EMS網絡模型與外網整合實現全網潮流計算的方法

湯必強 ，汪勝和 ，李 峰 ，於益軍

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

隨著經濟的持續快速增長，電力工業得到了長足的發展，我國電網將成為世界上規模最大和網架結構最復雜的電網。與此同時，電力系統的調度控制管理仍然采用分層分區的模式。各級電力調度中心的能量管理系統（EMS）通常只對本管轄區域的電網進行網絡建模，對外網采用等值的方法進行模型處理。因此在EMS潮流計算中，外網（全網中本管轄區域以外的部分）對內網（本管轄區域內電網）的影響不能得到準確反映。

全網模型下的潮流計算能真正反映外網對內網的影響，目前有兩種計算方法，一是集中式建模，即在EMS中將全網都進行網絡建模。通常采用將各個調度中心已建好的電網模型進行拼接，形成全網模型[1]。采用該模型，可以方便地進行全網潮流計算。但是，該模型拼接是為了通過全網模型進行電力系統的監控和一體化分析，拼接工作涉及的模型數據不僅僅包括潮流計算所需的數據，而是整個EMS正常運轉所需的所有數據。因此，拼接和維護的工作量十分巨大，需要專人負責。二是分布式建模，即利用各個調度中心EMS已經建立的電網模型，在各EMS之間進行計算數據的交互與迭代，以實現全網潮流計算。文獻[2]提出了一種分布式潮流計算的“主從分裂算法”。文獻[3]以松弛牛頓法潮流求解公式為出發點，首先利用矩陣分裂法，將互聯電網分解為相互獨立的子系統，然后利用矩陣求逆運算的Sherman-Morrison-Woodbery公式對各子系統進行協調求解。也有學者提出使用戴維南等值理論來構造外層迭代格式的分布式潮流分解協調算法[4，5]。以上算法都需要構造外層協調迭代計算。另外，文獻[6]提出基于計算模型拼接的互聯系統分布式潮流計算方法，該算法在子網間無任何外層協調迭代計算，從而避免了復雜的算法組織模式，同時具備和全網一體化計算完全一致的計算結果。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，需要在各個調度中心進行不同程度的協調和組織，單個調度中心人員沒辦法獨立完成。而我國大多數電力系統調度中心所用的BPA離線分析計算軟件的潮流計算模型文件的數據結構簡單，便于程序解析。將其用于與已有EMS網絡模型進行整合，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算條件下，如何方便地進行全網模型下的潮流計算；在將本地EMS網絡模型擴展到全網模型進行潮流計算時，力求實現外網模型的建立過程盡可能簡化、快速，同時又保證外網模型的接入不影響邊界設備潮流。

通常用于電力系統運行方式分析的BPA格式的潮流計算文件是全網潮流計算文件，包括本區域的設備模型。因此，需要在整合前剔除掉BPA文件中與本EMS已建模型重復的部分。剔除方法采用網絡拓撲廣度搜索原理，在BPA文件中選取一個本EMS已經建模的節點，作為搜索起始節點，向外搜索，直到搜索到聯絡支路為止；將搜索到的所有設備從BPA潮流計算文件中剔除，形成純外網模型。將剔除內網設備的BPA外網模型導入到EMS網絡模型數據庫中，并根據聯絡支路及節點對應關系，將EMS模型中的聯絡支路靠近外網側的節點用BPA網絡模型中的對應節點代替，形成內外網連為一體的全網模型。

文中提出的將EMS網絡模型與外網BPA網絡模型整合的方法，包括下列步驟：（1）定義EMS中已建網絡模型與外部網絡模型之間的聯絡支路，以及聯絡支路對應BPA潮流計算文件中的節點名稱和電壓等級，建立聯絡支路及節點對應關系。（2）對BPA網絡模型進行預處理，通過網絡設備連接關系，剔除掉BPA潮流計算文件中與EMS已建模型（即內網模型）重復的部分。（3）將BPA潮流計算文件中剩下的網絡模型（即外部網絡模型）與EMS已建模型（即內網模型）進行拼接整合，形成全網模型。（4）針對內網潮流方式，根據靈敏度分析調整外網發電機及負荷節點的注入量，使得全網潮流計算后邊界聯絡支路的潮流與整合前內網潮流方式一致。

2邊界聯絡線潮流調整

由于BPA潮流計算模型文件主要用于離線分析計算，外網設備的運行方式不一定與當前EMS系統中的運行方式一致。因此，文中采用根據靈敏度分析結果調整外網發電機及負荷節點注入量的方法。節點有功注入功率變化引起的支路潮流變化量的計算公式[7]如下：

式中：ΔPi為節點 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為節點功率轉移分布因子；X為電納矩陣的逆陣；m和n分別是支路k的兩端節點號。

根據式（1）可以計算出發電機和負荷節點有功注入的變化量與引起的聯絡支路潮流變化量的關系。對所有外網發電機和負荷節點功率轉移分布因子進行排序，按照轉移分布因子絕對值大小順序對外網發電機和負荷功率進行調整。

在進行功率調整時，需要考慮以下幾點：（1）調整過程中，發電機出力不能超出實際出力的上下限值。當出力被調節到其限值時，該發電機失去調節能力，繼續調節下一臺機組出力。（2）調整過程中，負荷的最小功率為0，即不考慮負荷向電網發送功率。（3）根據邊界聯絡線偏差量及轉移分布因子調整外網發電機和負荷功率后，從發用電平衡的角度出發，需要檢查發電機功率的調整總量是否與負荷功率的調整總量相等。如果不相等，調整對聯絡線功率轉移分布因子絕對值很小的發電機或負荷功率，確保系統發用電平衡。

通過以上功率調整，實現全網潮流計算后的邊界聯絡支路的潮流與整合前內網潮流方式一致，具體流程見圖1。

3算例結果

圖1外網發電機和負荷功率調整的計算流程

以江蘇電網EMS 2007年8月1日極值斷面和華東電網2007年夏季典型運行方式的BPA潮流計算文件為例，檢驗EMS網絡模型與外網BPA網絡模型整合的過程和結果。內網（江蘇電網）與外網（華東電網除去江蘇部分）聯絡支路和BPA節點的對應關系如表1所示。

模型整合步驟如下：（1）確定算例中江蘇電網與外網的聯絡支路與BPA節點對應關系，形成聯絡支路及節點對應關系。（2）剔除掉BPA潮流計算文件中與EMS已建模型重復部分。選取搜索起始節點為“JTJ_03__，10.5 kV”。剔除BPA文件中全部江蘇內網設備。（3）將華東外網BPA模型導入到江蘇EMS網絡模型數據庫中，將EMS模型中聯絡支路靠近外網側的節點用BPA網絡模型中對應節點代替，形成內外網連為一體的全網模型。（4）進行全網潮流計算，得到邊界聯絡支路的功率潮流。計算全部外網發電機和負荷節點對聯絡支路功率轉移分布因子；然后根據圖1給出的功率調整流程，對外網發電機和負荷功率進行調整；再計算調整后的全網潮流。

表1聯絡支路及節點定義

將整合后的全網模型潮流計算結果與未整合外網模型前的江蘇內網潮流結果進行比對，發現內網線路有功潮流偏差小于2%，母線電壓幅值偏差小于1%。整合前后邊界聯絡支路的潮流偏差見表2，可以看出整合前后的江蘇內網潮流方式基本一致。

表2整合外網前后聯絡支路有功潮流結果比對

4結束語

采用EMS網絡模型與外網BPA網絡模型整合進行全網潮流計算的方法，可在不具備分布式潮流計算的條件下對全網模型進行潮流計算。同時該方法有別于已有的集中建模計算，采用全網BPA潮流計算文件作為外網模型的來源，不進行全網一體化建模或進行實際的設備詳細模型拼接，由于BPA潮流計算文件中的網絡模型比實際電網設備模型有很大的簡化，因此節省了大量的數據庫建模和實際設備模型拼接的工作，使用方便，快捷，便于維護，非常適合工程化應用。該方法已經實際應用于安徽電網DTS系統，將安徽外網模型接入仿真，能有效反映電網出現大擾動下的聯絡線潮流轉移，對安徽電網調度人員培訓及聯合反事故演習提供了有力支持。

[1]張瑞鵬.電力系統多區域網絡模型拼接方法：中國，200610166302.1[P].2007-07-25.

[2]孫宏斌，張伯明，相年德.發輸配全局電力系統分析[J].電力系統自動化，2000，24(1)：17-21.

[3]汪芳宗，楊力森，高學軍，等.基于松弛牛頓法的互聯電網并行分布式潮流計算方法[J].繼電器，2007，35(16)：25-31.

[4]張海波，張伯明，孫宏斌.基于異步迭代的多區域互聯系統動態潮流分解協調計算[J].電力系統自動化，2003，27(24)：1-5.

[5]張海波，張伯明，孫宏斌.分布式潮流計算異步迭代模式的補充和改進[J].電力系統自動化，2007，31(2)：12-17.

[6]李 鋒，高 明，姚建國，等.基于計算模型拼接的互聯系統分布式潮流計算方法：中國，200710191542.1[P].2008-7-16.

[7]張伯明.高等電力網絡分析[M].北京：清華大學出版社，2007.