基于潮流線性化的電力主網(wǎng)選址協(xié)同規(guī)劃方法

李 闊 王 毅 潘海毅

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局，廣東 廣州 510000）

0 引言

傳統(tǒng)的非線性協(xié)同規(guī)劃方法主要是利用ATC指標(biāo)以及其他電網(wǎng)參數(shù)的計算來搭建相對應(yīng)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)，但是近幾年，由于社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的生活水平逐漸提高，電器的使用量也逐漸增大[1-2]，這也就間接導(dǎo)致了國家整體的電力消耗量也在不斷攀升；因此，傳統(tǒng)的非線性協(xié)同規(guī)劃選址方式已經(jīng)很難滿足電力傳輸?shù)男枨?，在這樣的背景下，需要設(shè)計更符合電力傳輸容量的協(xié)同規(guī)劃選址方法，才能解決相關(guān)的電力問題 。潮流線性化規(guī)劃是一種新型電力計算選址技術(shù)，通過電力傳輸因子的對應(yīng)指標(biāo)以及OPF的多種內(nèi)置算法對電力主網(wǎng)的最佳運行地址進(jìn)行選擇。不僅如此，OPF的潮流線性規(guī)劃法還會根據(jù)特定的約束條件對電力主網(wǎng)選擇地址的問題進(jìn)行分析，使分析結(jié)果的實際性最大化。另外，它還可以在電網(wǎng)運行的狀態(tài)下，測試選擇地址是否可以增加運行的靈活性，并對電力負(fù)荷誤差進(jìn)行預(yù)測，具有一定的綜合性，可以滿足配電網(wǎng)多方向調(diào)度的需求。因此，要對潮流線性化的協(xié)同選址規(guī)劃方法進(jìn)行分析探究，以提升我國電力網(wǎng)整體的調(diào)度標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)劃水平。

1 電力主網(wǎng)選址協(xié)同規(guī)劃方法設(shè)計

1.1 構(gòu)建電網(wǎng)選址的定容多層規(guī)劃模型

在對電力主網(wǎng)進(jìn)行協(xié)同規(guī)劃之前，需要建立一組電網(wǎng)選址的定容雙層規(guī)劃模型。該模型主要涵蓋了協(xié)同規(guī)劃的相關(guān)數(shù)值、信息以及內(nèi)容。另外，它同時也是規(guī)劃設(shè)計的基礎(chǔ)工作。傳統(tǒng)的規(guī)劃模型通常具有主體單一的缺點[3]，該缺點會導(dǎo)致電網(wǎng)最終的選址不具有全面性，也會對未來電網(wǎng)主體的穩(wěn)定運行造成影響。因此，需要建立投資商的競爭關(guān)系，然后確定10個典型日，當(dāng)然，該典型日的確立具有一定的主觀性，但是對電網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃不會造成影響。協(xié)同規(guī)劃模型共分為3層，分別為上層模型、中層模型以及基礎(chǔ)層模型。基礎(chǔ)模型一般是指對電網(wǎng)選址基本參數(shù)的計算設(shè)置，見表1。

表1 電網(wǎng)選址基礎(chǔ)參數(shù)表

根據(jù)表1中的參數(shù)就可以進(jìn)行規(guī)劃模型的基礎(chǔ)設(shè)置，以此建立基礎(chǔ)層模型；接下來，同時建立中層模型和上層模型，因為兩者之間具有一定的協(xié)同規(guī)劃聯(lián)系，所以共同建立更加有利于增強模型的真實性。確立過度函數(shù)，如公式（1）所示。

式中：A為規(guī)劃模型的過度函數(shù)；b為協(xié)同距離；c為允許出現(xiàn)的協(xié)同誤差數(shù)值。

通過計算，得出巨頭的過度函數(shù)，將其代入模型；隨后，構(gòu)建模型的規(guī)劃約束條件[4]。一般情況下，約束條件是設(shè)定在中層模型中，當(dāng)規(guī)劃選址同時滿足平衡約束、節(jié)點電壓約束以及線路載流量約束等條件時，才能完成對電網(wǎng)選址的基礎(chǔ)性規(guī)劃，進(jìn)而最終建立定容多層規(guī)劃模型。

1.2 建立電網(wǎng)線性化交替規(guī)劃結(jié)構(gòu)

在電網(wǎng)選址的定容多層規(guī)劃模型建立后，要在該基礎(chǔ)上，建立電網(wǎng)線性化交替規(guī)劃結(jié)構(gòu)。測量周圍配電站的供能負(fù)荷量，如果供應(yīng)的負(fù)荷需求達(dá)到峰值，那么說明電網(wǎng)主體的選址應(yīng)該擴大范圍，同時增加電力容量，控制成本[5]。反之，如果供應(yīng)的負(fù)荷需求過低，那么說明選址時應(yīng)該縮小范圍，降低電力容量。將其作為規(guī)劃結(jié)構(gòu)的基層標(biāo)準(zhǔn)，并對周圍配電站所產(chǎn)生的峰谷差進(jìn)行監(jiān)測。隨后，建立主體結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從圖1中可以看出，建立相對應(yīng)的電網(wǎng)選址規(guī)劃流程，根據(jù)該流程繼續(xù)建立規(guī)劃架構(gòu)。當(dāng)負(fù)荷供應(yīng)距離最近時，將負(fù)荷點之間的建設(shè)長度設(shè)定為最小，并形成相對緊密的交替關(guān)系結(jié)構(gòu)。另外，在該基礎(chǔ)上，還需要選擇范圍內(nèi)的復(fù)合能源站，利用線性化模式對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行布置，使之均勻地分布于電網(wǎng)主體的選址周圍，以此來降低能源管網(wǎng)建設(shè)的相關(guān)費用[6]。最后，為了給選址奠定基礎(chǔ)，需要建立一定的循環(huán)機制，避免出現(xiàn)電網(wǎng)電力異常的現(xiàn)象。添加循環(huán)機制后，結(jié)構(gòu)具有一體化的特點，包括管網(wǎng)布置、能源站供給分布以及電網(wǎng)設(shè)備優(yōu)化等，更有利于保證定址之后電網(wǎng)主體安全、穩(wěn)定地運行。

1.3 確定電力主網(wǎng)的初始站址

在完成電力主網(wǎng)線性化交替規(guī)則結(jié)構(gòu)的建立工作之后，要進(jìn)行電網(wǎng)的初始選址。首先，需要確定電網(wǎng)主體地址周圍能源站的數(shù)量，以確保電網(wǎng)電力容量的設(shè)定。在綜合電力網(wǎng)站的規(guī)劃中，確定新建能源站和老能源站的總數(shù)量，然后計算其電力總?cè)萘?。要盡快對電力控制系統(tǒng)作出具體規(guī)劃，可以對其進(jìn)行分區(qū)域控制，例如將配電站分為東、南、西和北4個方向，每個方向的區(qū)域由電力主體對應(yīng)的部分對其進(jìn)行控制，一旦出現(xiàn)異常現(xiàn)象，先通過對應(yīng)部分進(jìn)行處理，如果處理不了，再傳輸至總控制系統(tǒng)進(jìn)行二次處理。其次，計算電力主體的規(guī)劃半徑，具體如公式（2）所示。

式中：M為電力主體的規(guī)劃半徑數(shù)值；s為規(guī)劃條件；R為規(guī)劃總面積；z為能源站的最遠(yuǎn)距離。

在得出規(guī)劃半徑之后，將選址區(qū)域規(guī)劃為六邊形。將選址區(qū)域確定為六邊形的原因主要是狹長區(qū)域的空間有限，對周圍電力的控制能力不足，而六邊形的結(jié)構(gòu)布置可以增加電力主網(wǎng)的控制范圍，從而加強控制。完成上述工作之后，確定對應(yīng)的狹長地帶，以剛剛計算的半徑為中心，在選址周圍固定六邊形的定點。具體如圖2所示。

圖2 六邊形規(guī)劃定點選址布置圖

根據(jù)圖2中的結(jié)構(gòu)，建立六邊形頂點。將完全覆蓋的規(guī)劃區(qū)域的半徑縮小，當(dāng)確定選址時，可以形成單環(huán)或者多環(huán)的電力控制模式，增加相應(yīng)的使用范圍。值得注意的是，當(dāng)存在一定狹長區(qū)域時，應(yīng)該縮小半徑距離，且規(guī)劃范圍呈帶狀，相鄰的2個能源站的間隔約為5 m，并且盡量減少覆蓋區(qū)域的重疊程度。對電網(wǎng)主體的規(guī)劃結(jié)構(gòu)進(jìn)行布置。最后，將布置中心點位置設(shè)定為電網(wǎng)主體規(guī)劃的初始選址。

1.4 實現(xiàn)負(fù)荷平衡的電力主網(wǎng)選址規(guī)劃

在確定了電力主網(wǎng)的初始站址之后，需要通過調(diào)整負(fù)荷平衡性來實現(xiàn)電力主網(wǎng)的最終選址規(guī)劃。該部分需要考慮的主要有2個方面：1） 對選址周圍能源站功能范圍負(fù)荷平衡性的分析研究。2） 會使用減少設(shè)備擴建容量的方法來限制或者緩解負(fù)荷高峰的狀況，以此來保證其運行的平衡性[7]。但是在現(xiàn)階段，可以利用潮流線性方程計算出平衡點，再對其選址進(jìn)行下一步規(guī)劃，求解平衡點如公式（3）所示。

式中：L為負(fù)荷平衡點；v為平衡坐標(biāo)的最遠(yuǎn)距離；h為加權(quán)因子指數(shù)。

通過計算，得出負(fù)荷平衡點，將其與能源站的距離指標(biāo)相連接。為了使不同負(fù)荷的電能高峰錯開，利用潮流線性化建設(shè)模式縮短能源站與距離坐標(biāo)之間的距離，這樣選址不僅可以加強電力站之間的聯(lián)系和控制，同時也降低了建設(shè)成本。為了進(jìn)一步平衡電力主網(wǎng)與能源站之間的距離點，需要關(guān)聯(lián)定容規(guī)劃模型的上層結(jié)構(gòu)，使電力主網(wǎng)最終的選址規(guī)劃具有更強的綜合性和整體性，一定程度上擴大了檢測范圍，提升了電力負(fù)荷能力，也使電網(wǎng)運行變得更加安全、穩(wěn)定，最終通過負(fù)荷平衡實現(xiàn)了電力主網(wǎng)的選址協(xié)同規(guī)劃。

2 方法測試

2.1 測試準(zhǔn)備

該文主要是對潮流線性化的電力主網(wǎng)選址的協(xié)同規(guī)劃方法進(jìn)行測試。對2組方法進(jìn)行測試，一組為傳統(tǒng)的非線性選址規(guī)劃方法，可以將其設(shè)定為非線性傳統(tǒng)規(guī)劃組；另一組為該文所設(shè)計的協(xié)同規(guī)劃方法，將其設(shè)定為潮流線性測試組。選取2個電力主網(wǎng)作為該測試的樣本對象，并且保證電網(wǎng)附近不存在影響測試的其他因素。另外，還需要對電網(wǎng)的基礎(chǔ)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行測試前的設(shè)定，保持其可以完成基礎(chǔ)性的運行。完成之后，再檢查其他詳細(xì)參數(shù)，最后開始測試。

2.2 測試過程

在相同的環(huán)境下同時對2種規(guī)劃方法進(jìn)行測試。將電力主網(wǎng)分為上-中-下3個部分，并保證它們的運輸功率處于穩(wěn)定可控的狀態(tài)。電力節(jié)點的數(shù)值調(diào)整至4～7個，隨后，在電網(wǎng)中接入110 kW的倍數(shù)電力電壓，并對相關(guān)的電網(wǎng)設(shè)備和線路貼現(xiàn)率進(jìn)行計算，如公式（4）所示。

式中：Q為貼現(xiàn)率；k為電網(wǎng)線路總距離；f為倍數(shù)函數(shù)；d為設(shè)計的節(jié)點數(shù)。

通過計算，得到處理電網(wǎng)設(shè)備和線路的具體貼現(xiàn)率。將電網(wǎng)規(guī)劃的無線單位成本修改至0.5元/kW· h，規(guī)劃期為15 a，然后測量其他的規(guī)劃參數(shù)，利用這些參數(shù)計算規(guī)劃的潮流線性系數(shù)，如公式（5）所示。

式中：V為規(guī)劃的線性系數(shù)；q為參照因子；m為線性可變率；e為擴展系數(shù)。

通過上述計算得出規(guī)劃的線性系數(shù)。根據(jù)該系數(shù)，對電力主網(wǎng)的選址進(jìn)行進(jìn)一步規(guī)劃，再次綜合性地對電力主網(wǎng)的配電網(wǎng)線路、分布式電源以及協(xié)調(diào)指數(shù)進(jìn)行分析考慮，作出完整的規(guī)劃。最后，建立電網(wǎng)的規(guī)劃模型，通過規(guī)劃線性系數(shù)以及R2016b平臺對其規(guī)劃容載比率進(jìn)行計算，如公式（6）所示。

式中：M為規(guī)劃的容載比率；V為線性系數(shù)；w為規(guī)劃實況比；g為線性指引指數(shù)。

通過計算，最終可以得出2組測試結(jié)果，接下來對2組測試結(jié)果進(jìn)行對比。

2.3 測試結(jié)果

通過以上測試，得出2組規(guī)劃容載比率，對其進(jìn)行對比，如圖3所示。

圖3 電力主網(wǎng)選址協(xié)同規(guī)劃測試結(jié)果對比圖

通過圖3可以得知，潮流線性測試組的規(guī)劃容載比率高于非線性傳統(tǒng)規(guī)劃組，說明潮流線性組具有更強的時效性，且可以表明主力電網(wǎng)的容載率有了一定提升。因此，可以驗證潮流線性化協(xié)同規(guī)劃方法更加科學(xué)有效，具有一定的嚴(yán)謹(jǐn)性。

3 結(jié)語

該文是在潮流線性化下對電力主網(wǎng)選址的協(xié)同規(guī)劃方法進(jìn)行設(shè)計。該方法與傳統(tǒng)的電網(wǎng)選址規(guī)劃方法相比具有更強的整體性、多元性。可以更好地對電力資源進(jìn)行傳輸和調(diào)配，以滿足人們?nèi)粘５挠秒娦枨?。除此之外，它還有更強的控制性。ATC的多元結(jié)構(gòu)選址法在一定程度上將零散的電力傳輸專線匯聚在一起，形成緊密的控制關(guān)系網(wǎng)，以此來完成潮流線性化下電力主網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃的最終選址。