源網(wǎng)流向存在時空分布上的不清晰性，輸配電固有格局將被逐步打破，輸電和配電難以清晰分離。以上均使現(xiàn)有電網(wǎng)電壓調(diào)控手段和電壓支撐優(yōu)化決策理論框架面臨挑戰(zhàn)，具有適應(yīng)形勢發(fā)展不斷更新完善的迫切需求。在此背景下，如何深入研究電網(wǎng)電壓支撐規(guī)律，充分挖掘電壓支撐中潛在的主動因素以實現(xiàn)高效率的電壓調(diào)控是目前亟待解決的問題。

為保證電網(wǎng)可靠運行，電網(wǎng)拓?fù)浼軜?gòu)及其傳輸容量均處于冗余狀態(tài)，但實際上并不是冗余度越高，系統(tǒng)運行越可靠，具體要以實際運行情況而定，這就是電力系統(tǒng)可靠性問題的非同調(diào)現(xiàn)象[7]，即一個元件從系統(tǒng)中缺省反而產(chǎn)生一個更可靠的系統(tǒng)狀態(tài)。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)對電壓支撐起著重要作用。傳統(tǒng)的短期運行調(diào)度中，電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常是不變的，并不參與電網(wǎng)調(diào)控，其原因在于保護(hù)配置整定技術(shù)和自動化水平難以達(dá)到實時拓?fù)淇刂频囊?。隨著繼電保護(hù)技術(shù)和通信自動化水平的提高，現(xiàn)代電網(wǎng)基本具備了正常運行狀態(tài)下實時拓?fù)淇刂粕踔潦侵鲃咏饬羞\行的條件。因此，在兼顧電網(wǎng)安全性和可靠性的前提下，允許輸配電元件運行狀態(tài)切換無疑會豐富電網(wǎng)的可控手段，不失為一種改善電壓支撐水平的有效方法。目前國內(nèi)外學(xué)者已對事故情況下通過改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟韵旊娮枞托Ｕ妷喊踩冗_(dá)成了共識[8-10]，但對在短期運行調(diào)度中發(fā)揮電網(wǎng)自身潛力的研究還很少。文獻(xiàn)[11]首次提出正常運行狀態(tài)下網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化，并將其應(yīng)用于電網(wǎng)降損實踐。文獻(xiàn)[12]提出了輸電線路運行狀態(tài)實時決策以實現(xiàn)市場環(huán)境下電網(wǎng)可調(diào)度的構(gòu)想。文獻(xiàn)[13]提出了輸電網(wǎng)重構(gòu)的概念，通過改變輸電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來降低短路電流和優(yōu)化系統(tǒng)潮流等。而至今，正常運行狀態(tài)下，在短期運行調(diào)度中通過優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以改善電壓支撐水平的研究國內(nèi)外鮮有報道。

為此，本文首先分析了電壓支撐的特點，并就新形勢下電網(wǎng)電壓支撐面臨的幾個問題予以分析，隨之給出了考慮電網(wǎng)拓?fù)鋬?yōu)化的電壓支撐決策模型及其求解方法，最后以含風(fēng)電的IEEE 118節(jié)點系統(tǒng)為例對本文所提方法進(jìn)行了有效性驗證。

1 電壓支撐決策及其特點

具有主動勵磁調(diào)節(jié)能力的同步發(fā)電機(jī)組是電力系統(tǒng)中最本質(zhì)的電壓支撐源，電網(wǎng)中任一節(jié)點電壓均是以發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓為參考而分布的，因此其可視為廣義的電樞反應(yīng)的結(jié)果。電壓支撐決策的難點在于利用少量的控制量跟蹤控制數(shù)倍于控制量的母線電壓狀態(tài)量，是不完全可控問題，而電壓控制得以實施的條件是母線電壓允許的波動范圍是相對寬松的，即電壓約束具有“軟約束”特性，這是人造電力系統(tǒng)在一定條件下實現(xiàn)自動運行的技術(shù)基礎(chǔ)。電壓支撐決策實際上就是各機(jī)端電壓之間的協(xié)調(diào)并輔以電網(wǎng)參數(shù)感性、容性分布的調(diào)整（在此統(tǒng)稱柔性控制技術(shù)，包括變壓器分接頭調(diào)整、靈活補(bǔ)償與控制），即主動電壓支撐源與柔性控制技術(shù)之間體現(xiàn)為合作的關(guān)系。因此，電網(wǎng)電壓支撐是主動電壓支撐與柔性控制技術(shù)有機(jī)統(tǒng)一、協(xié)調(diào)合作的結(jié)果。

實際上，電網(wǎng)拓?fù)浼軜?gòu)對電網(wǎng)電壓支撐具有重要作用，固定電網(wǎng)結(jié)構(gòu)限制了電網(wǎng)電壓調(diào)控能力的發(fā)揮，僅依賴于源的調(diào)整的電壓支撐方式具有局限性，而電網(wǎng)電壓支撐也會出現(xiàn)非同調(diào)現(xiàn)象，即一個輸配電元件從系統(tǒng)中缺省反而產(chǎn)生一個更優(yōu)的電壓支撐狀態(tài)。若將電網(wǎng)拓?fù)鋬?yōu)化納入柔性控制技術(shù)范疇，即以輸配電元件狀態(tài)為決策量融入到電壓支撐決策模型中勢必會增強(qiáng)電網(wǎng)電壓支撐的靈活性。此外，傳統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度理論框架中把支路載流限制放在有功決策中考慮，無功優(yōu)化模型中則不再考慮，而實際上無功決策后也會存在支路載流越限的情形[14]，由于本文考慮支路運行狀態(tài)決策，因此在模型中考慮支路載流限制。

2 新形勢下電網(wǎng)電壓支撐面臨的幾個問題

2.1 基于直流潮流的傳輸路徑優(yōu)化與電壓支撐的協(xié)調(diào)

未來電力系統(tǒng)多變情形下，固定電網(wǎng)結(jié)構(gòu)將使經(jīng)濟(jì)調(diào)度中源網(wǎng)間關(guān)系更多地處于沖突狀態(tài)[15]，主要是由于電網(wǎng)絡(luò)的基爾霍夫電壓定律（KVL）約束制約了部分輸電元件傳輸容量的發(fā)揮，使得經(jīng)濟(jì)發(fā)電機(jī)組發(fā)電外送能力受到限制，而若停運部分線路則可釋放經(jīng)濟(jì)運行機(jī)組發(fā)電能力從而提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性，本文把這種現(xiàn)象稱為電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運行中的非同調(diào)現(xiàn)象，即一個輸配電元件從系統(tǒng)中缺省反而產(chǎn)生一個更經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)狀態(tài)。為此，文獻(xiàn)[16-18]等提出了融入輸電元件狀態(tài)為決策量的調(diào)度方法，即傳輸路徑優(yōu)化 OTS（Optimal Transmission Switching），但其均是在直流潮流條件下決策的，而忽略了電壓支撐的影響。實際上，忽略源平衡的電壓支撐的影響勢必會影響決策的結(jié)果，決策結(jié)果在實際中不可行或是在實際中可行但其經(jīng)濟(jì)效果比固定電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下決策的經(jīng)濟(jì)效果差的情況在所難免。因此，拓?fù)涞恼{(diào)整需要電壓支撐的驗證作保證，直流潮流OTS需與電壓支撐協(xié)調(diào)進(jìn)行。

2.2 雙向流問題

配電網(wǎng)中分布式電源的接入改變了傳統(tǒng)配電網(wǎng)的純受端特性，逐步顯現(xiàn)有源的特性，而源在時域分布上的不均衡性，如風(fēng)電的反調(diào)峰特性，將逐步打破輸配電固有格局，輸電和配電難以清晰分離，出現(xiàn)雙向流問題。由此，配電網(wǎng)重構(gòu)、中樞點調(diào)壓等問題邏輯化解析程度減弱，若仍在固定電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下進(jìn)行電壓支撐決策，嚴(yán)重時電壓支撐無公共域，會發(fā)生顧此失彼的現(xiàn)象。

2.3 輕載問題

風(fēng)電以分布式大規(guī)模接入配網(wǎng)，其具有明顯的反調(diào)峰特性，即在白天負(fù)荷高峰時段風(fēng)電出力較小，而在夜間負(fù)荷低谷時段風(fēng)電出力大增，由此電網(wǎng)凈負(fù)荷峰谷差逐漸增大。電力系統(tǒng)短期運行調(diào)度的結(jié)果是在負(fù)荷低谷時段停運部分經(jīng)濟(jì)性差的同步發(fā)電機(jī)組以讓位于風(fēng)電，由此上層高壓電網(wǎng)低谷時段處于極度輕載情況，該情況下由于同步機(jī)組進(jìn)相能力有限，即使高壓電網(wǎng)電抗設(shè)備全部投運，電壓水平越上限的情況也會時有發(fā)生，威脅系統(tǒng)安全運行。對此，若對電網(wǎng)進(jìn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)調(diào)整，有選擇地停運部分線路，對電網(wǎng)電壓安全有著積極作用。

3 計及電網(wǎng)拓?fù)鋬?yōu)化的電壓支撐決策模型及其求解

3.1 目標(biāo)函數(shù)

以電壓水平最好（即電壓的偏移量dU最小）為目標(biāo)，即：

其中，NK為考核電壓節(jié)點集合；Ui、Uispec和 ΔUimax分別為考核電壓節(jié)點i的實際電壓、期望電壓和最大允許電壓偏差，ΔUimax=Uimax-Uimin，上標(biāo)max和min分別表示對應(yīng)變量允許的上限值和下限值，下同。

3.2 約束條件

a.支路功率傳輸安全約束：

其中，Sl為支路 l的最大傳輸容量（MV·A）；Pl，ij、Ql，ij、Pl，ji和 Ql，ji分別為支路 l（l?NL，其兩端節(jié)點分別為節(jié)點i、j，NL為支路集合）兩端的有功和無功功率；zl、gl和bl分別為支路l的狀態(tài)、電導(dǎo)和電納，zl=0表示支路停運，zl=1 表示支路在線運行；Ui、Uj分別為節(jié)點 i、j的電壓幅值；θij為節(jié)點i、j的電壓相角差。

b.節(jié)點功率平衡約束。

任一節(jié)點i?NB（NB為節(jié)點集合），需滿足功率平衡約束：

其中，NG（i）、NW（i）、NC（i）和 ND（i）分別為節(jié)點 i上的發(fā)電機(jī)、風(fēng)電、無功補(bǔ)償設(shè)備和負(fù)荷集合；NS（i）和NE（i）分別為以節(jié)點i為首、末端節(jié)點的支路集合；PGg、QGg、PDd和 QDd分別為發(fā)電機(jī) g、負(fù)荷 d 的有功和無功功率；PWk為風(fēng)電注入功率；QCk為無功補(bǔ)償容量。

c.發(fā)電機(jī)無功容量范圍約束：

其中，NG為發(fā)電機(jī)集合；QGg為機(jī)組g的無功功率。

d.節(jié)點電壓上下限約束：

e.無功補(bǔ)償容量范圍約束：

其中，NC為無功補(bǔ)償設(shè)備集合。

f.有載調(diào)壓變壓器非標(biāo)準(zhǔn)變比運行范圍約束。

任一有載調(diào)壓變壓器l?NT（NT為有載調(diào)壓變壓器集合），其變比運行范圍需滿足以下約束：

其中，t0l為有載調(diào)壓變壓器初始非標(biāo)準(zhǔn)變比；η0為設(shè)定的變壓器負(fù)載率門檻值；η為變壓器負(fù)載率，可用式（9）來表示。

式（8）考慮了變壓器過負(fù)荷閉鎖調(diào)檔限制，現(xiàn)有調(diào)度系統(tǒng)出于安全角度考慮均對高負(fù)載率情況下變壓器過負(fù)荷調(diào)檔予以限制，本文首次將其納入決策中。

式（9）中，電流 Il，ij為：

其中，Yl為變壓器支路l的導(dǎo)納。

g.支路狀態(tài)限制約束：

其中，NL1為必須在線運行的支路集合。

h.拓?fù)溥B通性條件：

其中，Ac為傳遞閉包陣（全連通矩陣）[19]；E（n）為 n×n階全1矩陣，n為系統(tǒng)節(jié)點個數(shù)。

i.支路開斷數(shù)量約束：

其中，zmax為由于調(diào)控系統(tǒng)控制能力等限制的最大允許開斷支路數(shù)，假設(shè)各支路初始狀態(tài)均在線運行。

3.3 模型求解

采用式（14）所示方式對支路狀態(tài)變量進(jìn)行編碼，使得所得到的個體自動滿足最大允許支路開斷數(shù)量的要求。編碼的另一特點是針對初始的種群個體以及交叉和變異后的個體不符合拓?fù)潢P(guān)聯(lián)性條件的情況進(jìn)行修正。

3.3.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B通性判別

式（12）所示的由關(guān)聯(lián)矩陣判別系統(tǒng)拓?fù)溥B通性的方法在每次拓?fù)涓臅r均需重新形成n×n階關(guān)聯(lián)矩陣，然后再由布爾矩陣運算構(gòu)建傳遞閉包陣予以判別，因此，計算復(fù)雜度較大。由于系統(tǒng)允許的支路同時開斷數(shù)量有限，為此，本文基于圖論中最小割集的概念以精簡計算量，若系統(tǒng)開斷α條支路，開斷支路集合NL（α），只需對α×α階系統(tǒng)連通性判別陣Hα的奇異性進(jìn)行判別，若Hα奇異，則系統(tǒng)解列，否則連通。關(guān)于系統(tǒng)連通性判別陣Hα的具體說明如下。

在直流潮流條件下，支路傳輸有功功率與各節(jié)點注入功率之間滿足線性關(guān)系，即：

其中，nl為支路數(shù)；PI和PL分別為節(jié)點注入有功功率、支路傳輸有功功率向量；ψnl×n為 nl×n 階注入轉(zhuǎn)移因子矩陣，其表征了支路傳輸有功功率與節(jié)點注入功率的靈敏度信息，ψnl×n=BLA（ATBLA）-1，BL為支路電納對角矩陣，A為節(jié)點支路關(guān)聯(lián)矩陣。由此可以推知，若考慮任一支路兩端節(jié)點電量交易，則系統(tǒng)各支路傳輸功率的響應(yīng)特性可表示為：

其中，Φnl×nl為功率傳輸分布因子矩陣，其元素 φl，m表征了支路l傳輸有功功率與支路m兩端節(jié)點電量交易的靈敏度信息。若，則顯然支路l為系統(tǒng)的

本文所提模型由遺傳算法與非線性原對偶內(nèi)點法組合求解。遺傳算法編碼過程中，若將每一支路狀態(tài)均對應(yīng)到染色體的基因位，將會顯著增加遺傳操作的復(fù)雜度和計算量，對此，本文采用一種新的編碼方式，即對選取的待決策的支路編號及其運行狀態(tài)變量分別記錄的編碼方式，具體編碼格式可表示為：最小割集。由此可以歸納推知，當(dāng)α條支路開斷后，該開斷支路集合NL（α）為系統(tǒng)最小割集的條件為：

當(dāng)系統(tǒng)開斷α條支路時，系統(tǒng)解列的條件就是開斷支路集合NL（α）包含至少1個最小割集。由文獻(xiàn)[20]可知，其等價條件即為α×α階矩陣Hα奇異，其中矩陣Hα為：其中，矩陣 Iα為 α×α 階單位陣；ΦNL（α）為由開斷支路集合NL（α）構(gòu)成的功率傳輸分布因子子陣。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B通性判別的具體流程為：形成各支路均在線情況下的系統(tǒng)功率傳輸分布因子矩陣Φn×n；由遺傳操作獲得的開斷支路集合 NL（α），形成對應(yīng)的功率傳輸分布因子子陣ΦNL（α）；對任意支路l、m?NL（α）判別是否為1，若是則結(jié)束，否則判斷是否為1，若是則結(jié)束，否則形成系統(tǒng)連通性判別陣Hα，判斷其行列式是否為0，若是則不連通，否則連通。

3.3.2 非線性原對偶內(nèi)點法求解

對于式（8）所述的條件約束，其可轉(zhuǎn)化為以下互補(bǔ)約束形式：

由此，遺傳操作過程中每一個體的評價問題轉(zhuǎn)化成了非線性規(guī)劃問題：

其中，控制變量u包括常規(guī)機(jī)組機(jī)端電壓E、有載調(diào)壓變壓器非標(biāo)準(zhǔn)變比t、無功補(bǔ)償容量QC；狀態(tài)變量x包括電壓幅值U、電壓相角θ等。

非線性原對偶內(nèi)點法因其具有收斂可靠、魯棒性強(qiáng)、對問題規(guī)模不敏感等優(yōu)點，在電力系統(tǒng)優(yōu)化問題中得到了應(yīng)用[21]。內(nèi)點法通過引入非負(fù)松弛變量（v，s）將不等式約束轉(zhuǎn)化為等式約束 h（X）-hmax+s=0和 hmax-hmin-s-v=0，其中 X=[u，x]。 并通過引入對數(shù)壁壘函數(shù)構(gòu)建增廣拉格朗日函數(shù)：

其中，y、z、w均為拉格朗日乘子；r為不等式個數(shù)；μ為壁壘因子。推導(dǎo)式（22）的一階KKT（Karush-Kuhn-Tucker）最優(yōu)性條件，然后由牛頓法求解KKT方程，判斷對偶間隙δGap=vTz-sTw是否滿足收斂條件。

3.3.3 求解流程

本文模型求解的具體流程如圖1所示。

圖1 模型求解流程圖Fig.1 Flowchart of model solving

4 算例分析

4.1 算例系統(tǒng)

以含風(fēng)電的IEEE 118節(jié)點系統(tǒng)為例，風(fēng)電場位置以及風(fēng)功率數(shù)據(jù)見表1，IEEE 118節(jié)點系統(tǒng)由118條母線、19臺發(fā)電機(jī)、99個負(fù)荷以及186條輸電支路組成，具體數(shù)據(jù)參見文獻(xiàn)[17]。目前風(fēng)力發(fā)電大多采用可實現(xiàn)變速恒頻的風(fēng)電機(jī)組，其具有四象限調(diào)節(jié)特性，可按照調(diào)度機(jī)構(gòu)給定的功率因數(shù)運行，本文中為簡化分析，假設(shè)風(fēng)電場以單位功率因數(shù)運行。分高峰和低谷2種運行模式分析，高峰模式負(fù)荷取文獻(xiàn)[17]中給定功率值，低谷模式負(fù)荷取給定功率的50%。變壓器非標(biāo)準(zhǔn)變比初始值取值1.0。各節(jié)點允許的電壓運行范圍為0.95～1.05 p.u.。變壓器過負(fù)荷閉鎖調(diào)檔限制的負(fù)載率門檻值設(shè)定為0.8。

表1 風(fēng)功率數(shù)據(jù)Table1 Wind power data

4.2 算例分析

4.2.1 直流OTS的電壓支撐影響機(jī)制分析

高峰模式下，OTS決策具有重大經(jīng)濟(jì)意義。最大允許開斷支路數(shù)不超過5的直流OTS決策結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表2中開斷支路數(shù)為0即對應(yīng)傳統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)調(diào)度情況。從表2可以看出，隨著開斷支路數(shù)的增加，系統(tǒng)發(fā)電成本降低，其主要原因為部分經(jīng)濟(jì)發(fā)電機(jī)組發(fā)電外送能力得到釋放。

表2 不同停運支路數(shù)下OTS結(jié)果Table 2 Results of OTS for different outage-branch numbers

以最大允許開斷支路數(shù)分別為2和3為例予以詳細(xì)分析，源最優(yōu)運行方式如表3所示。

表3 高峰模式對應(yīng)的源最優(yōu)運行方式Table 3 Source-optimized operational pattern for peak-load mode

由表3可知，停運支路｛131，136，150｝后，節(jié)點25和49上經(jīng)濟(jì)機(jī)組的發(fā)電能力得以釋放。基于case3源最優(yōu)運行方式進(jìn)行電壓支撐決策，經(jīng)計算優(yōu)化問題在允許的電壓范圍0.95～1.05 p.u.內(nèi)無可行解。若降低電壓約束的下限，直到無功優(yōu)化問題有解，此時電壓約束下限為0.947 p.u.，對應(yīng)著無功優(yōu)化的解處于臨界狀態(tài)[21]，節(jié)點電壓處于約束下限的節(jié)點為節(jié)點84，此時說明了在正常電壓允許范圍內(nèi)，直流OTS決策限制了節(jié)點84電壓被支撐的水平。

由表3可知，停運支路｛125，131｝后，節(jié)點 25 和49上經(jīng)濟(jì)機(jī)組的發(fā)電能力得以釋放?；赾ase2源最優(yōu)運行方式進(jìn)行電壓支撐決策，經(jīng)計算優(yōu)化問題在允許的電壓范圍0.95～1.05 p.u.內(nèi)有可行解。考慮和不考慮變壓器過負(fù)荷閉鎖調(diào)檔限制約束時的決策結(jié)果如表4所示，表中最大電壓值、最小電壓值為標(biāo)幺值，后同。

表4 case2電壓支撐決策結(jié)果Table 4 Results of voltage-support decision-making for case 2

由表4可以看出2種方案下變壓器支路32和127負(fù)載率均超過了設(shè)定的負(fù)載率門檻值。若忽視變壓器過負(fù)荷閉鎖調(diào)檔限制，則決策的變壓器支路32和127調(diào)檔指令不予執(zhí)行，其潮流計算結(jié)果表明節(jié)點39電壓低于電壓約束下限。由此可以看出，忽略變壓器過負(fù)荷閉鎖調(diào)檔限制的決策過于冒進(jìn)。而若在決策中考慮變壓器過負(fù)荷閉鎖調(diào)檔限制約束，則能保證各節(jié)點電壓維持在允許的范圍內(nèi)。

4.2.2 考慮電網(wǎng)拓?fù)鋬?yōu)化的電壓支撐機(jī)制分析

低谷模式下安全經(jīng)濟(jì)調(diào)度結(jié)果如表5所示。

表5 低谷模式對應(yīng)的安全經(jīng)濟(jì)調(diào)度結(jié)果Table 5 Results of safe＆economic dispatch for volley-load mode

基于表5所示的源最優(yōu)運行方式，決策出力為0的機(jī)組視為停運狀態(tài)，若不考慮電網(wǎng)拓?fù)湔{(diào)整進(jìn)行電壓支撐決策，則在允許的電壓運行范圍內(nèi)不存在可行解，若把其他機(jī)組，如節(jié)點26上機(jī)組視為開啟狀態(tài)則有可行解，即其對應(yīng)機(jī)組組合為電壓支撐而開啟的狀態(tài)[23]，實際上該狀態(tài)往往會降低電網(wǎng)運行的經(jīng)濟(jì)性。而采用本文的考慮電網(wǎng)拓?fù)鋬?yōu)化的電壓支撐決策模型則可改善這一狀況，決策結(jié)果見表6。

表6 低谷模式電壓支撐決策結(jié)果Table 6 Results of voltage-support decision making for volley-load mode

實際上，開斷支路37不僅減少了系統(tǒng)的過剩容性無功，同時釋放了節(jié)點10上機(jī)組的無功電壓調(diào)節(jié)能力，機(jī)組進(jìn)相運行能力得以釋放，系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)能力得以提升。

5 結(jié)論

本文針對新形勢下電網(wǎng)電壓支撐面臨的幾個問題，基于電網(wǎng)電壓支撐特點，提出了計及電網(wǎng)拓?fù)鋬?yōu)化的電壓支撐決策模型，并給出了模型求解方法，特別是對變壓器過負(fù)荷閉鎖調(diào)檔限制約束和電網(wǎng)拓?fù)溥B通性約束進(jìn)行了特殊處理。分析得到結(jié)論如下。

a.電網(wǎng)拓?fù)涞恼{(diào)整必須得有電壓支撐的驗證作保證，直流OTS需與電壓支撐協(xié)調(diào)進(jìn)行。

b.固定電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下源平衡的電壓支撐能力受到限制。智能電網(wǎng)框架下，在電壓支撐決策中考慮輸配電元件狀態(tài)切換，通過優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)能夠有效緩解源平衡的電壓支撐壓力。

c.出于安全考慮，變壓器過負(fù)荷閉鎖調(diào)檔限制在電壓支撐決策中需要考慮，否則將高估系統(tǒng)的電壓調(diào)控能力，使決策過于冒進(jìn)。

本文是對調(diào)度電網(wǎng)以提高電網(wǎng)電壓支撐能力的初步探索，如何在決策中保證系統(tǒng)滿足一定的可靠性指標(biāo)，仍需要下一步的深入研究。進(jìn)一步還會將其拓展到考慮時間耦合約束的動態(tài)優(yōu)化決策問題中，前瞻性地決策變壓器分接頭位置，以有效規(guī)避變壓器過負(fù)荷閉鎖限制，在時變過程中揭示調(diào)度電網(wǎng)在緩解源網(wǎng)間矛盾中的有效作用，預(yù)期會促進(jìn)新形勢下電網(wǎng)電壓調(diào)控理論的進(jìn)展。