模型拼接在广西电网中的应用

凡华

(广西电网公司电力调度控制中心，广西 南宁 530023)

1 引言

由于电网按照“统一调度，分级管理”的原则运行，传统EMS中电网建模，通常仅将本级调度调管范围内的电网进行完整建模，而外部电网，往往被简单地等值为经典发电机模型并挂在与外网间的联络线上，其注入功率通过状态估计获得。该方法在本电网内部进行开断操作潮流计算时可能没有问题，但在离边界较近的地方进行开断计算时，误差会很大，特别是对边界联络线的开断计算误差更大。该问题如不能解决将直接影响电力系统应用软件(PAS)的实用化。

为了保证EMS计算结果正确，国内外对外网建模方式做了大量的研究。文献［1－2］将外部所有电网简化为一个规模较小的等值网络，一般采用Ward等值和REI等值，但该方法的等值精度不高;文献［3］保留少量外网厂站的详细模型作为缓冲网，该方法等值效果较好，但建模过程复杂;文献［4－5］保留详细外网模型方法，该方法进度高，但获取外网实时数据困难，且模型的计算负担较重;文献［6－9］介绍了模型拼接在国内的应用。广西电网位于南方电网“西电东送”主通道，高低压电磁环网及穿越功率问题突出，内部电网潮流受外部电网的影响较大。在广西电网外部电网等值过程中采用了对外网详细模型进行简化的处理方法，即对南网总调下发的全网架模型进行解析，只保留500kV主网架模型，然后将南方电网500kV主网架模型与广西电网详细模型进行拼接。本文介绍了广西电网与南方电网500kV主网架模型的拼接方案和边界潮流匹配方案，通过在广西中调的实际应用表明该方法是可行的。

2 广西电网模型拼接方案

总调将南网全网架模型定时下发至广西中调，不定时将更新文件存放在中间地址，中调通过FTP调用。通过对南网总调下发的全网架模型进行解析，只保留500kV主网架模型，最后将经潮流调整后的南网500kV交流主网架模型与广西电网详细模型拼接起来，形成完整的模型。步骤如下:①获取南网在线模型，通过解析只保留南网500kV主网架模型，然后剔除除边界节点以外广西电网部分;②从中调EMS系统获取广西电网详细模型;③调节外网相关发电机和负荷注入，使得外网边界节点电压和边界联络线注入功率匹配;④将模型进行拼接合并，从而获得完整电网模型。流程如图1所示。

图1 模型拼接总体流程

3 南方电网主网架模型的获取

从模型范围选择角度，虽然从理论上讲，模型越全计算精度越高，但是本应用场景关注的是内网潮流计算。实际应用中，详细的外网可能存在误差，而且误差极有可能会传递至内网。广西电网省际间的联络主要是依靠500kV的联络线，因此采用500kV网架的核心模型能完全满足内网计算的精度要求。

由于南网500kV主网架模型较之全模型规模小得多，因此总调需要传输的数据量将会大大减少。从量测数据传输的角度，采用TASE2转发方式。TASE2转发可以实现秒级的数据刷新，而E格式文件传输只能实现分钟级的数据刷新，分钟级的数据刷新可能无法保证及时跟踪电网状态的变化，导致边界潮流匹配难度加大。同时为保证总调与广西中调模型能够正常拼接，双方联络线命名需规范一致或建立联络线名称对照表。模型拼接示意图如图2所示。

中调EMS系统提供内网的CIM模型以及状态估计结果文件，其中CIM模型文件包括广西电网的拓扑结构信息，状态估计结果反应了广西电网的实时信息。对CIM模型与状态估计结果文件分别进行解析、转换，依据元件和厂站命名规则的一致性，可将两者合并得到与南网500kV网架模型拼接后的广西电网模型。

图2 模型拼接示意图

4 边界潮流匹配方法

为了保证电网模型的准确性，需要将南网模型与广西电网实时模型进行拼接。在模型拼接过程中，边界潮流可能会出现不平衡的现象，须加以修正。本文将广西电网作为内网，假设内网边界上电量为准确值，即P、Q、V、θ为给定值;云南、贵州、广东电网作为外网，调整外网注入量，使外网边界节点的电量与内网一致，从而实现内网和外网的模型拼接。

内外网边界节点如图3所示。假设外网边界节点为 i、j、k，其电压为 Ui∠θi、Ui∠θi、Uk∠θk，功率为 Pi+jQi、PI+jQi、Pk+jQk;内网边界节点为 l、m、n，其电压为 Ul∠θl、Um∠θm、Un∠θn，功率为 Pl+jQl、Pm+jQm、Pn+jQn，且令内网电压、功率为准确值。通过反复调节外网中相关节点的电压和有功逐渐小减内外网间电气量偏差，直至外网边界量与内网边界量相等。本文中边界节点为河池站、百色站、平果站、崇左站、桂林站、梧州站、贺州站、玉林站等8个500kV变电站，如图2所示。

图3 边界潮流示意图

4.1 有功注入偏差的调整

外网中可进行有功注入调节的节点主要是发电机节点和负荷节点。假设边界节点有S个，外网有功可调节点有M个，边界联络线上有功注入与内网实际值之间的偏差量为ΔPs，ΔPs是一个S×1的列向量，外网可调量为ΔPm，ΔPm是一个M×1的列向量。通过调节ΔPm可使得ΔPs=0。两者之间的灵敏度关系为ΔPs=－BSMΔPM，式中BSM为S×M 维的矩阵，其第j列元素表示可调节节点中第j个节点有功注入改变1个单位值时，各边界节点有功注入量变化的大小，负号表示可调节节点的有功注入增加使各个边界节点有功注入减少，反之同理。

BSM求解过程如下:先求得快速分解潮流计算法中的B'，B'为忽略所有接地支路而建立的节点导纳矩阵;再利用节点消去法，计算可调节节点j(j=1，2，…，M)与边界联络点 i(i=1，2，3，…，S)之间的转移导纳B'ij，即仅保留外网中某一可调节节点j和所有S个边界联络节点，对B'进行Guass消去。由于S个边界联络节点的相角固定不变，因此当节点j的有功注入增量ΔPMi使其对应的相角增加Δθi，各边界联络节点的有功注入将增加 ΔPSi=B'ijΔθi(B'ij为负)。由于系统要满足功率平衡，故各节点的有功注入变化量之和为0，即，因而ΔPSi=B'ijΔθj=，因此，BSM的第j列元素可表示为用此方法可计算出BSM的所有元素，最终求解为

4.2 边界电压偏差的调节

对于PQ节点及PV节点，极坐标有功潮流方程可描述为

式中:PS，i为节点给定的注入有功;Gij为电导;Bij为电纳。j∈i表示∑后的标号为j的节点必须直接和节点i相连，并包括j=i的情况。

电气距离D的计算公式如下:

D越小，两个节点间的联系也越紧密;反之两个节点联系就越松散。两节点间的D较小，则他们之间存在较大的电气联系，对潮流的分布状态影响较大，即他们之间的灵敏度较大。本文采用基于电气距离的发电机、负荷分组调整办法，共同作用调整边界联络节点电压。对含有S个边界节点的外网，依据可调节节点距离某一边界节点电气距离最小，把可调节节点分为S组，每一个边界节点的电压偏差ΔUi(i=1，2，…，S)由一组与之相对应的可调节节点(包括发电机和负荷)Mi(i=1，2，…，S)进行调整。利用潮流计算程序计算外网潮流，得出偏差量，按照上述方法直到边界节点电压误差满足误差要求，边界节点电压调整流程如图4所示。

图4 边界节点电压调整流程

5 广西电网应用实例

如图2所示，广西电网与外网边界节点为河池站、百色站、平果站、崇左站、桂林站、梧州站、贺州站、玉林站等8个500kV变电站。通过调整外网注入量，使外网边界节点的电气量与广西电网一致，从而实现广西电网详细模型与南网500kV主网架模型的拼接。

通过对:①广西电网内部设备进行开断潮流计算;②距广西电网边界较近的地方进行开断潮流计算;③对边界联络线进行开断潮流计算，三种情况下的广西电网独立模型及拼接后模型的调度员潮流计算结果与设备检修时SCADA系统中实际值对比，表明了该方法的正确性。

表1 不同模型潮流计算对比

6 结语

本文采用功率灵敏度矩阵调整边界联络线注入功率，利用基于电气距离的负荷、发电机分组方法调整边界节点电压，实现了广西电网详细模型与南方电网500kV主网架模型的成功拼接。通过在广西电网的实际应用验证了边界节点潮流调整方法以及模型拼接方案的是可行的，且在工程实际中运行良好。

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