电力系统网架重构阶段电压优化调整方案

［摘 要］网架重构阶段是电力系统恢复的重要阶段，需要使电网各个节点更快更优地满足约束条件。文章基于PSS/E 给出的OPF 优化方案，将无功优化措施对电网的影响进行计算，提出就近调整原则，最后通过山东电网的算例验证了该方案的可行性。

［关键词］电力系统恢复；PSS/E 仿真；网架重构；无功优化；就近调整

［中图分类号］TM73 ［文献标志码］A ［文章编号］2095–6487（2024）05–0040–03

随着电网负荷持续增加，运行条件接近稳定极限。如果局部操作不当，极易造成大面积停电事故，因此，做好电网停电事故发生后的处理预案（网架重构）十分重要。在网架重构前期，系统整体负荷水平较低，应特别注意无功功率平衡问题，避免出现发电机吸收的无功功率超过其进相能力，以及大量容性无功功率流过线路所造成的电压升高等问题。因此，探究一套行之有效的电压优化调整方案尤为重要。

1 电力系统网架恢复稳态校验的指标与基本方法

在网架恢复过程中，越限情况多以线路过电压为主。电力系统正常运行时，电压标幺值最高值不超过1.05，最低值不小于0.95。而在网架恢复过程中，文章适当把条件放宽，最高值不高于1.10，最低值不小于0.90，并将发电机发出的无功设定为不小于0。

对稳态电压优化调整的基本方法可分为4 类。

（1）改变发电机机端电压。

（2）改变变压器变比。

（3）增设无功补偿装置。

（4）改变线路参数及运用负荷。

一般用等网损微增率准则来进行无功优化。

2 基于OPF的无功优化就近调整方案

2.1 PSS/E的OPF潮流优化功能

PSS/E（电力系统仿真软件）是由美国电力技术公司专门为电力系统分析而设计的综合仿真软件包。OPF 优化潮流是PSS/E 软件中内嵌的一个功能强大的潮流优化算法。

OPF 方法架构严谨，能够给出不越限状态下的最优解和越限状态下使越限母线最少的优化解，但唯一不足的是调整方案步数较多，而PSS/E 软件中也没有给出一个使操作数最小的优化函数。

因此，减小单步操作步数，以及减少多步恢复的操作数是一个值得探究的问题。

2.2 基于OPF的无功优化方案探究

文章基于牛顿拉夫逊算法，用Python 语言编写自动化程序，自动获取整个系统的所有运行母线的电压情况，并判断越限线路，具体思路如图1 所示。

其中，不安全母线是指母线电压标幺值不在[0.95，1.05] 范围内的值，越限母线是指母线电压标幺值不在[0.90，1.10] 范围内的值。

2.3 基于OPF的就近调整原则

引入母线段数的概念，一段是指与被调整母线直接连接的母线，二段是与一段直接连接的母线，以此类推。

通过山东电网实际算例分别对调整发电机电压、投切电容电抗、改变负载这3 种措施对母线电压的影响进行探究。

结果显示，当发电机自身调整0.01 时，周围相邻线路会变化0.005 左右，但发电机受无功出力最大值限制，电压不易灵活调整。

在相邻的220 kV 线路扩展大于三段时，无功补偿调整幅度小于0.001。当母线电压调整幅度在0.003左右，相邻的高压侧线路220 kV 和500 kV 会相应调整0.001 左右，而三段的母线变化会小于0.001。且无功补偿对相邻发电机的母线电压影响极小。

负载的变化可以直接反应于相邻母线的电压标幺值变化，可以连续平滑地调整周围母线电压值。

通过上述分析，母线距离调整点距离越近，母线电压调整幅度越大。基于此提出就近调整原则，去除OPF 优化方案中距离越限母线较远的调整点和调整幅度较小的节点步骤，达到减少网架恢复操作数的目的。该方法思路清晰，理论性和可行性较强。

3 算例分析

3.1 山东电网概述

山东电网有17 个地市公司，拥有220 kV 以上变电站319 座，其中500 kV 变电所29 座。文章假设山东电网全部失电，从泰山电站进行黑启动开始，通过30 步的恢复，到达文章的恢复起点。然后运用山东电网决策系统给出的恢复路径，综合考虑负荷重要度和经济性等因素，再进行15 步恢复。

3.2 结果展示及分析

3.2.1 恢复步骤

Step 1 ：启动黄台电厂，平衡机济宁电厂，黄台电厂有功31.35 MW。

Step 2 ：恢复彩虹站230 kV 线路。

Step 3 ：恢复贤文站230 kV 线路。

Step 4 ：启动南定热电，博山站投72 MW，平衡机济宁电厂，南定电厂有功72.5 MW。

Step 5 ：恢复里彦电厂230 kV 线路。

Step 6 ：恢复枣庄站500 kV 线路。

Step 7 ：恢复枣庄站230 kV 线路，枣庄站230 kV线路投入40.8 MW 负荷。

Step 8 ：恢复韩仓站230 kV 线路。

Step 9 ：恢复大正站230 kV 线路。

Step 10 ：恢复滕州热电230 kV 线路。

Step 11 ：恢复沂蒙500 kV 线路。

Step 12 ：恢复沂蒙230 kV 线路，沂蒙230 kV 线路投入47.4 MW 负荷。

Step 13 ：博山站230 kV 线路投117 MW 负荷。

Step 14：付家站投33 MW 负荷，平衡机济宁电厂，白杨河有功150 MW。

Step 15 ：恢复费县230 kV 线路。

3.2.2 山东电网实际算例分析

文章分别进行了不优化、通过OPF 逐步优化及就近调整优方案，并得出如下结论。

OPF 逐步优化：15 步内，不完全越限22 次，越限12 次。

就近调整优化：15 步内，不完全越限27 次，越限12 次。

不优化：15 步内，不完全越限53 次，越限14 次。

抽取就近调整优化方案中的Step 1、4、7、11、15 的优化结果进行比对，如图2–6 所示。

由图2–6 可以看出，就近调整优化和OPF 逐步优化的效果基本相同。在这15 步的恢复过程中，OPF逐步优化操作了106 次，就近调整优化只调整了10 次，大幅简化了优化步骤。

4 结束语

文章对电力系统网架重构阶段电压调整策略进行了详细分析，并提出基于PSS/E 的OPF 优化方案。实践证明，该方案具有一定的科学性和实用性，且操作步骤少，可作为快速恢复电力系统，对电力系统进行优化调整的参考性方案。

参考文献

[1] 周孝信，郑健超，沈国荣，等. 从美加东北部电网大面积停电事故中吸取教训[J]. 电网技术，2003，27（9）：1.

[2] 周云海，闵勇. 恢复控制中的系统重构优化算法研究[J].中国电机工程学报，2003，23（4）：67-70.