王思思

摘 要文章首先針對(duì)電力系統(tǒng)潮流算法的發(fā)展展開必要說明，而后進(jìn)一步討論了風(fēng)電場(chǎng)環(huán)境下電力潮流計(jì)算的模型，對(duì)于加深該領(lǐng)域的理解有著積極價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】電力 潮流計(jì)算 風(fēng)電場(chǎng)

潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)分析中重要的電氣運(yùn)算，是研究電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)并且展開對(duì)應(yīng)規(guī)劃的重要手段。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及復(fù)雜程度的不斷提升，潮流方程的階次也越來越高，算法的優(yōu)劣，直接關(guān)系到電網(wǎng)自身優(yōu)化決策，因此對(duì)于算法的追求，一直都是該領(lǐng)域的目標(biāo)。

1 電力系統(tǒng)潮流算法的發(fā)展

對(duì)于電力系統(tǒng)潮流算法的研究，在很大程度上與計(jì)算機(jī)的發(fā)展保持了一種同步狀態(tài)。20世紀(jì)50年代，以節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣為基礎(chǔ)的高斯賽德爾算法廣泛應(yīng)用，就是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力有限，但是算法本身較差的收斂性，又推動(dòng)了算法本身的進(jìn)步。時(shí)至今日，計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力得到大幅度提升，對(duì)應(yīng)的算法也呈現(xiàn)出新的特點(diǎn)。當(dāng)前環(huán)境下，人工智能算法、符號(hào)分析法等成為研究的主流。

人工智能算法領(lǐng)域中的代表作，包括遺傳法、模擬退火法、粒子群優(yōu)化算法等多種。從應(yīng)用特征角度看，遺傳算法具有很好的全局尋優(yōu)能力， 優(yōu)化結(jié)果普遍比傳統(tǒng)優(yōu)化方法好，但是對(duì)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力有著比較高的要求，因此在應(yīng)用中還處于不斷完善和發(fā)展的階段。模擬退火算法則以較為簡(jiǎn)單的算法原理組成，可以將其視為對(duì)常規(guī)迭代尋優(yōu)算法展開的一種修正，允許以一定的概率對(duì)比前次稍差的解作為當(dāng)前解。最后，粒子群優(yōu)化算法在獲取全局最優(yōu)解方面表現(xiàn)良好，且運(yùn)算效率狀態(tài)良好，隸屬于迭代的隨機(jī)搜索算法范疇。人工智能算法能夠保持與導(dǎo)數(shù)無關(guān)，因此避免了很多問題因?yàn)椴豢蓪?dǎo)造成的運(yùn)算障礙問題，并且隨機(jī)性較高，表現(xiàn)為全局優(yōu)化算法的范本，尤其適合于大規(guī)模問題的求解。但是整體而言，表現(xiàn)仍然不夠穩(wěn)定，計(jì)算結(jié)構(gòu)的可信度比較有限，算法中的某些參數(shù)可能會(huì)需要有經(jīng)驗(yàn)的人員參與確定。

符號(hào)分析法同樣也是該領(lǐng)域中常見的潮流算法。這種方法的應(yīng)用，主要是考慮到隨著電力系統(tǒng)規(guī)模和復(fù)雜程度的不斷提升，對(duì)于問題求解的實(shí)時(shí)性特征需求開始變得突出，而此種方法依據(jù)電力系統(tǒng)實(shí)際的工作特征，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)圖論理論提出，對(duì)于克服傳統(tǒng)數(shù)值計(jì)算方法在收斂性、冗余項(xiàng)對(duì)消、計(jì)算機(jī)有效字長(zhǎng)效應(yīng)等方面的不足有著積極價(jià)值。此種方法首先建立起電力網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淠Ｐ筒⑶疑赏負(fù)渚W(wǎng)絡(luò)的樹結(jié)構(gòu)，而后對(duì)電力環(huán)境中的節(jié)點(diǎn)電壓方程進(jìn)行拓?fù)淝蠼?，得到?duì)應(yīng)的符號(hào)表達(dá)式。此種方法能夠避免求解非線性方程，并且其自身拓?fù)湫再|(zhì)表現(xiàn)出良好的計(jì)算靈活特征，這些特點(diǎn)都使得此種方法能夠在電力系統(tǒng)在線計(jì)算以及靜態(tài)安全等領(lǐng)域具備顯著優(yōu)勢(shì)。但同時(shí)也應(yīng)當(dāng)注意到這種逐點(diǎn)進(jìn)行完整數(shù)值計(jì)算的方式，對(duì)于收斂性、冗余項(xiàng)對(duì)消等相關(guān)問題無法避免，誤差也成為不容忽視的因素之一。

除了上述兩種方法以外，基于L1范數(shù)和現(xiàn)代內(nèi)點(diǎn)理論的算法、配網(wǎng)模糊潮流算法、含HVDC和FACTS裝置的混合電力系統(tǒng)潮流算法，以及雙向迭代并行潮流算法等，都是當(dāng)前潮流計(jì)算領(lǐng)域中的主要發(fā)展方向。

2 含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)潮流算法淺析

風(fēng)能是電力系統(tǒng)中的一種新型能源，但是其并網(wǎng)引入?yún)s存在諸多不確定因素。風(fēng)能本身并不穩(wěn)定，同時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)多為異步發(fā)電機(jī)，因此需要無功電源的支持，等于加重了電網(wǎng)的無功負(fù)擔(dān)，這些因素都從客觀上為風(fēng)電網(wǎng)潮流計(jì)算帶來了新的挑戰(zhàn)。

首先將風(fēng)電機(jī)組的異步發(fā)電機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)化，得到圖1結(jié)構(gòu)。

圖1中，x1、x2以及xm分別為定子電抗、轉(zhuǎn)子電抗以及勵(lì)磁電抗，r1為定子電阻。可以獲得風(fēng)電機(jī)組無功功率以及有功功率的表達(dá)式如（1）（2）：

（1）

（2）

上式中U為機(jī)端電壓，s為滑差。

在展開潮流計(jì)算的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)結(jié)合風(fēng)電機(jī)組自身特征進(jìn)行分析。其風(fēng)機(jī)功率參見式（3）：

（3）

其中ai為風(fēng)機(jī)功率特性參數(shù)，v為風(fēng)速。進(jìn)一步導(dǎo)出電動(dòng)機(jī)滑差s，進(jìn)一步消去滑差得到電動(dòng)機(jī)無功功率如式（4）：

（4）

通過相關(guān)推導(dǎo)可以看出，對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算，可以首先進(jìn)行風(fēng)速確定，而后在給定節(jié)點(diǎn)電壓初值的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步確定有功功率以及無功功率。隨后調(diào)用常規(guī)雅克比矩陣計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算，并且在此基礎(chǔ)上進(jìn)行修正，最后檢驗(yàn)收斂狀況，確定是否展開進(jìn)一步的迭代。

3 結(jié)論

潮流計(jì)算對(duì)于電網(wǎng)系統(tǒng)而言至關(guān)重要，直接關(guān)系到整體的規(guī)劃設(shè)計(jì)。實(shí)際工作中應(yīng)當(dāng)密切關(guān)注該領(lǐng)域的算法發(fā)展，結(jié)合實(shí)際情況展開算法調(diào)整和測(cè)試，獲取最有效果。

參考文獻(xiàn)

[1]施鵬飛.風(fēng)力發(fā)電的進(jìn)展和趨勢(shì)[J].中國(guó)電力，2002，35（09）.

[2] 陳樹勇，戴慧珠，白曉民，等.風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電可靠性模型及其應(yīng)用[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2000，20（03）.

作者單位

青海大學(xué)水利電力學(xué)院 青海省西寧市 810000