基于風(fēng)險(xiǎn)的電網(wǎng)運(yùn)行方式校正控制模型研究

摘要：隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)展與新能源技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)的復(fù)雜性與隨機(jī)性也不斷加劇，導(dǎo)致電網(wǎng)的運(yùn)行與控制也面臨著新的潛在風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行與控制過(guò)程中存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷能夠?yàn)殡娋W(wǎng)決策提供依據(jù)。基于風(fēng)險(xiǎn)的安全評(píng)估能夠?qū)﹄娋W(wǎng)中事故出現(xiàn)的可能性與嚴(yán)重性進(jìn)行綜合的評(píng)估，從而對(duì)電網(wǎng)所處的安全狀態(tài)進(jìn)行更好的定義。文章首先對(duì)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行了定義，在此基礎(chǔ)上提出了電網(wǎng)運(yùn)行方式校正控制模型。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)運(yùn)行方式；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；校正控制模式；電力系統(tǒng)；風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TM732 文章編號(hào)：1009-2374（2015）05-0025-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0345

電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大與新能源技術(shù)的發(fā)展使電網(wǎng)更加復(fù)雜，安全運(yùn)行過(guò)程中存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)也不斷增加。電力系統(tǒng)在人們的生產(chǎn)生活中發(fā)揮著非常重要的作用，必須確保電網(wǎng)的運(yùn)行安全，避免出現(xiàn)大面積的停電事故。在確保電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的過(guò)程中，對(duì)電網(wǎng)的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行正確的評(píng)估是非常重要的環(huán)節(jié)。安全評(píng)估包括確定性評(píng)估與不確定性評(píng)估兩種方法，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估屬于不確定性評(píng)估，主要評(píng)估的內(nèi)容為事故的可能性與嚴(yán)

重性。

1 定義風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)模型

1.1 電壓偏差風(fēng)險(xiǎn)

電壓是電能質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，當(dāng)前電力系統(tǒng)由于市場(chǎng)推進(jìn)與容量提高而處于重載運(yùn)行的狀態(tài)中，系統(tǒng)的電壓要低于正常電壓水平，如果這種電壓偏差的情況超過(guò)了允許的范圍，將會(huì)導(dǎo)致電壓越限情況的出現(xiàn)。如果出現(xiàn)電壓越限情況將會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障。為了確保電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，要實(shí)時(shí)監(jiān)視與調(diào)節(jié)系統(tǒng)母線(xiàn)節(jié)點(diǎn)的電壓。本文研究的重點(diǎn)主要為系統(tǒng)母線(xiàn)節(jié)點(diǎn)的低壓風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)

如果電力系統(tǒng)出現(xiàn)越限情況時(shí)，可以通過(guò)校正措施使其恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，主要的方法為對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。如果在對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整之后依舊不能夠消除越限情況，則需要通過(guò)負(fù)荷削減方式進(jìn)行校正。但是負(fù)荷削減方式將會(huì)帶來(lái)停電的結(jié)果，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，因此要盡量避免使用該方式。負(fù)荷損失主要包括兩個(gè)方面：一方面是故障區(qū)域之內(nèi)的固定損失部分，主要是由于故障隔離而產(chǎn)生的；另一方面是非故障區(qū)域可轉(zhuǎn)移損失部分，主要是由于電網(wǎng)輻射性結(jié)構(gòu)造成的。

1.3 控制成本風(fēng)險(xiǎn)

電網(wǎng)安全面臨著新的挑戰(zhàn)，只有在確保電網(wǎng)安全運(yùn)行的前提下才能夠?qū)崿F(xiàn)市場(chǎng)成員經(jīng)濟(jì)利益最大化。因此，在對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)安全問(wèn)題進(jìn)行決策的過(guò)程中需要考慮經(jīng)濟(jì)性因素，通過(guò)最少的控制成本實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)恢復(fù)到安全狀態(tài)。

2 基于風(fēng)險(xiǎn)的電網(wǎng)運(yùn)行方式校正控制模型

電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行有著重要的經(jīng)濟(jì)意義與社會(huì)意義，電力系統(tǒng)安全校正控制研究非常必要。電力系統(tǒng)具有復(fù)雜性、隨機(jī)性等運(yùn)行特點(diǎn)，一旦出現(xiàn)故障將會(huì)使電力系統(tǒng)陷入到不安全狀態(tài)中。在對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行控制的過(guò)程中，只能夠盡量實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)處于接受范圍之內(nèi)，而不能夠?qū)崿F(xiàn)零風(fēng)險(xiǎn)。基于風(fēng)險(xiǎn)的電網(wǎng)運(yùn)行方式校正控制模型的構(gòu)建主要是希望能夠在滿(mǎn)足運(yùn)行約束的條件之下，通過(guò)特定的運(yùn)行方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)最小化。

2.1 基于風(fēng)險(xiǎn)的電網(wǎng)運(yùn)行方式校正控制數(shù)學(xué)模型

基于風(fēng)險(xiǎn)的電網(wǎng)運(yùn)行方式校正控制模型主要是對(duì)系統(tǒng)中可以調(diào)節(jié)的變量進(jìn)行校正與控制，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總風(fēng)險(xiǎn)的最小化。本文主要探討的校正措施包括發(fā)電機(jī)出力調(diào)整、負(fù)荷削減。基于風(fēng)險(xiǎn)的電網(wǎng)運(yùn)行方式校正控制的數(shù)學(xué)模型為：

Minf=f（a，b，c）

St h（a，b，c）=0

≤g（a，b，c）≤

其中f代表目標(biāo)函數(shù)；a表示狀態(tài)變量；b表示控制變量；c表示參數(shù)變量；h表示等式約束；g表示不等式約束。

2.1.1 目標(biāo)函數(shù)。電力系統(tǒng)的目標(biāo)函數(shù)包括多種形式，本文主要選擇的目標(biāo)函數(shù)為風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)：Minf=Risk。不同的風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)型有著不同的目標(biāo)函數(shù)形式，例如低電壓風(fēng)險(xiǎn)最小的目標(biāo)函數(shù)：minf=RV。

2.1.2 等價(jià)約束。等價(jià)約束主要指的是電力系統(tǒng)中的功率平衡方程，在對(duì)等價(jià)約束進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中要對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)正常的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行考慮，也要對(duì)所有能夠預(yù)想到的事故狀態(tài)進(jìn)行考慮，將所有的等式約束方程進(jìn)行聯(lián)立之后就能夠進(jìn)行求解。

2.1.3 不等式約束。不等式約束指的是電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行中所面臨的各種運(yùn)行約束，主要包括發(fā)電機(jī)出力的上限約束與下限約束；電壓幅值的上限約束與下限約束、線(xiàn)路有功潮流約束、預(yù)想事故負(fù)荷調(diào)整約束、發(fā)電機(jī)有功出力調(diào)整爬坡約束。與等式約束相同，將所有的不等式約束進(jìn)行聯(lián)立之后也能夠進(jìn)行求解。

2.2 模型求解的方法

基于風(fēng)險(xiǎn)的電網(wǎng)運(yùn)行方式校正控制屬于較為典型的非線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題，在求解的過(guò)程中包括多種求解方法，基本上可以劃分為經(jīng)典類(lèi)與智能算法兩種類(lèi)型。其中應(yīng)用較為廣泛的就是內(nèi)點(diǎn)法，通過(guò)在應(yīng)用過(guò)程中不斷的發(fā)展與完善，極大地提高了魯棒性與收斂性，在電力系統(tǒng)優(yōu)化問(wèn)題求解中有著非常廣泛的應(yīng)用。內(nèi)點(diǎn)法主要包括三種：第一，投影尺度法，需要將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題，難度較大、實(shí)用性較低；第二，仿射變換法，在對(duì)初值選擇的過(guò)程中非常復(fù)雜，而且收斂性較差，在很多問(wèn)題中都存在局限性；第三，路徑跟蹤法，利用拉格朗日函數(shù)法與對(duì)數(shù)障礙函數(shù)法實(shí)現(xiàn)等式約束與不等式約束的無(wú)約束轉(zhuǎn)化，再利用牛頓法進(jìn)行求解，初值選擇簡(jiǎn)單、收斂性好，應(yīng)用較為廣泛。因此，通過(guò)內(nèi)點(diǎn)法對(duì)基于風(fēng)險(xiǎn)的電網(wǎng)運(yùn)行方式校正控制模型進(jìn)行求解。

2.3 綜合風(fēng)險(xiǎn)控制模型

校正控制的不同控制量之間可能存在沖突的情況，因此需要對(duì)各個(gè)優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行協(xié)調(diào)，確保電力系統(tǒng)能夠處于安全狀態(tài)中。綜合風(fēng)險(xiǎn)控制模型主要是對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的級(jí)別進(jìn)行考慮，針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別進(jìn)行解決。綜合風(fēng)險(xiǎn)控制模型為：

Minf=Rs

St h（a，b，c）=0

≤g（a，b，c）≤

3 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，電力系統(tǒng)安全問(wèn)題已經(jīng)成為了影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的最主要的因素。越來(lái)越多的大面積停電事故表明必須對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行進(jìn)行關(guān)注。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)安全評(píng)估方式已經(jīng)不能夠滿(mǎn)足越來(lái)越復(fù)雜與隨機(jī)的電力系統(tǒng)安全評(píng)估需求，需要建立基于風(fēng)險(xiǎn)的電網(wǎng)運(yùn)行方式校正控制模型，對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中所有的不確定因素都進(jìn)行安全評(píng)估，確保電力系統(tǒng)能夠處于安全狀態(tài)中。

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作者簡(jiǎn)介：劉漢國(guó)（1981-），男，廣東高州人，廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局工程師，研究方向：變電運(yùn)行。

（責(zé)任編輯：周 瓊）