地區電網經濟調度輔助決策系統

侯廣松，徐愛軍，王朝明

(1.菏澤供電公司，山東 菏澤274016；2.河海大學，江蘇 南京210098；3.南京軟核科技有限公司，江蘇南京210012)

地區電網的經濟調度，實質是節能調度，就是在現有電網結構條件下，通過調整電網運行方式減少電能損耗，從而獲得節電效益的調度方式。地區電網經濟調度的前提是變電站具備2臺及以上主變，并具備2路及以上電源進線，電網運行方式選擇增多。經濟調度理念的發展，經歷了從經驗判斷到科學分析[1]、從變電站到網[2]的過程，用于電網線損分析計算的軟件已成熟[3]并在各級電網經營企業投入使用。目前，電能綜合管理系統（EMS）已在各級電網調度機構普遍投入運行，電網的經濟調度也將從離線分析進入實時分析階段，為調度運行人員經濟調度提供在線的輔助決策。變壓器的在線經濟運行控制已投入實用[4]，在線的全網經濟調度系統也必將進入實用階段。文中提出了一種用于地區級電網的經濟調度決策系統方案。

1 全網經濟運行原理

地區電網在節能發電調度確定的220 kV和500 kV網架結構的基礎上，通過優化220 kV及以下變電站內的變壓器經濟運行、110 kV線路及以下的線路經濟運行和AVC系統結合，實現地區電網的全網經濟運行。隨著分布式電源的逐步接入，地方小電廠也逐步增多，分布式電源的優化調度也將納入到全網經濟運行的范疇內。

有功經濟運行是整個電網運行方式的骨架。運行方式人員的主要工作就是在安全約束的前提下，實現電網的有功經濟運行。無功經濟運行是在有功經濟運行的基礎上，實現無功潮流的進一步優化，在實現電壓合格率滿足考核的目標下，通過電容器和分接頭檔位的調整，實現無功潮流的優化分布，從而實現降損節能的目標。從全局考慮電網經濟運行，即將有關于全網經濟運行的元素綜合考慮，有著重要的理論意義和應用價值，全網經濟運行分析的過程如圖1。

地區電網的運行方式有其自身的特點。一般而言，地區電網220 kV變電站及以下的變電站，呈輻射狀結構。有功經濟運行的關鍵在于有功的均衡分布。均衡分布有幾個層面：同一斷面下、同一電壓等級下，不同變電站有功的均衡分布；不同斷面下，同一變電站有功的均衡分布；不同相的有功均衡分布。

有功經濟運行涉及到電網拓撲結構的改變，因此傳統的最優潮流方法并不適用。有功經濟運行時，變壓器開關投切、線路開關投切等均為離散量，故特定斷面的有功優化問題本質上是一個大規模非線性整數規劃問題。文中采用基于遺傳算法結合專家系統規則的模式實現電網的有功經濟運行，如圖2所示。

系統的無功功率對電壓影響極大，無功功率不足，將引起電網電壓下降，而無功過剩將引起電網電壓偏高，合理調整變壓器分接頭，是提高電網電壓水平的一種調壓手段，但其作用僅僅是通過改變電網中的無功潮流分布來提高局部的電壓水平。要維持整個系統的電壓水平，除了必需有足夠的無功補償容量、實行無功分區分壓就地平衡外，還要有足夠的無功備用容量，以保證負荷增加后的電壓質量。

非線性混合整數規劃問題的求解應充分利用非線性混合整數規劃領域的最新研究成果，采用分枝定界法結合原對偶內點法求解大規模非線性混合整數規劃問題，即采用分枝定界法進行離散量優化，采用原對偶內點法進行連續量優化。

原對偶內點法實際上是對常規內點法的一種改進。其基本思路是：引入松弛變量將函數不等式約束化為等式約束及變量不等式約束；用拉格朗日乘子法處理等式約束條件，用內點障礙函數法及制約步長法處理變量不等式約束條件；導出引入障礙函數后的庫恩－圖克最優性條件，并用牛頓－拉夫遜法進行求解；取足夠大的初始障礙因子以保證解的可行性，而后逐漸減小障礙因子以保證解的最優性。首先考慮如下的非線性規劃問題：

式中：x為n維向量；h為m維向量；g為r維向量。

引入松弛變量將不等式約束化為等式約束及變量不等式約束，即將式（3）改為：

2 工程實現

2.1 經濟運行理論的工程簡化

對電網經濟運行原理加一定的約束條件使計算簡化：（1）對主變高壓側并列的變電站按主變壓器的經濟特性擇優選擇，在輸電網潮流優化計算中將變電站高壓側負荷按照恒功率處理。（2）將地區電網根據輸電變電站電源的不同劃分為幾個不同的區域，分區進行優化計算以減少計算量。（3）根據電網結構考慮繼電保護配合等因素置入約束條件以濾除不可能的分區方式。（4）分區按各種可能的運行方式計算輸電網有功損耗擇優。（5）不考慮變壓器調檔和電容器投停，在計算時按主變檔位和電容器的當前運行狀態不變（因無功優化為單獨系統）。

2.2 接駁方式

電網經濟運行系統與SCADA系統及電能表集抄系統接駁，如圖3所示。因主要由調度值班人員用于實時調整電網運行方式降低電網損耗，系統直接接入SCADA系統，與電能表集抄系統接口及運行方式、線損專工管理工作站均通過二次防護系統隔離。

2.3 實現功能

2.3.1 自動采集與數據處理功能

（1）通過與SCADA系統的接口采集到所需的電網實時數據和電網運行狀態量，作為狀態估計、潮流分析、拓樸分析、自動分區等計算的數據依據。（2）具有隨時招測電能表集抄系統采集終端數據功能，可自由定義定時采集的周期和起始時間、重復招測的次數、抄表數據范圍。設置定時自動招測時間為每日零點，周期為上次零點至本次零點24 h。（3）對無法招測的表計，系統以不同方式發出報警，以便進行人工招抄。對未能抄錄的數據，系統恢復正常時能自動補測，以保證數據的完整性和連續性。（4）提供多種修補數據的方法，但對所修補的數據加以標記，以保證原始數據的準確性和不可修改性。（5）采集的電能量數據帶時標存入原始數據庫。（6）對自SCADA所采集數據，參照電能表數據進行處理，對異常數據進行處理接近真實數據。

2.3.2 數據存儲與分析功能

系統對對采集到的數據進行處理，應具備以下統計分析功能：（1）變電站的96點和24點有功、無功日負荷曲線記錄。（2）變電站年、月、日最大、最小、平均有功、無功負荷分析。（3）變電站有功、無功日電量記錄，年、月最大、最小、平均日電量分析。

2.3.3 網損實時計算

將有功損耗進行積分，就能得到一個元件、一站、一片及全網一天的有功損耗電量、，繼而得到每月、每年的全網有功損耗電量。

2.3.4 定時優化的功能

為減少系統計算量，可設置優化計算的時間間隔，設定實時優化計算或按某一時間間隔進行定時計算。

2.3.5 電網降損方式調整建議

根據電網實際運行數據，系統對允許的各種運行方式進行潮流計算，與實際運行方式進行比較，提出降低電網有功損耗的建議運行方式并指出調整后可降低的有功、無功損耗。

2.3.6 簡單的負荷預測

在記錄變電站、電網負荷曲線的基礎上，每日0:00預測各站所負荷曲線并存儲，系統在計算本次優化結果時根據預測負荷曲線估計至下次優化方式調整可節約的電量，若方式調整時間間隔小或節約的電量小于設定閾值則不進行調整。

2.3.7 離線線損分析

（1）典型日線路理論計算功能。系統可由歷史數據庫中提取任一日、任一時刻（整點或一刻）電網運行斷面進行線路理論計算，所輸出報表格式符合國家電網公司、山東電力集團公司要求格式。（2）在取某一時刻進行線損理論計算時，可人為調整任一站所的負荷值以適應計算未來某一負荷水平下電網經濟運行方式的需要，報表輸出格式與國家電網公司所要求的報表格式相同。

2.3.8 電網線損統計功能

按日、月、季、年生成電網損耗電量統計報表，可進行分壓分層線損電量及線損率統計。

2.3.9 系統管理功能

（1）圖形維護功能：系統使用電網單線圖作為運行主界面，電網圖及參數庫應維護方便。（2）關口管理功能：設置地區電網與省網計量關口、設置各電壓等級線損統計分界。（3）分片管理功能：以電源點（線損理論計算、潮流計算的平衡點）不同設置供電區域（片）的名稱，各片的范圍因電網運行方式不同由系統自動適應。（4）報表管理功能。系統各種統計、分析、計算結果以數據庫存儲，在必要時生成抒表輸出，應具備對各類報表的格式、內容進行增、刪、改的功能。

3 結束語

地區電網經濟調度輔助決策系統是一個以實時分析電網運行狀況、為調度人員提供電網運行方式調整方案降低電網損耗的系統，同時具備離線線損理論計算、網損統計等電網經濟運行分析功能。該系統的投入使用可使電網調度由經驗型調度走向知識型調度，使電網總是處于經濟運行方式，為減少電網損耗、降低企業成本起到積極作用。

[1]胡景生.電網經濟運行與能源標準化[M].北京：中國電力出版社，2001.

[2]侯廣松.地區電網經濟運行分析和應用[J].山東電力技術，2004（1）：78-80.

[3]羅毅芳，劉 巍，施流忠，等.電網線損理論計算與分析系統的研制[J].中國電力，1997，30（9）：37-39.

[4]衛志農，常寶立，汪方中，等.地區電網變壓器經濟運行實時控制系統[J].電力系統自動化，2006，30（1）：86-88.