风电场环境下的电力系统潮流算法

王思思

摘 要文章首先针对电力系统潮流算法的发展展开必要说明，而后进一步讨论了风电场环境下电力潮流计算的模型，对于加深该领域的理解有着积极价值。

【关键词】电力 潮流计算 风电场

潮流计算是电力系统分析中重要的电气运算，是研究电力系统运行状态并且展开对应规划的重要手段。随着电力系统规模的不断扩大以及复杂程度的不断提升，潮流方程的阶次也越来越高，算法的优劣，直接关系到电网自身优化决策，因此对于算法的追求，一直都是该领域的目标。

1 电力系统潮流算法的发展

对于电力系统潮流算法的研究，在很大程度上与计算机的发展保持了一种同步状态。20世纪50年代，以节点导纳矩阵为基础的高斯赛德尔算法广泛应用，就是因为当时的计算机运算能力有限，但是算法本身较差的收敛性，又推动了算法本身的进步。时至今日，计算机运算能力得到大幅度提升，对应的算法也呈现出新的特点。当前环境下，人工智能算法、符号分析法等成为研究的主流。

人工智能算法领域中的代表作，包括遗传法、模拟退火法、粒子群优化算法等多种。从应用特征角度看，遗传算法具有很好的全局寻优能力， 优化结果普遍比传统优化方法好，但是对计算机的运算能力有着比较高的要求，因此在应用中还处于不断完善和发展的阶段。模拟退火算法则以较为简单的算法原理组成，可以将其视为对常规迭代寻优算法展开的一种修正，允许以一定的概率对比前次稍差的解作为当前解。最后，粒子群优化算法在获取全局最优解方面表现良好，且运算效率状态良好，隶属于迭代的随机搜索算法范畴。人工智能算法能够保持与导数无关，因此避免了很多问题因为不可导造成的运算障碍问题，并且随机性较高，表现为全局优化算法的范本，尤其适合于大规模问题的求解。但是整体而言，表现仍然不够稳定，计算结构的可信度比较有限，算法中的某些参数可能会需要有经验的人员参与确定。

符号分析法同样也是该领域中常见的潮流算法。这种方法的应用，主要是考虑到随着电力系统规模和复杂程度的不断提升，对于问题求解的实时性特征需求开始变得突出，而此种方法依据电力系统实际的工作特征，结合网络图论理论提出，对于克服传统数值计算方法在收敛性、冗余项对消、计算机有效字长效应等方面的不足有着积极价值。此种方法首先建立起电力网络的拓扑模型并且生成拓扑网络的树结构，而后对电力环境中的节点电压方程进行拓扑求解，得到对应的符号表达式。此种方法能够避免求解非线性方程，并且其自身拓扑性质表现出良好的计算灵活特征，这些特点都使得此种方法能够在电力系统在线计算以及静态安全等领域具备显著优势。但同时也应当注意到这种逐点进行完整数值计算的方式，对于收敛性、冗余项对消等相关问题无法避免，误差也成为不容忽视的因素之一。

除了上述两种方法以外，基于L1范数和现代内点理论的算法、配网模糊潮流算法、含HVDC和FACTS装置的混合电力系统潮流算法，以及双向迭代并行潮流算法等，都是当前潮流计算领域中的主要发展方向。

2 含风电场的电力系统潮流算法浅析

风能是电力系统中的一种新型能源，但是其并网引入却存在诸多不确定因素。风能本身并不稳定，同时风力发电机多为异步发电机，因此需要无功电源的支持，等于加重了电网的无功负担，这些因素都从客观上为风电网潮流计算带来了新的挑战。

首先将风电机组的异步发电机进行简化，得到图1结构。

图1中，x1、x2以及xm分别为定子电抗、转子电抗以及励磁电抗，r1为定子电阻。可以获得风电机组无功功率以及有功功率的表达式如（1）（2）：

（1）

（2）

上式中U为机端电压，s为滑差。

在展开潮流计算的时候，应当结合风电机组自身特征进行分析。其风机功率参见式（3）：

（3）

其中ai為风机功率特性参数，v为风速。进一步导出电动机滑差s，进一步消去滑差得到电动机无功功率如式（4）：

（4）

通过相关推导可以看出，对于风电场的电力系统潮流计算，可以首先进行风速确定，而后在给定节点电压初值的基础上，进一步确定有功功率以及无功功率。随后调用常规雅克比矩阵计算程序进行计算，并且在此基础上进行修正，最后检验收敛状况，确定是否展开进一步的迭代。

3 结论

潮流计算对于电网系统而言至关重要，直接关系到整体的规划设计。实际工作中应当密切关注该领域的算法发展，结合实际情况展开算法调整和测试，获取最有效果。

参考文献

[1]施鹏飞.风力发电的进展和趋势[J].中国电力，2002，35（09）.

[2] 陈树勇，戴慧珠，白晓民，等.风电场的发电可靠性模型及其应用[J].中国电机工程学报，2000，20（03）.

作者单位

青海大学水利电力学院 青海省西宁市 810000