基于改进麻雀搜索算法的多端柔性直流输电系统有功潮流优化方法

颜守勋

（福州万山电力咨询有限公司，福建 福州 350000）

0 引 言

随着现代化社会的快速发展，城乡配电网发展相对薄弱。为提高资源优化配置能力，降低输电线路中电网格局改变所造成的不良影响，需要积极引入先进的有功潮流控制优化理念。例如，对大规模新能源电力系统进行协调控制，以维持柔性直流系统的有功功率平衡，降低大规模停电的风险。从控制的角度出发，系统在稳态时通过设计有功潮流优化的方法分层控制最优潮流，使交直流电网的传输损耗最小化。采用模糊控制方式，使系统在不同工况中能够维持直流电压稳定的状态，合理分配功率。根据柔性直流输电的快速响应能力，控制有功作用，为弱电网提供电能，提升电网的稳定性，完善电网拓扑结构。通过对不同问题进行整合分类，可以有效解决输电线路中存在的问题，提高优化的有效性，并将优化方法应用到不同领域，能够最大限度地减小能源出力导致的电压偏差。传统的有功潮流优化方法在实际应用过程中存在局限，由于可再生能源具有随机性，其输出功率会受到电压的影响而发生变化，导致功率分配不均[1]。在传统的电网格局下，受到多种条件因素的影响，馈线之间存在潮流不平衡的问题，导致功率损耗增加，两侧出力不均，难以有效控制环境，无法满足多变的潮流需求。因此，文章重点研究超高压交流输电线路电磁环境控制方法，并结合实际情况进行实验与分析。

1 多端柔性直流输电系统有功潮流优化

1.1 建立系统有功优化分配模型

根据多端柔性直流输电系统的整体网损和功率调节范围限制，以电量最小为目标，建立系统的有功优化分配模型，用公式表示为

式中：T为调度周期数；pi为在时段i内的有功功率；p为系统中的总功率。通过建立优化模型，对决策变量进行调整。设定系统中存在n个交流节点，通过计算交流节点的功率，可以得到节点功率平衡方程[2]。在潮流模型中，需要对有功功率进行约束。设定无功功率的参量为0，确保对有功功率进行控制的约束满足以下条件

式中：pimax表示在时段i内的有功功率最大值；pkmax表示直流系统的额定输送功率最大值；pimin表示在时段i内的有功功率最小值；pkmin表示直流系统的额定输送功率最小值。实际应用时，需要在调度周期内进行调节，确保换流站中每个功率状态保持最小的时间约束。当有功功率指令不同时，计算2 条母线支架内的交流线路损耗值，以得到交直流线路中的输送功率。在直流系统输送功率过程中，直流系统产生的损耗与功率呈线性变化[3]。对于已知的直流系统，可以通过损失函数计算不同元件之间的损耗。

1.2 转移多端柔性直流输电系统交流冲击能力

在交直流并列输电系统中，为了提高设备的利用率，达到线路最大输送裕度，需要合理分配交直流线路的输送功率。通常情况下，直流系统的输送功率较大，如果直流系统出现故障，会影响交流状态[4]。当大容量功率进行转移后，输电线路会受到一定的冲击。设定c为直流功率向交流线路转移过程中所承受的冲击能力，计算公式为

式中：pi为直流系统的有功功率；pk为直流系统的额定输送功率。通过计算直流系统在故障情况下的攻击率，能够知道交流通道中的功率转移情况。攻击率计算公式为

式中：e为直流系统故障情况下功率转移参数。通过判断系统受到的冲击程度，能够知道在故障情况下系统整体受到冲击的程度。为维持电网稳定，可以对有功潮流进行优化，确保直流系统输电功率达到平衡。

1.3 改进麻雀搜索算法有功潮流优化

使用改进后的麻雀搜索算法对多端柔性直流输电系统的电网有功潮流进行优化，以实现稳定运行。在稳定运行状态下，多端柔性直流输电的上层控制系统会持续采集交直流混合输电系统的稳态运行数据。对于直流网络，其会判断直流线路是否发生中断故障，并运用优化分配模型进行直流网络控制[5]。通过设定初始种群规模，计算个体的适应度，作为初始种群的基础。经过不断的迭代计算，对个体适应度进行排序，选择最优个体进行位置更新。运用精英策略记录最优个体，寻找最优个体的计算公式为

式中：B为迭代后得到的当前最优解；A为符合正态分布的随机数。不断进行迭代计算，直至找到最优个体[6]。输出最优值，并调整最优控制策略，对交流网络的设备出力进行功率分配。在各种约束作用下，进一步优化潮流，确保系统运行稳定，并维持系统内部的电压水平。

2 实验测试与分析

2.1 搭建实验环境

运用MATLAB 开发工具编写潮流计算程序，来计算稳态运行过程中的潮流分布。本次实验设置了30 个节点来模拟电网的运行情况。在多端柔性直流输电系统的控制层，接入储能设备分布式发电（Distributed Generation，DG）装置，实现潮流的双向流动。同时，在IEEE 82 节点系统中，将通信开关安装在预设位置。分析DG 出力对系统网损和节点电压变化的影响，并在不同场景中进行验证。场景设定情况如表1 所示。

表1 场景设定

在确保系统电压的基础上，运用不同的优化算法计算系统中的电压分布情况问题，以确定最优方案，得到潮流优化结果。

2.2 结果与分析

对场景A～E的不同DG接入情况进行仿真分析，设定功率因数为0.5，在节点号分别为10、25、30 的条件下，得到系统接入后的参数如表2 所示。

表2 场景系统接入参数

不同场景下系统接入DG 的容量不同，为验证多端柔性直流输电系统的供电可靠性，设置了3 个实验小组。将文章所提方法的小组设为实验组，将基于附加频变增益控制的风电-柔性直流输电系统次同步振荡抑制方法和基于离散小波变换-概率型神经网络（Discrete Wavelet Transform-Probabilistic Neural Network，DWT-PNN）的柔性直流输电系统故障检测方法的2 个小组设为对照1 组和对照2 组。选择场景A 作为研究场景，对系统潮流进行优化，并针对不同节点进行仿真验证。3 个小组的电压分布情况如图1 所示。

图1 不同处理下节点电压分布情况

由图1 可知，在场景A 中，2 个对照组在接入DG 的配电网中存在严重的电压偏移现象，此时系统节点电压超过0.92 p.u.，造成了严重的网络损耗。而实验组的节点电压低于0.92 p.u.，网损耗较低。由此可知，当配电网接入DG 后，运用文章所提优化方法能够改善系统的电压水平，通过调节潮流优化，可以提高节点电压质量。

通过实验证实，运用文章设计的有功潮流优化方法能够对电压进行有效控制，解决电压偏移问题，使电压趋于平稳状态。通过降低系统网损，能够在不同场景中控制出力，调整系统电压偏差，改善电网状态。整体来看，接入DG 能够改善电压水平，而进行潮流优化能够满足不同用户对经济性的需求。通过适当增加电源的出力和灵活调节线路潮流，提高了多端柔性直流输电系统潮流优化控制方法的有效性，并增强了系统供电的可靠性。

3 结 论

文章从输电线路入手，结合改进麻雀搜索算法，探究基于改进麻雀搜索算法的多端柔性直流输电系统有功潮流优化方法。多端柔性直流输电系统通过与多个风电场建议连接，能够调整系统，实现对直流输电系统的协调控制，使多端柔性直流输电系统能够在多个层次上保持稳定高效的运行。但该方法还存在一些不足之处，如强耦合问题、负荷中心运送问题、电磁辐射问题等。因此，需要不断优化区域电网间电力资源配置，形成多时间尺度协调控制策略，加快电网的建设，降低投资和传输损耗，提高电网的可靠性。此外，可以通过改变功率流向，满足算法的应用需求，使系统能够快速响应不断变化的需求。