交直流混联电力系统潮流计算与机组组合

王兵++董德慧

摘 要：在多个直流输电工程投入运行的背景下，大规模交直流混联电力系统成为了我国电力系统的重要发展趋势，这就给电力系统的运行和管理提出了更高的要求。基于以上，该文简要研究了交直流混联电力系统的潮流计算问题，并提出了一种机组组合的改进算法，旨在为相关研究和实践提供参考。

关键词：交直流混联 电力系统 潮流计算 机组组合

中图分类号：TM744 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）09（a）-0026-02

“西电东送”“北电南送”是我国未来电力格局的重要发展趋势，随着多个直流输电工程的投入运行，大规模交直流混联电力网络逐步形成，这给电力系统的运行和管理提出了更高的要求。科学、可靠的潮流算法是进行交直流混联系统運行分析的重要基础，且随着精益化调度管理方式的不断推行，如何解决机组组合问题也逐渐受到关注，对于交直流混联电力系统来说，考虑安全约束的机组组合能够保证电网运行的安全性和可靠性。基于以上，该文简要研究了交直流混联电力系统潮流计算及机组组合的相关问题。

1 交直流混联电力系统潮流计算

对于交直流混联电力系统来说，其潮流计算模型将直流系统状态变量和控制变量引入到了交流系统非线性方程中，增加了缪奥数直流系统方程，因此，传统的交流系统潮流计算方法已经难以适用，需要进行改进和补充，满足交直流混联电力系统潮流计算要求。一般来说，交直流混联电力系统潮流计算方法主要有如下两种。

1.1 统一迭代法

统一迭代法是以极坐标下牛顿法为基础发展而来的一种潮流计算方法，在进行迭代求解的过程中，这种算法将交流节点状态变量及直流系统变量进行了统一。利用统一迭代法技能型交直流混联电力系统潮流计算有着收敛性良好的优点，其适应性较为广泛，对于不同控制方式、网络结构的算例来说都能够进行迭代计算，求取收敛解[1]。但需要注意的是，应用统一迭代算法进行交直流混联电力系统潮流计算的过程中，加入了Jacobian矩阵阶数，在每一次进行迭代之后，都需要对Jacobian矩阵进行重新计算，这就大大增加了潮流计算的计算量。针对这个问题，可以对统一迭代法进行一定的改进，减少计算量。下面来例举两种改进方法：

对传统牛顿法改进，对数学模型进行简化，在交直流混联电力系统潮流计算过程中，只需要对Jacobian矩阵进行一次计算即可，这就大大降低了计算量，以网络大小和收敛准确度要求为依据，综合应用三阶收敛牛顿法、六阶收敛牛顿法以及简化牛顿法，这对于提升潮流计算中的求解速度有着积极的意义。

以积极控制方式的直流系统稳态模型为基础，在进行交直流混联电力系统潮流计算的过程中，Jacobian矩阵不会因控制方式的改变而改变，但需要注意的是，在将冗余方程组引入到潮流方程组的过程中，容易导致Jacobian矩阵出现冗余系数，如果处理不当，这降低求解的收敛性，同时如果直流系统中有着多条直流线路，会导致Jacobian矩阵阶数升高，不利于求解速度的提升[2]。

1.2 交替迭代法

从本质上来讲，交替迭代法是一种统一迭代法的简化版本，在进行迭代计算的过程中，分别求解交流系统方程和直流系统方程。在进行交流系统方程求解的时候，将直流系统看做是交流节点上的负荷，此负荷不仅包括有功功率负荷，还包括无功功率负荷，而在进行直流系统方程求解的过程中，将交流系统模拟为恒压源，此恒压源位于换流器交流母线之上。

相较于统一迭代法来说，交替迭代法有着计算速度快的优点，采用不同的计算方法来求解直流部分和交流部分，但需要注意的是，这种方法应用的过程中，对交直流系统初值给定有着较高的要求，这就不可避免的导致求解结果收敛性较差，甚至导致交直流混联电力系统潮流求解的不收敛和振荡。为了解决这个问题，也可以对其进行一定的改进，下面列举两种改进方式。

结合快速解耦法。即将交替迭代法与快速解耦法相结合，对交直流系统之间的耦合关系进行研究，通过研究计算，得出交流系统潮流计算方程受到直流系统控制变量的具体影响，并研究交直流混联电力系统潮流计算求解收敛性受到控制方式的具体影响，这种方式对于改善交直流混联电力系统潮流计算的收敛性有着重要的作用，同时能够有效提升潮流计算效率[3]。

直流系统系数矩阵不可逆的改善。在某些控制方式下，利用交替迭代法进行潮流计算会出现直流系统系数矩阵不可逆的问题，对此问题进行改善则能够提升交直流混联电力系统潮流计算的收敛性。此外，可以可以从潮流在线计算鲁棒性和快速性的角度入手，利用牛顿法来进行直流系统求解，避免因交流母线电压波动导致交直流混联电力系统潮流计算中直流系统求解不收敛的情况，这也能够改善潮流计算的收敛性。

2 交直流混联电力系统的机组组合

对于电力系统来说，发电机组的优化组合指的是在24h之内以负荷预报为基础，保证负荷需求和机组安全等条件下，对各个时段运行的机组进行选定，对机组的启停时间进行确定，保证24 h之内总耗量的最低，电力系统机组的优化组合对于提升电力系统运行的经济性有着重要的意义，科学合理的机组组合能够有效节约燃料费用，并提升机组的寿命[4]。传统的机组组合算法有着计算精度不高、只能获得局部最优解的缺点，不适用于交直流混联电力系统的机组组合优化计算。

对于交直流混联电力系统来说，在研究机组组合的过程中，应当考虑积极交直流输电网络安全约束的机组组合，这属于一种大规模非线性混合整数的规划问题。结合交直流混联电力系统的特点，可以以Benders分解法为依据，将机组组合问题分解为两个问题，其一主层问题，指的是是机组组合的主层问题，其二子层问题，是网络安全约束校验的子层问题，可以交替迭代计算主层问题和子层问题，从而获得交直流混联电力系统机组组合的最优解[5]。而在面对符合不确定情况的时候，则采用分层抽样的方法，通过分层抽样获取多个场景，并采用情境修正策略，以确定模型为基础，增加一组子层问题，以此来对情景的可行性进行校验，并调整确定性模型的最优解，这对于提升交直流混联电力系统机组组合结果的鲁棒性有着重要的意义。

此外，如果负荷的不确定性可能会影响潮流方程不平衡量的情况下，则可以将其作为惩罚项，并计入到目标函数中，以此为基础来重新针对直流SCUC问题进行建模，之后应用BENDERS分解法的思想，按照上述分析的过程对机组组合问题进行分解，求出最优解[6]。

3 结语

综上所述，该文简要分析了交直流混联电力系统潮流计算的两种方法，分别是统一迭代法和交替迭代法，并在两种计算方法的基础上提出了改进策略，之后探讨了交直流混联电力系统机组组合的优化计算方法，旨在为相关研究和实践提供参考。

参考文献

[1] 薛振宇，房大中.基于双向迭代的交直流互联电力系统潮流计算[J].电力系统自动化，2013（5）：61-67.

[2] 屠竞哲，甘德强，辛焕海，等.考虑连锁故障风险的交直流混联系统容量最优分配[J].电网技术，2013（9）：2492-2499.

[3] 赵建伟，章渊，严正，等.改进的Manchester连锁故障模型在交直流混联电力系统中的应用[J].水电能源科学，2013（10）：168-171，246.

[4] 高凯，刘博文，何晓洋，等.交直流电力系统潮流计算综述[J].电气应用，2015（17）：122-127.

[5] 唐晓骏，程振龙，张鑫，等.交直流混联系统电压稳定在线评估体系[J].电网技术，2014（5）：1175-1180.

[6] 孙东磊，韩学山，杨金洪.计及电压调节效应的电力系统机组组合[J].电工技术学报，2016（5）：107-117.