凡華

(廣西電網(wǎng)公司電力調(diào)度控制中心，廣西 南寧 530023)

1 引言

由于電網(wǎng)按照“統(tǒng)一調(diào)度，分級管理”的原則運(yùn)行，傳統(tǒng)EMS中電網(wǎng)建模，通常僅將本級調(diào)度調(diào)管范圍內(nèi)的電網(wǎng)進(jìn)行完整建模，而外部電網(wǎng)，往往被簡單地等值為經(jīng)典發(fā)電機(jī)模型并掛在與外網(wǎng)間的聯(lián)絡(luò)線上，其注入功率通過狀態(tài)估計(jì)獲得。該方法在本電網(wǎng)內(nèi)部進(jìn)行開斷操作潮流計(jì)算時(shí)可能沒有問題，但在離邊界較近的地方進(jìn)行開斷計(jì)算時(shí)，誤差會很大，特別是對邊界聯(lián)絡(luò)線的開斷計(jì)算誤差更大。該問題如不能解決將直接影響電力系統(tǒng)應(yīng)用軟件(PAS)的實(shí)用化。

為了保證EMS計(jì)算結(jié)果正確，國內(nèi)外對外網(wǎng)建模方式做了大量的研究。文獻(xiàn)［1－2］將外部所有電網(wǎng)簡化為一個(gè)規(guī)模較小的等值網(wǎng)絡(luò)，一般采用Ward等值和REI等值，但該方法的等值精度不高;文獻(xiàn)［3］保留少量外網(wǎng)廠站的詳細(xì)模型作為緩沖網(wǎng)，該方法等值效果較好，但建模過程復(fù)雜;文獻(xiàn)［4－5］保留詳細(xì)外網(wǎng)模型方法，該方法進(jìn)度高，但獲取外網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)困難，且模型的計(jì)算負(fù)擔(dān)較重;文獻(xiàn)［6－9］介紹了模型拼接在國內(nèi)的應(yīng)用。廣西電網(wǎng)位于南方電網(wǎng)“西電東送”主通道，高低壓電磁環(huán)網(wǎng)及穿越功率問題突出，內(nèi)部電網(wǎng)潮流受外部電網(wǎng)的影響較大。在廣西電網(wǎng)外部電網(wǎng)等值過程中采用了對外網(wǎng)詳細(xì)模型進(jìn)行簡化的處理方法，即對南網(wǎng)總調(diào)下發(fā)的全網(wǎng)架模型進(jìn)行解析，只保留500kV主網(wǎng)架模型，然后將南方電網(wǎng)500kV主網(wǎng)架模型與廣西電網(wǎng)詳細(xì)模型進(jìn)行拼接。本文介紹了廣西電網(wǎng)與南方電網(wǎng)500kV主網(wǎng)架模型的拼接方案和邊界潮流匹配方案，通過在廣西中調(diào)的實(shí)際應(yīng)用表明該方法是可行的。

2 廣西電網(wǎng)模型拼接方案

總調(diào)將南網(wǎng)全網(wǎng)架模型定時(shí)下發(fā)至廣西中調(diào)，不定時(shí)將更新文件存放在中間地址，中調(diào)通過FTP調(diào)用。通過對南網(wǎng)總調(diào)下發(fā)的全網(wǎng)架模型進(jìn)行解析，只保留500kV主網(wǎng)架模型，最后將經(jīng)潮流調(diào)整后的南網(wǎng)500kV交流主網(wǎng)架模型與廣西電網(wǎng)詳細(xì)模型拼接起來，形成完整的模型。步驟如下:①獲取南網(wǎng)在線模型，通過解析只保留南網(wǎng)500kV主網(wǎng)架模型，然后剔除除邊界節(jié)點(diǎn)以外廣西電網(wǎng)部分;②從中調(diào)EMS系統(tǒng)獲取廣西電網(wǎng)詳細(xì)模型;③調(diào)節(jié)外網(wǎng)相關(guān)發(fā)電機(jī)和負(fù)荷注入，使得外網(wǎng)邊界節(jié)點(diǎn)電壓和邊界聯(lián)絡(luò)線注入功率匹配;④將模型進(jìn)行拼接合并，從而獲得完整電網(wǎng)模型。流程如圖1所示。

圖1 模型拼接總體流程

3 南方電網(wǎng)主網(wǎng)架模型的獲取

從模型范圍選擇角度，雖然從理論上講，模型越全計(jì)算精度越高，但是本應(yīng)用場景關(guān)注的是內(nèi)網(wǎng)潮流計(jì)算。實(shí)際應(yīng)用中，詳細(xì)的外網(wǎng)可能存在誤差，而且誤差極有可能會傳遞至內(nèi)網(wǎng)。廣西電網(wǎng)省際間的聯(lián)絡(luò)主要是依靠500kV的聯(lián)絡(luò)線，因此采用500kV網(wǎng)架的核心模型能完全滿足內(nèi)網(wǎng)計(jì)算的精度要求。

由于南網(wǎng)500kV主網(wǎng)架模型較之全模型規(guī)模小得多，因此總調(diào)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量將會大大減少。從量測數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕嵌?，采用TASE2轉(zhuǎn)發(fā)方式。TASE2轉(zhuǎn)發(fā)可以實(shí)現(xiàn)秒級的數(shù)據(jù)刷新，而E格式文件傳輸只能實(shí)現(xiàn)分鐘級的數(shù)據(jù)刷新，分鐘級的數(shù)據(jù)刷新可能無法保證及時(shí)跟蹤電網(wǎng)狀態(tài)的變化，導(dǎo)致邊界潮流匹配難度加大。同時(shí)為保證總調(diào)與廣西中調(diào)模型能夠正常拼接，雙方聯(lián)絡(luò)線命名需規(guī)范一致或建立聯(lián)絡(luò)線名稱對照表。模型拼接示意圖如圖2所示。

中調(diào)EMS系統(tǒng)提供內(nèi)網(wǎng)的CIM模型以及狀態(tài)估計(jì)結(jié)果文件，其中CIM模型文件包括廣西電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，狀態(tài)估計(jì)結(jié)果反應(yīng)了廣西電網(wǎng)的實(shí)時(shí)信息。對CIM模型與狀態(tài)估計(jì)結(jié)果文件分別進(jìn)行解析、轉(zhuǎn)換，依據(jù)元件和廠站命名規(guī)則的一致性，可將兩者合并得到與南網(wǎng)500kV網(wǎng)架模型拼接后的廣西電網(wǎng)模型。

圖2 模型拼接示意圖

4 邊界潮流匹配方法

為了保證電網(wǎng)模型的準(zhǔn)確性，需要將南網(wǎng)模型與廣西電網(wǎng)實(shí)時(shí)模型進(jìn)行拼接。在模型拼接過程中，邊界潮流可能會出現(xiàn)不平衡的現(xiàn)象，須加以修正。本文將廣西電網(wǎng)作為內(nèi)網(wǎng)，假設(shè)內(nèi)網(wǎng)邊界上電量為準(zhǔn)確值，即P、Q、V、θ為給定值;云南、貴州、廣東電網(wǎng)作為外網(wǎng)，調(diào)整外網(wǎng)注入量，使外網(wǎng)邊界節(jié)點(diǎn)的電量與內(nèi)網(wǎng)一致，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)的模型拼接。

內(nèi)外網(wǎng)邊界節(jié)點(diǎn)如圖3所示。假設(shè)外網(wǎng)邊界節(jié)點(diǎn)為 i、j、k，其電壓為 Ui∠θi、Ui∠θi、Uk∠θk，功率為 Pi+jQi、PI+jQi、Pk+jQk;內(nèi)網(wǎng)邊界節(jié)點(diǎn)為 l、m、n，其電壓為 Ul∠θl、Um∠θm、Un∠θn，功率為 Pl+jQl、Pm+jQm、Pn+jQn，且令內(nèi)網(wǎng)電壓、功率為準(zhǔn)確值。通過反復(fù)調(diào)節(jié)外網(wǎng)中相關(guān)節(jié)點(diǎn)的電壓和有功逐漸小減內(nèi)外網(wǎng)間電氣量偏差，直至外網(wǎng)邊界量與內(nèi)網(wǎng)邊界量相等。本文中邊界節(jié)點(diǎn)為河池站、百色站、平果站、崇左站、桂林站、梧州站、賀州站、玉林站等8個(gè)500kV變電站，如圖2所示。

圖3 邊界潮流示意圖

4.1 有功注入偏差的調(diào)整

外網(wǎng)中可進(jìn)行有功注入調(diào)節(jié)的節(jié)點(diǎn)主要是發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)。假設(shè)邊界節(jié)點(diǎn)有S個(gè)，外網(wǎng)有功可調(diào)節(jié)點(diǎn)有M個(gè)，邊界聯(lián)絡(luò)線上有功注入與內(nèi)網(wǎng)實(shí)際值之間的偏差量為ΔPs，ΔPs是一個(gè)S×1的列向量，外網(wǎng)可調(diào)量為ΔPm，ΔPm是一個(gè)M×1的列向量。通過調(diào)節(jié)ΔPm可使得ΔPs=0。兩者之間的靈敏度關(guān)系為ΔPs=－BSMΔPM，式中BSM為S×M 維的矩陣，其第j列元素表示可調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)中第j個(gè)節(jié)點(diǎn)有功注入改變1個(gè)單位值時(shí)，各邊界節(jié)點(diǎn)有功注入量變化的大小，負(fù)號表示可調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)的有功注入增加使各個(gè)邊界節(jié)點(diǎn)有功注入減少，反之同理。

BSM求解過程如下:先求得快速分解潮流計(jì)算法中的B'，B'為忽略所有接地支路而建立的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣;再利用節(jié)點(diǎn)消去法，計(jì)算可調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)j(j=1，2，…，M)與邊界聯(lián)絡(luò)點(diǎn) i(i=1，2，3，…，S)之間的轉(zhuǎn)移導(dǎo)納B'ij，即僅保留外網(wǎng)中某一可調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)j和所有S個(gè)邊界聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，對B'進(jìn)行Guass消去。由于S個(gè)邊界聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的相角固定不變，因此當(dāng)節(jié)點(diǎn)j的有功注入增量ΔPMi使其對應(yīng)的相角增加Δθi，各邊界聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的有功注入將增加 ΔPSi=B'ijΔθi(B'ij為負(fù))。由于系統(tǒng)要滿足功率平衡，故各節(jié)點(diǎn)的有功注入變化量之和為0，即，因而ΔPSi=B'ijΔθj=，因此，BSM的第j列元素可表示為用此方法可計(jì)算出BSM的所有元素，最終求解為

4.2 邊界電壓偏差的調(diào)節(jié)

對于PQ節(jié)點(diǎn)及PV節(jié)點(diǎn)，極坐標(biāo)有功潮流方程可描述為

式中:PS，i為節(jié)點(diǎn)給定的注入有功;Gij為電導(dǎo);Bij為電納。j∈i表示∑后的標(biāo)號為j的節(jié)點(diǎn)必須直接和節(jié)點(diǎn)i相連，并包括j=i的情況。

電氣距離D的計(jì)算公式如下:

D越小，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的聯(lián)系也越緊密;反之兩個(gè)節(jié)點(diǎn)聯(lián)系就越松散。兩節(jié)點(diǎn)間的D較小，則他們之間存在較大的電氣聯(lián)系，對潮流的分布狀態(tài)影響較大，即他們之間的靈敏度較大。本文采用基于電氣距離的發(fā)電機(jī)、負(fù)荷分組調(diào)整辦法，共同作用調(diào)整邊界聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓。對含有S個(gè)邊界節(jié)點(diǎn)的外網(wǎng)，依據(jù)可調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)距離某一邊界節(jié)點(diǎn)電氣距離最小，把可調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)分為S組，每一個(gè)邊界節(jié)點(diǎn)的電壓偏差ΔUi(i=1，2，…，S)由一組與之相對應(yīng)的可調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)(包括發(fā)電機(jī)和負(fù)荷)Mi(i=1，2，…，S)進(jìn)行調(diào)整。利用潮流計(jì)算程序計(jì)算外網(wǎng)潮流，得出偏差量，按照上述方法直到邊界節(jié)點(diǎn)電壓誤差滿足誤差要求，邊界節(jié)點(diǎn)電壓調(diào)整流程如圖4所示。

圖4 邊界節(jié)點(diǎn)電壓調(diào)整流程

5 廣西電網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例

如圖2所示，廣西電網(wǎng)與外網(wǎng)邊界節(jié)點(diǎn)為河池站、百色站、平果站、崇左站、桂林站、梧州站、賀州站、玉林站等8個(gè)500kV變電站。通過調(diào)整外網(wǎng)注入量，使外網(wǎng)邊界節(jié)點(diǎn)的電氣量與廣西電網(wǎng)一致，從而實(shí)現(xiàn)廣西電網(wǎng)詳細(xì)模型與南網(wǎng)500kV主網(wǎng)架模型的拼接。

通過對:①廣西電網(wǎng)內(nèi)部設(shè)備進(jìn)行開斷潮流計(jì)算;②距廣西電網(wǎng)邊界較近的地方進(jìn)行開斷潮流計(jì)算;③對邊界聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行開斷潮流計(jì)算，三種情況下的廣西電網(wǎng)獨(dú)立模型及拼接后模型的調(diào)度員潮流計(jì)算結(jié)果與設(shè)備檢修時(shí)SCADA系統(tǒng)中實(shí)際值對比，表明了該方法的正確性。

表1 不同模型潮流計(jì)算對比

6 結(jié)語

本文采用功率靈敏度矩陣調(diào)整邊界聯(lián)絡(luò)線注入功率，利用基于電氣距離的負(fù)荷、發(fā)電機(jī)分組方法調(diào)整邊界節(jié)點(diǎn)電壓，實(shí)現(xiàn)了廣西電網(wǎng)詳細(xì)模型與南方電網(wǎng)500kV主網(wǎng)架模型的成功拼接。通過在廣西電網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了邊界節(jié)點(diǎn)潮流調(diào)整方法以及模型拼接方案的是可行的，且在工程實(shí)際中運(yùn)行良好。

［1］Deckmann S，Pizzolante A，Monticelli A et al.Numerical testing of power system load flow equivalents［J］.IEEE Trans on Power Apparatus and Systems，1980，PAS－99(6):2292－2300.

［2］Deckmann S，Pizzolante A，Monticelli A.Studies on power system load flow equivalencing［J］.IEEE Trans on Power Apparatus and Systems，1980，PAS－9(6):2301－2310.

［3］Shoults R R，Bierck W J.Buffer system selection of a steady－ state external equivalent model for real-time power flow using an automated ensitivity analysis procedure［J］.IEEE Trans on Power Systems，1988，3(3):1104－1111.

［4］Costa A J A S，Arze M T.Critical pseudo－ measurement selection for unreduced external system model［J］.Electrical Power ＆ Energy Systems，1996，18(2):73－80.

［5］Lu C N，Liu K C.An external network modeling approach for online security analysis［J］.IEEE Trans on Power Systems，1990，5(2):565－573.

［6］溫柏堅(jiān)，張海波，張伯明，等.廣東省地區(qū)電網(wǎng)外網(wǎng)等值自動生成系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電力系統(tǒng)自動化，2004(20):77－79.

［7］馮永青，李鵬，陳剛，等.基于模型拼接與外網(wǎng)等值的南方電網(wǎng)在線模型協(xié)調(diào)方法［J］.電力系統(tǒng)自動化設(shè)備，2011(7):101－104.

［8］顧慧杰，王彬，趙旋宇，等.多級控制中心全局電網(wǎng)潮流計(jì)算及閉環(huán)控制仿真系統(tǒng)［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014(14):52－59.

［9］姚諸香，萬源，鄒根華，等.電網(wǎng)模型拼接系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用展望［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2013(3):74－76.