智能電網規劃與運行控制的柔性評價及方法

陳敏娜

（廣東電網有限責任公司汕頭供電局，廣東 汕頭 515041）

0 引 言

智能電網規劃和運行控制是電力系統運行中較為關鍵的內容，如果缺乏對電力系統的控制，會影響其系統的能力發揮。在運行控制和規劃中，要科學、合理地運用相關技術具有重要的價值和意義，可以保障智能電網的穩定運行，同時為各項工作的開展奠定基礎。

1 智能電網柔性評價的價值和意義

智能電網柔性是在特定參數下有抵抗外部和內部干擾參數的能力。在此種狀況下，智能電網可以穩定運行。在配電網的規劃設計中，要對智能電網加強柔性評價分析，進而為智能電網的穩定運行奠定基礎[1]。在智能電網規劃和運行中，較關鍵的流程是發電、供電和輸電等環節。加強對各環境的規劃分析和合理控制，可以保障系統的穩定運行。因此，在智能運動控制和電網規劃中，以系統運動的發展對其進行分析，將原有的固定參數變為可控的參數信息，進而為各項工作開展提供參考，保證工作的穩定開展。

在智能電網發展下，柔性化管理十分必要，且在現代電網中意義和價值重大。規劃主要對拓撲結構、電源容量、電源所安裝位置進行科學、合理設計，從而提升現有系統的拓展性和經濟效益。在發電環境中進行柔性評價設計，可以適當增加清潔和資源的應用規模，有效降低各種一次性、不可再生能源的消耗，具有提升資源利用效率的優勢。輸電環節中，可以通過優化其運行方式，有效減少電能在運輸中的耗損，優先選擇輸電途徑，以此提升傳輸的經濟性，降低成本，使系統在更加安全的環境下工作。在供電方面，可對需求側開展管理，使系統整合低碳經濟、新能源利用、開發等，提升電力系統的效率和質量，進而提升服務質量。

當前的電網規劃均是以電網符合預測結果開展相應的優化，具有一定的依賴性，在不同符合預測結果時存在差異性。然而，任何負荷預測模型和方法都無法精準預測負荷的變化，導致電網規劃方案缺乏，降低了負荷變化的適應性。隨著電力系統各種技術的不斷發展，一些新型基礎手段也在智能電網中得到有效應用，無疑豐富了電網的控制方式，有效拓展了電網的運行范圍，提升了電網的靈活性，增加了電網運行過程中的不確定性。對此，加強對智能電網柔性控制技術的研究，具有一定的實踐價值和意義。

工業生產系統中的柔性概念，可以對可控制性和存在不確定性之間的相互關系進行評估分析，對智能電網的柔性評價具有一定的參考價值。實踐中，可以從電網運行的不同角度進行分析，進而提出智能電網的多維柔性評價和分析方式。

柔性化技術在電力系統中應用廣泛，可以在各技術環節運用，如電能產生、電能傳送、電力技術運用等都能實現標準化控制，做好電能能量和形態間的速遞[2]。柔性技術在電力系統中有著廣泛的應用空間，是智能電網發展的重要環節。因此，研究電力系統的柔性評價和分析方式，將其有效與智能電網技術融合，分析智能電網建筑、規劃以及運用控制中的問題，具有一定的實踐價值和意義。

2 智能電網的柔性類型

2.1 屬性柔性

屬性柔性是參數柔性，包括輸電線路電阻、電抗和對地電納等。在智能電網中，所有參數屬性是固有的，但是在載流量、溫度、濕度等元素影響下，參數值會發生變化。運用現有技術可適當調節電力系統屬性參數，進而改善系統輸送的能力。因此，可認為電力系統的屬性參數具有一定的柔性，優化后可以有效提升系統的運行能力。

2.2 約束柔性

技術參數是為了讓設備和網絡更加穩定和安全，并且規定了相應的約束性框架。智能電網中的這一柔性是在特定技術基礎上，在安全和經濟性的條件下，對系統約束剛性框架進行優化，把原有剛性的邊界線變成柔性，然后結合特有技術經濟規定系統的運動狀態，以此提升電力系統的效率和運行質量。

2.3 負荷柔性

負荷柔性會隨著電價變化而發生其他變化，包括管理的手段和方式。在這一柔性分析中，要將負荷作為恒定參數和可調節的參數信息。柔性化意味著負荷的柔性，也是負荷的彈性。

2.4 結構柔性

電網中輸送的選擇方式越多，代表結構具有的柔性越大。這一柔性代表系統的靈活性，對優化總體而言，是整體電力系統運動方式的優化。在配電網絡中，結構重新優化的問題，是一種優化電網結構柔性的方式。

3 智能電網電力系統中的柔性評價和方法

電力系統在運行中和柔性評價方式有著密切關系。電力系統的柔性和過程系統柔性較類似，在參數變化上存在相同點，且在運行中存在不確定性特征。而在極端狀況下，參數數值會嚴重偏離設計數值，從而影響系統的運行。智能電網系統運行的安全性和穩定性良好，但是會受到各種不確定因素的影響，因此需要柔性評價對運行控制進行優化[3]。電力系統中的柔性技術包括交流輸電系統、SCADA系統等。在智能電網電力系統中，柔性評價和方法主要有以下幾種類型。

3.1 柔性交流輸電系統

柔性交流輸電系統稱之為靈活交流輸電系統，可對電力系統的參數開展一個甚至是多個優化，使系統更加穩定，將線路輸送能力提升一度，同時科學、合理控制系統的潮流分布，更好地增加系統的負荷度。柔性交流電能通過電氣設備操作和控制電力系統，增加了系統的柔性效果，主要有靜止無功補償器、靜止同步補償器、晶閘管控制的串聯電容器以及UPFC等。

3.2 電力系統柔性規劃分析

在電力工業改革的深入發展過程中，電能流通過程中的發電、輸配電和售電環節正在從一體化流程中逐漸剝離。隨著電力改革的推進，輸配網在市場中地位極重，輸配電容量有一定的充足性。這一配置是否合理會直接影響市場參加方的利益，同時關系各方參加的公正性，更對系統的穩定和安全性等有所影響，因此有效規劃非常關鍵和重要。電網規劃要靈活，也稱之柔性規劃，即在規劃時計算各種不確定因素作為今后電網運行的影響因素，以最大優勢分析未來環境變化，通過最佳的柔性規劃方案適應今后的變化，提升規劃方案的科學性和合理性。

電網發展中存在各種不確定因素，電力市場要明確電網規劃的不確定因素，分析和討論規劃產生的影響，確定的規劃方案要具有前瞻性，進而實現最優性。為了解決存在的問題，當前需要建模和模型求解。通過建模運用各種規劃方式，如盲數、灰色、隨機等，也包括集對分析規劃、離析樹模型規劃等進行處理；模型求解算法是通過數學優化、一般啟發式以及現代啟發式進行計算分析。

隨著新負荷和能源的運用，電網規劃的不確定因素種類一直在增加，電網靈活的規劃也隨之逐漸深入，獲得了顯著效果。受電力市場各種不確定因素的影響，特點是多元且復雜的，因此對問題描述不夠準確。優化求解方法存在一定的局限，是今后發展的重點[4]。

3.3 其他柔性技術

DFACTS技術、柔性化供電技術（FEED）以及柔性SCADA技術，均為有效方法，其中有兩種配電系統可進行拓展，即DFACTS和FACTS技術。這類技術的核心元件是絕緣柵雙極性晶體管（IGBT），相對于CTO有較快的開關頻率和良好的響應特性。現階段，主流的DFACTS裝置主要有APF、DVR、D-STATCOM以及SSTS等。

柔性化供電技術（FEED）是可以為不同電力用戶和負荷需求提供不同質量和形式電能的技術，具有靈活性、穩定性、可靠性、信息化和智能化特征，是一種FACTS在供電領域的有效拓展。它的最主要功能是提供不同電能質量和形式供應電力，是能夠有效完善現有電能質量的一種控制方法。因此，需要不斷完善信息處理，更好地提升設備控制力，從而優化系統的運行。

4 智能電網運行約束和規劃柔性化表示

4.1 智能電網運行約束柔性化表示

電力系統在優化分析中的約束條件分成兩種類型——等式和不等式。前者是系統各節點中有功率和無功率間的一種平衡方法，后者是節點電壓的約束類、發動機有功、無功出力約束等內容。然而，優化過程中還存在一些問題。系統中內在和外在的實際運動均會設置合作約束的邊界，造成系統在運動中的安全性和經濟性不佳。因此，必須要對其開展柔性處理，確保約束邊界并非是明確的，而是整條的邊界線。在這一區域中，任意一條界限都可成為特定條件下系統運行約束的各類邊界。同時，系統約束邊界在邊界線開拓界域后，理論上邊界域還有很多線，在運動中要綜合指標和需求進行合理設置，這也是智能電網多維柔性綜合優化的目的[5]。

實踐中，對電力系統進行柔性優化后，要綜合系統的具體情況，合理處理拓展和約束，讓系統更安全、可靠、經濟。系統運行中，安全度大時可以將約束邊界適當減少，保留這一區域中的安全度，提升系統運行的安全性；而在系統無法滿足負荷的實際需求時，可在較短時間內開拓約束邊界，以確保電力在供應時更加穩定，進而提升系統的輸電能力。

4.2 智能電網運行規劃柔性化表示

基于加強電網自身結構的角度進行分析，在系統分析和開展電網規劃中，需要留下一定的輸電線路，以確保運行的安全度和輸送能力，從而提升電網對各種不確定因素的影響。實踐中，通過對電網規劃開展周期性柔性成本分析，要評估電網規劃，分析經濟性和安全性，從而進行柔性化處理。

電網規劃過程中，尤其是在中期、短期規劃中，需要投資構建輸電線路，給電網運動提供相應服務，以此減少電網在升級和改造中的資金投入。實踐中，不能把投資成本的大小作為方案經濟性評價的標準。需要對不同規劃和方案開展系統分析，了解在規劃周期中對運行經濟產生的影響，綜合實際情況，系統分析規劃方案的經濟性[6]。規劃中要預留適當的輸電電路負載率，以提升電網運行的安全性，通過柔性化分析和優化處理，增強系統對各種不確定因素的應對能力。

5 結 論

在智能電網規劃和運行控制系統中，通過運用柔性評價和分析方式的運行、管理、規劃等，可以將電能生產、消費、輸送變得更加靈活，提升系統運行的工作效率。在今后的電網調度中心中，必須要合理應用各種先進技術手段和智能化方式，加強對電網運行的監視、分析以及處理。通過應用各種先進的電子電力裝置，加強調節控制，提升電網運行的控制性和彈性。實踐中分析智能電網規劃和運行控制的柔性評價及方法，了解不同柔性評價方式和手段，從根本上保障智能電網規劃的科學性，從而合理規避各種問題，為電網的穩定運行奠定基礎。