基于風險的電網運行方式校正控制模型研究

摘要：隨著電力系統規模的擴展與新能源技術的發展，電網的復雜性與隨機性也不斷加劇，導致電網的運行與控制也面臨著新的潛在風險。對電網運行與控制過程中存在的潛在風險進行準確的判斷能夠為電網決策提供依據。基于風險的安全評估能夠對電網中事故出現的可能性與嚴重性進行綜合的評估，從而對電網所處的安全狀態進行更好的定義。文章首先對風險指標進行了定義，在此基礎上提出了電網運行方式校正控制模型。

關鍵詞：電網運行方式；風險評估；校正控制模式；電力系統；風險指標 文獻標識碼：A

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

電力系統規模的不斷擴大與新能源技術的發展使電網更加復雜，安全運行過程中存在的潛在風險也不斷增加。電力系統在人們的生產生活中發揮著非常重要的作用，必須確保電網的運行安全，避免出現大面積的停電事故。在確保電力系統安全運行的過程中，對電網的潛在風險進行正確的評估是非常重要的環節。安全評估包括確定性評估與不確定性評估兩種方法，風險評估屬于不確定性評估，主要評估的內容為事故的可能性與嚴

重性。

1 定義風險指標模型

1.1 電壓偏差風險

電壓是電能質量的評價指標之一，當前電力系統由于市場推進與容量提高而處于重載運行的狀態中，系統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了允許的范圍，將會導致電壓越限情況的出現。如果出現電壓越限情況將會導致電力系統出現故障。為了確保電力系統的安全運行，要實時監視與調節系統母線節點的電壓。本文研究的重點主要為系統母線節點的低壓風險。

1.2 失負荷風險

如果電力系統出現越限情況時，可以通過校正措施使其恢復到穩定狀態，主要的方法為對系統運行狀態進行調整。如果在對電力系統的運行狀態進行調整之后依舊不能夠消除越限情況，則需要通過負荷削減方式進行校正。但是負荷削減方式將會帶來停電的結果，造成一定的經濟損失，因此要盡量避免使用該方式。負荷損失主要包括兩個方面：一方面是故障區域之內的固定損失部分，主要是由于故障隔離而產生的；另一方面是非故障區域可轉移損失部分，主要是由于電網輻射性結構造成的。

1.3 控制成本風險

電網安全面臨著新的挑戰，只有在確保電網安全運行的前提下才能夠實現市場成員經濟利益最大化。因此，在對電網系統安全問題進行決策的過程中需要考慮經濟性因素，通過最少的控制成本實現系統恢復到安全狀態。

2 基于風險的電網運行方式校正控制模型

電力系統的安全運行有著重要的經濟意義與社會意義，電力系統安全校正控制研究非常必要。電力系統具有復雜性、隨機性等運行特點，一旦出現故障將會使電力系統陷入到不安全狀態中。在對風險進行控制的過程中，只能夠盡量實現風險處于接受范圍之內，而不能夠實現零風險。基于風險的電網運行方式校正控制模型的構建主要是希望能夠在滿足運行約束的條件之下，通過特定的運行方式實現系統風險最小化。

2.1 基于風險的電網運行方式校正控制數學模型

基于風險的電網運行方式校正控制模型主要是對系統中可以調節的變量進行校正與控制，從而實現系統總風險的最小化。本文主要探討的校正措施包括發電機出力調整、負荷削減。基于風險的電網運行方式校正控制的數學模型為：

Minf=f（a，b，c）

St h（a，b，c）=0

≤g（a，b，c）≤

其中f代表目標函數；a表示狀態變量；b表示控制變量；c表示參數變量；h表示等式約束；g表示不等式約束。

2.1.1 目標函數。電力系統的目標函數包括多種形式，本文主要選擇的目標函數為風險指標：Minf=Risk。不同的風險類型有著不同的目標函數形式，例如低電壓風險最小的目標函數：minf=RV。

2.1.2 等價約束。等價約束主要指的是電力系統中的功率平衡方程，在對等價約束進行計算的過程中要對電網系統正常的運行狀態進行考慮，也要對所有能夠預想到的事故狀態進行考慮，將所有的等式約束方程進行聯立之后就能夠進行求解。

2.1.3 不等式約束。不等式約束指的是電網系統運行中所面臨的各種運行約束，主要包括發電機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、線路有功潮流約束、預想事故負荷調整約束、發電機有功出力調整爬坡約束。與等式約束相同，將所有的不等式約束進行聯立之后也能夠進行求解。

2.2 模型求解的方法

基于風險的電網運行方式校正控制屬于較為典型的非線性規劃問題，在求解的過程中包括多種求解方法，基本上可以劃分為經典類與智能算法兩種類型。其中應用較為廣泛的就是內點法，通過在應用過程中不斷的發展與完善，極大地提高了魯棒性與收斂性，在電力系統優化問題求解中有著非常廣泛的應用。內點法主要包括三種：第一，投影尺度法，需要將問題轉化為線性規劃問題，難度較大、實用性較低；第二，仿射變換法，在對初值選擇的過程中非常復雜，而且收斂性較差，在很多問題中都存在局限性；第三，路徑跟蹤法，利用拉格朗日函數法與對數障礙函數法實現等式約束與不等式約束的無約束轉化，再利用牛頓法進行求解，初值選擇簡單、收斂性好，應用較為廣泛。因此，通過內點法對基于風險的電網運行方式校正控制模型進行求解。

2.3 綜合風險控制模型

校正控制的不同控制量之間可能存在沖突的情況，因此需要對各個優化目標進行協調，確保電力系統能夠處于安全狀態中。綜合風險控制模型主要是對風險的級別進行考慮，針對風險級別進行解決。綜合風險控制模型為：

Minf=Rs

St h（a，b，c）=0

≤g（a，b，c）≤

3 結語

當前，電力系統安全問題已經成為了影響電力系統安全運行的最主要的因素。越來越多的大面積停電事故表明必須對電力系統的安全運行進行關注。傳統的電力系統安全評估方式已經不能夠滿足越來越復雜與隨機的電力系統安全評估需求，需要建立基于風險的電網運行方式校正控制模型，對電力系統運行過程中所有的不確定因素都進行安全評估，確保電力系統能夠處于安全狀態中。

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作者簡介：劉漢國（1981-），男，廣東高州人，廣東電網有限責任公司東莞供電局工程師，研究方向：變電運行。

（責任編輯：周 瓊）