基于潮流線性化的電力主網選址協同規劃方法

李 闊 王 毅 潘海毅

（廣東電網有限責任公司廣州供電局，廣東 廣州 510000）

0 引言

傳統的非線性協同規劃方法主要是利用ATC指標以及其他電網參數的計算來搭建相對應的電網數據，但是近幾年，由于社會經濟的快速發展，人們的生活水平逐漸提高，電器的使用量也逐漸增大[1-2]，這也就間接導致了國家整體的電力消耗量也在不斷攀升；因此，傳統的非線性協同規劃選址方式已經很難滿足電力傳輸的需求，在這樣的背景下，需要設計更符合電力傳輸容量的協同規劃選址方法，才能解決相關的電力問題 。潮流線性化規劃是一種新型電力計算選址技術，通過電力傳輸因子的對應指標以及OPF的多種內置算法對電力主網的最佳運行地址進行選擇。不僅如此，OPF的潮流線性規劃法還會根據特定的約束條件對電力主網選擇地址的問題進行分析，使分析結果的實際性最大化。另外，它還可以在電網運行的狀態下，測試選擇地址是否可以增加運行的靈活性，并對電力負荷誤差進行預測，具有一定的綜合性，可以滿足配電網多方向調度的需求。因此，要對潮流線性化的協同選址規劃方法進行分析探究，以提升我國電力網整體的調度標準和規劃水平。

1 電力主網選址協同規劃方法設計

1.1 構建電網選址的定容多層規劃模型

在對電力主網進行協同規劃之前，需要建立一組電網選址的定容雙層規劃模型。該模型主要涵蓋了協同規劃的相關數值、信息以及內容。另外，它同時也是規劃設計的基礎工作。傳統的規劃模型通常具有主體單一的缺點[3]，該缺點會導致電網最終的選址不具有全面性，也會對未來電網主體的穩定運行造成影響。因此，需要建立投資商的競爭關系，然后確定10個典型日，當然，該典型日的確立具有一定的主觀性，但是對電網協同規劃不會造成影響。協同規劃模型共分為3層，分別為上層模型、中層模型以及基礎層模型。基礎模型一般是指對電網選址基本參數的計算設置，見表1。

表1 電網選址基礎參數表

根據表1中的參數就可以進行規劃模型的基礎設置，以此建立基礎層模型；接下來，同時建立中層模型和上層模型，因為兩者之間具有一定的協同規劃聯系，所以共同建立更加有利于增強模型的真實性。確立過度函數，如公式（1）所示。

式中：A為規劃模型的過度函數；b為協同距離；c為允許出現的協同誤差數值。

通過計算，得出巨頭的過度函數，將其代入模型；隨后，構建模型的規劃約束條件[4]。一般情況下，約束條件是設定在中層模型中，當規劃選址同時滿足平衡約束、節點電壓約束以及線路載流量約束等條件時，才能完成對電網選址的基礎性規劃，進而最終建立定容多層規劃模型。

1.2 建立電網線性化交替規劃結構

在電網選址的定容多層規劃模型建立后，要在該基礎上，建立電網線性化交替規劃結構。測量周圍配電站的供能負荷量，如果供應的負荷需求達到峰值，那么說明電網主體的選址應該擴大范圍，同時增加電力容量，控制成本[5]。反之，如果供應的負荷需求過低，那么說明選址時應該縮小范圍，降低電力容量。將其作為規劃結構的基層標準，并對周圍配電站所產生的峰谷差進行監測。隨后，建立主體結構，具體結構如圖1所示。

從圖1中可以看出，建立相對應的電網選址規劃流程，根據該流程繼續建立規劃架構。當負荷供應距離最近時，將負荷點之間的建設長度設定為最小，并形成相對緊密的交替關系結構。另外，在該基礎上，還需要選擇范圍內的復合能源站，利用線性化模式對其結構進行布置，使之均勻地分布于電網主體的選址周圍，以此來降低能源管網建設的相關費用[6]。最后，為了給選址奠定基礎，需要建立一定的循環機制，避免出現電網電力異常的現象。添加循環機制后，結構具有一體化的特點，包括管網布置、能源站供給分布以及電網設備優化等，更有利于保證定址之后電網主體安全、穩定地運行。

1.3 確定電力主網的初始站址

在完成電力主網線性化交替規則結構的建立工作之后，要進行電網的初始選址。首先，需要確定電網主體地址周圍能源站的數量，以確保電網電力容量的設定。在綜合電力網站的規劃中，確定新建能源站和老能源站的總數量，然后計算其電力總容量。要盡快對電力控制系統作出具體規劃，可以對其進行分區域控制，例如將配電站分為東、南、西和北4個方向，每個方向的區域由電力主體對應的部分對其進行控制，一旦出現異常現象，先通過對應部分進行處理，如果處理不了，再傳輸至總控制系統進行二次處理。其次，計算電力主體的規劃半徑，具體如公式（2）所示。

式中：M為電力主體的規劃半徑數值；s為規劃條件；R為規劃總面積；z為能源站的最遠距離。

在得出規劃半徑之后，將選址區域規劃為六邊形。將選址區域確定為六邊形的原因主要是狹長區域的空間有限，對周圍電力的控制能力不足，而六邊形的結構布置可以增加電力主網的控制范圍，從而加強控制。完成上述工作之后，確定對應的狹長地帶，以剛剛計算的半徑為中心，在選址周圍固定六邊形的定點。具體如圖2所示。

圖2 六邊形規劃定點選址布置圖

根據圖2中的結構，建立六邊形頂點。將完全覆蓋的規劃區域的半徑縮小，當確定選址時，可以形成單環或者多環的電力控制模式，增加相應的使用范圍。值得注意的是，當存在一定狹長區域時，應該縮小半徑距離，且規劃范圍呈帶狀，相鄰的2個能源站的間隔約為5 m，并且盡量減少覆蓋區域的重疊程度。對電網主體的規劃結構進行布置。最后，將布置中心點位置設定為電網主體規劃的初始選址。

1.4 實現負荷平衡的電力主網選址規劃

在確定了電力主網的初始站址之后，需要通過調整負荷平衡性來實現電力主網的最終選址規劃。該部分需要考慮的主要有2個方面：1） 對選址周圍能源站功能范圍負荷平衡性的分析研究。2） 會使用減少設備擴建容量的方法來限制或者緩解負荷高峰的狀況，以此來保證其運行的平衡性[7]。但是在現階段，可以利用潮流線性方程計算出平衡點，再對其選址進行下一步規劃，求解平衡點如公式（3）所示。

式中：L為負荷平衡點；v為平衡坐標的最遠距離；h為加權因子指數。

通過計算，得出負荷平衡點，將其與能源站的距離指標相連接。為了使不同負荷的電能高峰錯開，利用潮流線性化建設模式縮短能源站與距離坐標之間的距離，這樣選址不僅可以加強電力站之間的聯系和控制，同時也降低了建設成本。為了進一步平衡電力主網與能源站之間的距離點，需要關聯定容規劃模型的上層結構，使電力主網最終的選址規劃具有更強的綜合性和整體性，一定程度上擴大了檢測范圍，提升了電力負荷能力，也使電網運行變得更加安全、穩定，最終通過負荷平衡實現了電力主網的選址協同規劃。

2 方法測試

2.1 測試準備

該文主要是對潮流線性化的電力主網選址的協同規劃方法進行測試。對2組方法進行測試，一組為傳統的非線性選址規劃方法，可以將其設定為非線性傳統規劃組；另一組為該文所設計的協同規劃方法，將其設定為潮流線性測試組。選取2個電力主網作為該測試的樣本對象，并且保證電網附近不存在影響測試的其他因素。另外，還需要對電網的基礎參數指標進行測試前的設定，保持其可以完成基礎性的運行。完成之后，再檢查其他詳細參數，最后開始測試。

2.2 測試過程

在相同的環境下同時對2種規劃方法進行測試。將電力主網分為上-中-下3個部分，并保證它們的運輸功率處于穩定可控的狀態。電力節點的數值調整至4～7個，隨后，在電網中接入110 kW的倍數電力電壓，并對相關的電網設備和線路貼現率進行計算，如公式（4）所示。

式中：Q為貼現率；k為電網線路總距離；f為倍數函數；d為設計的節點數。

通過計算，得到處理電網設備和線路的具體貼現率。將電網規劃的無線單位成本修改至0.5元/kW· h，規劃期為15 a，然后測量其他的規劃參數，利用這些參數計算規劃的潮流線性系數，如公式（5）所示。

式中：V為規劃的線性系數；q為參照因子；m為線性可變率；e為擴展系數。

通過上述計算得出規劃的線性系數。根據該系數，對電力主網的選址進行進一步規劃，再次綜合性地對電力主網的配電網線路、分布式電源以及協調指數進行分析考慮，作出完整的規劃。最后，建立電網的規劃模型，通過規劃線性系數以及R2016b平臺對其規劃容載比率進行計算，如公式（6）所示。

式中：M為規劃的容載比率；V為線性系數；w為規劃實況比；g為線性指引指數。

通過計算，最終可以得出2組測試結果，接下來對2組測試結果進行對比。

2.3 測試結果

通過以上測試，得出2組規劃容載比率，對其進行對比，如圖3所示。

圖3 電力主網選址協同規劃測試結果對比圖

通過圖3可以得知，潮流線性測試組的規劃容載比率高于非線性傳統規劃組，說明潮流線性組具有更強的時效性，且可以表明主力電網的容載率有了一定提升。因此，可以驗證潮流線性化協同規劃方法更加科學有效，具有一定的嚴謹性。

3 結語

該文是在潮流線性化下對電力主網選址的協同規劃方法進行設計。該方法與傳統的電網選址規劃方法相比具有更強的整體性、多元性。可以更好地對電力資源進行傳輸和調配，以滿足人們日常的用電需求。除此之外，它還有更強的控制性。ATC的多元結構選址法在一定程度上將零散的電力傳輸專線匯聚在一起，形成緊密的控制關系網，以此來完成潮流線性化下電力主網協同規劃的最終選址。