電力系統(tǒng)網(wǎng)架重構階段電壓優(yōu)化調(diào)整方案

［摘 要］網(wǎng)架重構階段是電力系統(tǒng)恢復的重要階段，需要使電網(wǎng)各個節(jié)點更快更優(yōu)地滿足約束條件。文章基于PSS/E 給出的OPF 優(yōu)化方案，將無功優(yōu)化措施對電網(wǎng)的影響進行計算，提出就近調(diào)整原則，最后通過山東電網(wǎng)的算例驗證了該方案的可行性。

［關鍵詞］電力系統(tǒng)恢復；PSS/E 仿真；網(wǎng)架重構；無功優(yōu)化；就近調(diào)整

［中圖分類號］TM73 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）05–0040–03

隨著電網(wǎng)負荷持續(xù)增加，運行條件接近穩(wěn)定極限。如果局部操作不當，極易造成大面積停電事故，因此，做好電網(wǎng)停電事故發(fā)生后的處理預案（網(wǎng)架重構）十分重要。在網(wǎng)架重構前期，系統(tǒng)整體負荷水平較低，應特別注意無功功率平衡問題，避免出現(xiàn)發(fā)電機吸收的無功功率超過其進相能力，以及大量容性無功功率流過線路所造成的電壓升高等問題。因此，探究一套行之有效的電壓優(yōu)化調(diào)整方案尤為重要。

1 電力系統(tǒng)網(wǎng)架恢復穩(wěn)態(tài)校驗的指標與基本方法

在網(wǎng)架恢復過程中，越限情況多以線路過電壓為主。電力系統(tǒng)正常運行時，電壓標幺值最高值不超過1.05，最低值不小于0.95。而在網(wǎng)架恢復過程中，文章適當把條件放寬，最高值不高于1.10，最低值不小于0.90，并將發(fā)電機發(fā)出的無功設定為不小于0。

對穩(wěn)態(tài)電壓優(yōu)化調(diào)整的基本方法可分為4 類。

（1）改變發(fā)電機機端電壓。

（2）改變變壓器變比。

（3）增設無功補償裝置。

（4）改變線路參數(shù)及運用負荷。

一般用等網(wǎng)損微增率準則來進行無功優(yōu)化。

2 基于OPF的無功優(yōu)化就近調(diào)整方案

2.1 PSS/E的OPF潮流優(yōu)化功能

PSS/E（電力系統(tǒng)仿真軟件）是由美國電力技術公司專門為電力系統(tǒng)分析而設計的綜合仿真軟件包。OPF 優(yōu)化潮流是PSS/E 軟件中內(nèi)嵌的一個功能強大的潮流優(yōu)化算法。

OPF 方法架構嚴謹，能夠給出不越限狀態(tài)下的最優(yōu)解和越限狀態(tài)下使越限母線最少的優(yōu)化解，但唯一不足的是調(diào)整方案步數(shù)較多，而PSS/E 軟件中也沒有給出一個使操作數(shù)最小的優(yōu)化函數(shù)。

因此，減小單步操作步數(shù)，以及減少多步恢復的操作數(shù)是一個值得探究的問題。

2.2 基于OPF的無功優(yōu)化方案探究

文章基于牛頓拉夫遜算法，用Python 語言編寫自動化程序，自動獲取整個系統(tǒng)的所有運行母線的電壓情況，并判斷越限線路，具體思路如圖1 所示。

其中，不安全母線是指母線電壓標幺值不在[0.95，1.05] 范圍內(nèi)的值，越限母線是指母線電壓標幺值不在[0.90，1.10] 范圍內(nèi)的值。

2.3 基于OPF的就近調(diào)整原則

引入母線段數(shù)的概念，一段是指與被調(diào)整母線直接連接的母線，二段是與一段直接連接的母線，以此類推。

通過山東電網(wǎng)實際算例分別對調(diào)整發(fā)電機電壓、投切電容電抗、改變負載這3 種措施對母線電壓的影響進行探究。

結果顯示，當發(fā)電機自身調(diào)整0.01 時，周圍相鄰線路會變化0.005 左右，但發(fā)電機受無功出力最大值限制，電壓不易靈活調(diào)整。

在相鄰的220 kV 線路擴展大于三段時，無功補償調(diào)整幅度小于0.001。當母線電壓調(diào)整幅度在0.003左右，相鄰的高壓側線路220 kV 和500 kV 會相應調(diào)整0.001 左右，而三段的母線變化會小于0.001。且無功補償對相鄰發(fā)電機的母線電壓影響極小。

負載的變化可以直接反應于相鄰母線的電壓標幺值變化，可以連續(xù)平滑地調(diào)整周圍母線電壓值。

通過上述分析，母線距離調(diào)整點距離越近，母線電壓調(diào)整幅度越大。基于此提出就近調(diào)整原則，去除OPF 優(yōu)化方案中距離越限母線較遠的調(diào)整點和調(diào)整幅度較小的節(jié)點步驟，達到減少網(wǎng)架恢復操作數(shù)的目的。該方法思路清晰，理論性和可行性較強。

3 算例分析

3.1 山東電網(wǎng)概述

山東電網(wǎng)有17 個地市公司，擁有220 kV 以上變電站319 座，其中500 kV 變電所29 座。文章假設山東電網(wǎng)全部失電，從泰山電站進行黑啟動開始，通過30 步的恢復，到達文章的恢復起點。然后運用山東電網(wǎng)決策系統(tǒng)給出的恢復路徑，綜合考慮負荷重要度和經(jīng)濟性等因素，再進行15 步恢復。

3.2 結果展示及分析

3.2.1 恢復步驟

Step 1 ：啟動黃臺電廠，平衡機濟寧電廠，黃臺電廠有功31.35 MW。

Step 2 ：恢復彩虹站230 kV 線路。

Step 3 ：恢復賢文站230 kV 線路。

Step 4 ：啟動南定熱電，博山站投72 MW，平衡機濟寧電廠，南定電廠有功72.5 MW。

Step 5 ：恢復里彥電廠230 kV 線路。

Step 6 ：恢復棗莊站500 kV 線路。

Step 7 ：恢復棗莊站230 kV 線路，棗莊站230 kV線路投入40.8 MW 負荷。

Step 8 ：恢復韓倉站230 kV 線路。

Step 9 ：恢復大正站230 kV 線路。

Step 10 ：恢復滕州熱電230 kV 線路。

Step 11 ：恢復沂蒙500 kV 線路。

Step 12 ：恢復沂蒙230 kV 線路，沂蒙230 kV 線路投入47.4 MW 負荷。

Step 13 ：博山站230 kV 線路投117 MW 負荷。

Step 14：付家站投33 MW 負荷，平衡機濟寧電廠，白楊河有功150 MW。

Step 15 ：恢復費縣230 kV 線路。

3.2.2 山東電網(wǎng)實際算例分析

文章分別進行了不優(yōu)化、通過OPF 逐步優(yōu)化及就近調(diào)整優(yōu)方案，并得出如下結論。

OPF 逐步優(yōu)化：15 步內(nèi)，不完全越限22 次，越限12 次。

就近調(diào)整優(yōu)化：15 步內(nèi)，不完全越限27 次，越限12 次。

不優(yōu)化：15 步內(nèi)，不完全越限53 次，越限14 次。

抽取就近調(diào)整優(yōu)化方案中的Step 1、4、7、11、15 的優(yōu)化結果進行比對，如圖2–6 所示。

由圖2–6 可以看出，就近調(diào)整優(yōu)化和OPF 逐步優(yōu)化的效果基本相同。在這15 步的恢復過程中，OPF逐步優(yōu)化操作了106 次，就近調(diào)整優(yōu)化只調(diào)整了10 次，大幅簡化了優(yōu)化步驟。

4 結束語

文章對電力系統(tǒng)網(wǎng)架重構階段電壓調(diào)整策略進行了詳細分析，并提出基于PSS/E 的OPF 優(yōu)化方案。實踐證明，該方案具有一定的科學性和實用性，且操作步驟少，可作為快速恢復電力系統(tǒng)，對電力系統(tǒng)進行優(yōu)化調(diào)整的參考性方案。

參考文獻

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