基于可靠性評估的電力系統優化運行方法研究

錢思羊

（中國電力建設工程咨詢有限公司，北京 100120）

0 引 言

目前，我國電網的互聯與完善逐漸走向正軌，同時區域電網的關聯以及電力的調配規模也漸漸擴大，這也使得我國電網的執行質量以及效率得到了明顯的升高[1]。在這樣的背景之下，風電并網的容量與電力市場慢慢趨于一致，雖然在初期應用的過程中獲取了相對較好的效果，但是在實際應用時，時常會出現電力調配混亂、調配靈活度下降甚至電力控制力變弱等問題，嚴重的會造成大面積的關聯性電路損壞，促使經濟損失增加[2]。不僅如此，傳統的電力調配系統由于電力處理模式的單一落后，使得優化調度問題日益嚴重，電路在進行電力供給以及調配的過程中，時常會出現不穩定的狀態，這也極大地降低了電力系統應用的可靠性以及全面性，致使電力行業的發展前景逐漸受到限制和束縛[3]。因此，需要設計更加靈活多變的電力系統優化運行方法，提升電力系統的整體執行質量以及效率，完善對應的供電結構，加強對應的可靠性[4]。

一般情況下，電力系統的優化運行與其供電設備的串聯以及并聯影響較大，同時，部分區域的變電站時常會接入高壓電線，這種電線雖然可以提供較大的電流，但是在實際運行的過程中，需要形成能夠滿足多條線路共同運行的優化結構，在整體的結構之中，實現進線的安裝，由多臺變壓器進行電力以及電流的控制，最大程度上提升電力運行的可靠性[5]。

因此，對基于可靠性評估的電力系統優化運行方法進行分析與研究。在較為真實的環境之下，確保電力系統穩定運行的同時，從多個角度來對整體系統進行優化控制，同時創建具有關聯性的電力結構，將變電站作為供電系統的核心執行環節，利用不同的電力優化模型來實現系統的可靠運行，同時，設立優化運行的原則，依據不同區域實際的優化目標，進行對應的電力調度，以此來增強電力系統的執行優化效果，從而確保日常供電效果，使電力系統的運行更具可靠性和穩定性，有利于未來發展前景的擴展延伸。

1 可靠性評估背景下電力系統優化運行方法設計

1.1 可靠性評估背景下優化運行目標函數確定

在進行電力系統優化運行方法的設計前，需要先確定優化運行目標函數[6]。在電力系統的執行模式之中，控制系統節點與支路電壓的合理范圍，以此來確保電力系統可靠性評估效果的應用[7]。首先，確定對應的系統執行運行風險，將其與發電站的目標范圍關聯，設定對應的目標函數，在合理的運行風險范圍之內，實現電力系統多目標的維護調度，同時，創建對應的調度運行結構，并計算出目標的調度差值，具體如公式（1）所示：

式中，R表示目標的調度差值；φ表示耗量特性；F表示近似運行范圍；ε表示電力系統參數誤差。通過上述計算，最終可以得出實際的目標調度差值。將這個調度差值設定為極限運行差值，在可靠性評估的背景之下，在電力系統的執行通路以及信道中，設定對應的運行節點，隨后，在初始的運行結構之中，依據實際的電壓變化范圍，進行隨機電力潮流的控制，隨機電力潮流是一種系統的電流運行方式，與額定電流不同的是，隨機電力潮流是時刻變化的，具有一定的不穩定性，同時與電力系統的運行特性相關聯，當隨機電力潮流風電波動、負荷波動以及機組停運出現異常時，實現目標函數的控制，并計算對應的可靠性評估背景下目標函數，具體如公式（2）所示：

式中，C表示目標函數；f表示變化評估值；?表示極限誤差值；χ表示電力系統的特性范圍。通過上述計算，最終可以得出實際的目標函數。根據函數進行運行結構的設定，完成可靠性環境的搭建。

1.2 不確定因素的可靠評價數學運行模型構建

在完成可靠性評估背景下優化運行目標函數的確定之后，接下來，需要構建不確定因素的可靠評價數學運行模型。不確定因素主要是指在電力系統運行以及調配的過程中，出現的突發性運行情況，電力系統的不確定因素多種多樣，其中雙饋電力控制結構應用是較為廣泛的，需要設定有功出力與電力運行關系的構建，具體如公式（3）所示：

式中，E表示有功出力關系范圍；λ表示切入風速；W表示額定風速。通過上述計算，最終可以得出實際的有功出力關系范圍。在此范圍之內，創建對應的數學運行模塊，設定在模型之中，設計對應的數學線性關系，完成不確定因素的可靠評價數學運行模型的構建。

1.3 隨機潮流矩陣的設計

在完成不確定因素的可靠評價數學運行模型的構建后，進行隨機潮流矩陣的設計。依據系統的隨機電力潮流特征，結合數學運行模型，再加之可靠性評估的范圍與電力系統的執行范圍，進行隨機潮流矩陣的設計，具體如公式（4）、（5）、（6）所示：

式中，G、N、A表示隨機潮流矩陣核心值；π表示電力運行潮流范圍；Z表示運行核心變量；X表示電力調配誤差值。通過上述計算，最終可以得出實際的隨機潮流矩陣核心值。將其設定在數學模型的優化運行矩陣之中，形成累積分布的運行體系，最終完成對隨機潮流矩陣的設計。

1.4 多目標粒子法實現電力系統優化運行設計

在完成對隨機潮流矩陣的設計后，接下來，采用多目標粒子法實現電力系統的優化運行設計。依據數學模型對電力系統優化運行得出的數據信息，設立不同的優化運行目標，采用多目標粒子法創建對應的運行結構，完成電力系統的優化與運行。隨著迭代電力結構的變化與更新，計算出最優解，來進一步實現電力系統的調度與優化，最終實現多目標粒子法電力系統優化運行的設計與實現。

2 方法測試

本次測試主要是對可靠性評估背景之下，電力系統優化運行效果的驗證。測試共分為兩組，一組為傳統的多元并列優化運行方法，將其設定為傳統多元并列運行測試組；另一組為本文所設計的方法，將其設定為可靠評估運行測試組。兩種測試方法在相同的環境之下同時進行，將得出的數據信息對比分析，最終獲得測試的結果。

2.1 測試準備

在測試前，需要先進行相關的測試準備。首先，搭建測試的環境。選取Q區域的電力系統作為測試的主要目標對象，采用IEEE 14節點電力運行程序，設置測試電力系統的所有功率數據均在100 MVA以下，以確保測試結果的準確性以及系統性。采集匯總相關的電力數據信息，并依據運行的環境，計算雙向功率基值下的標幺值，具體如公式（7）所示：

式中，M表示雙向功率基值下的標幺值；?表示停運執行率；β表示運行負荷范圍，通過上述計算，最終可以得出實際的運行負荷范圍。在確定的范圍之內，進行優化運行節點的設定，并依據對應的優化需求，設定優化運行標準以及等級，具體如表1所示：

表1 電力系統優化運行標準及等級標準設定

通過表1中的數據信息，最終可以完成對電力系統優化運行標準及等級標準的設定。完成之后，在這個標準范圍之內，設定對應的優化運行節點，實現對電力系統運率的控制，電力負荷均以IEEE 14節點為核心均值，為了確保優化運行結果的準確性，還需要計算運行節點的標準差，具體如公式8所示：

式中，Y表示運行節點的標準差；B表示交互負荷值；γ表示獨立節點的應用運行值。通過上述計算，最終可以得出實際的運行節點的標準差。將其設定為電力系統優化運行的誤差極限，將運行的誤差以及功率誤差范圍設定為整體電力系統誤差的10%～30%，隨機將關聯的節點電壓閾值設定為[0.45,1.25]，而電力系統的電壓極限設定為傳統功率的3.25倍，節點切除范圍需要控制在30%以下。完成上述測試環境的搭建之后，核查測試的設備以及裝置是否處于穩定的運行狀態，同時確保不存在影響最終測試結果的外部因素，完成之后，開始測試。

2.2 測試過程及結果分析

根據上述所搭建的測試環境，進行更為具體的測試。在電力系統的執行節點中，選取一個核心的節點，通過變電器更改電力系統的引入電壓，設定為110 kV，在風電場采用雙饋異步風機，更改切入風速為2.5 m/s，切出風速為30 m/s，電力系統的額定電流設定1 200 A，同時，選取6個不同的測試電路作為優化運行目標，將數據設定在優化運行模型之中，得出對應的測試結果，對其作出對比分析，具體如表2所示。

表2 測試結果對比分析表

根據表2中的數據信息，最終可以得出實際的測試結果：在不同的電力系統運行恒功率范圍下，對比于傳統的多元并列運行方法，本文所設計的優化運行方法最終得出的故障率相對更低，說明優化運行的效果更佳，誤差值也較低，具有一定的實際應用價值。

3 結 論

綜上所述，是對基于可靠性評估的電力系統優化運行方法的研究與探索。通過對電力系統的優化運行，可以從整體上提升電路調配的質量和效率，降低多余調配誤差。另外，基于可靠性評估的運行優化方法具有更強的靈活性以及穩定性，對比于傳統的優化方法，更加符合新時代的電力調配的運行模式，雙向供電運行方法所得出的效果也優于單一結構的運行，在不同的電力情況下也可以實現更為靈活的應變與運行處理，進一步完成動態與靜態調度相結合的電力運行模式，創建更加高效的電力執行體系，推動我國電力行業邁入新的發展臺階。