近幾年，國際上相繼發(fā)生多起大面積停電事故，幾乎都與電磁環(huán)網有關。大停電事故的發(fā)生常常是由于多種復雜事故綜合作用所引起，事故之間存在相關性和連鎖性造成事故的擴大。而電網結構中存在的電磁環(huán)網，往往是引起事故連鎖反應的癥結所在，因此高電壓等級電網具有一定規(guī)模以后，應進行電網開環(huán)輻射狀運行模式，避免電網結構中存在大量的電磁環(huán)網運行方式，更加有效地發(fā)揮高壓電網的作用。同時，隨著經濟的發(fā)展，我國對電網的建設不斷加快，區(qū)域電網日益互聯(lián)成一個大網，電力系統(tǒng)網架結構變得越來越龐大。

傳統(tǒng)的集中式最優(yōu)潮流計算需要通過通信傳輸把大量的運行數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒肟刂剖遥瑑?yōu)化計算完成后也需要把控制結果傳輸出去。隨著系統(tǒng)規(guī)模的日益擴大，這樣的優(yōu)化控制方式越來越難以滿足實時優(yōu)化要求，而且集中式優(yōu)化模式與實際網架分層分區(qū)管轄模式不一致，如何實現(xiàn)快速、穩(wěn)定地分區(qū)解耦計算成為一個熱點研究問題。

在實際的電網中，為避免由于電網結構中的電磁環(huán)網而引起事故連鎖反應，大電網都會實施開環(huán)輻射狀運行模式。同時，為合理地實施電網分層輸電分區(qū)供電，大規(guī)模網架可以劃分為一個高壓網架用于電力傳輸和多個低壓網架用于區(qū)域供電，這對提高電網的安全性、提高用戶供電的可靠性，減少惡性事故引發(fā)的連鎖反應，將會產生積極的作用。正是基于大規(guī)模電網這種特點，本文提出了一個依據(jù)電壓等級的分區(qū)方法和一個分區(qū)優(yōu)化計算算法，不僅實現(xiàn)優(yōu)化速度的提高，也大大適應電網分區(qū)管轄的模式，保護各區(qū)域電網的信息安全。

研究

（1）分析了電磁環(huán)網對大規(guī)模電網的影響，以及電網日益呈現(xiàn)出開環(huán)運行的情況。根據(jù)電網這種特點，提出了依據(jù)電壓等級的分層分區(qū)方法，并用注入電流法實現(xiàn)了網架的快速分區(qū)。

圖1分層分區(qū)的網架結構

從圖1可以看出，通過電磁環(huán)網的解環(huán)運行后，互聯(lián)的大規(guī)模電網呈現(xiàn)出輻射狀特點，一個大的網架可以被劃分為一個220kV的高壓輸電主網和多個子網。

利用注入電流方法實現(xiàn)快速分區(qū)的流程：

1)通過變壓器的額定電壓得到220kV的邊界節(jié)點，斷開邊界節(jié)點后的線路支路，得到修正的節(jié)點導納矩陣。

在不同節(jié)點依次注入一個很大的電流進行潮流計算，每次潮流計算后，判斷每個節(jié)點的電壓幅值，若電壓大于0，則屬于同一個子區(qū)域。

（2）針對多區(qū)域的求解優(yōu)化模型，提出了改進近似牛頓算法進行計算，可以提高求解速度，并有利于保護區(qū)域網架信息安全。

圖2改進近似牛頓算法的原理圖

每一次迭代求解過程中，計算主干網時，主干網邊界節(jié)點的負荷常量等于對應分區(qū)子網邊界節(jié)點上一次迭代計算完成后的有功出力與無功出力。而在計算分區(qū)子網時，分區(qū)子網邊界節(jié)點的電壓幅值和相角常量等于對應主干網邊界。在每次迭代過程中，通過交換邊界節(jié)點的變量，這將能滿足邊界耦合條件，并不斷趨近于最優(yōu)解。

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針對已構建的多區(qū)域分解協(xié)調計算模型，利用提出的改進近似牛頓算法進行多個算例的求解。

為了驗證所提算法的有效性，對不同規(guī)模算例分別采用以下兩種方式進行求解。

方式1：電網未分層分區(qū)，直接采用原始對偶內點法對整個網絡進行計算(集中式優(yōu)化)。

方式2：對電網進行按電壓等級分層分區(qū)解耦，采用改進近似牛頓方法進行求解。

由表1可知：兩種方法所得目標函數(shù)值是基本一致的；迭代次數(shù)上方式2比方式1略有增加，這是由于網架分層分區(qū)之后各子網在優(yōu)化過程中需要不斷交互、協(xié)調邊界變量而造成的；但方式2計算所用時間較方式1大大減少，同時更加容易實現(xiàn)。

通過把一個大規(guī)模網架劃分為多個子網系統(tǒng)后，使系統(tǒng)修正方程系數(shù)矩陣的維數(shù)大大減少，從而降低計算量，因此分層分區(qū)的計算速度大大加快。

大規(guī)模電網的分層分區(qū)協(xié)調優(yōu)化控制相比傳統(tǒng)集中式優(yōu)化具有一定優(yōu)勢。后續(xù)研究中，可以進一步把單斷面優(yōu)化做到多時段的動態(tài)優(yōu)化，給大規(guī)模電網計算帶來更好的實用價值。

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