facarlo電力系統(tǒng)可靠性的最優(yōu)配置

facarlo電力系統(tǒng)可靠性的最優(yōu)配置

1fact在電網(wǎng)運(yùn)行中的應(yīng)用

隨著我國(guó)能源體制改革的啟動(dòng)，能源工業(yè)逐步放松了管道。電力市場(chǎng)的最終發(fā)展意味著，

用戶可以從任何必要的電源中購(gòu)買所需的能量。電力市場(chǎng)的形成，導(dǎo)致了巨大的社會(huì)效益,

但由于電力公司間的競(jìng)爭(zhēng)以及在發(fā)電商和用戶之間直接簽定的購(gòu)電合同將會(huì)使無(wú)計(jì)劃的電

力交換頻繁發(fā)生，若這些交換不能得到有效控制，在某些輸電路徑上可能出現(xiàn)“輸電阻

塞”，而其他一些線路可能仍有較大的剩余容量可供利用，因此輸電系統(tǒng)的整個(gè)輸電容量

沒(méi)能得到充分利用；除了“輸電阻塞”外，某些母線還可能出現(xiàn)電壓越限，這將嚴(yán)重影響

用戶的電壓質(zhì)量，特別在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)更是如此。在另一方面，電力負(fù)荷持續(xù)增長(zhǎng)，而

輸電系統(tǒng)中的某曲線路已經(jīng)接近其運(yùn)行的熱極限。因此對(duì)于電力公司來(lái)說(shuō)，通過(guò)控制電力

潮流使輸電系統(tǒng)得到充分有效利用非常具有吸引力，這樣的措施對(duì)于獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行員

（ISO）保證發(fā)電商間最大程度的競(jìng)爭(zhēng)也非常重要。靈活交流輸電系統(tǒng)FACTS的出現(xiàn)，使得

除了發(fā)電機(jī)組的重新調(diào)度和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓淖兺?，提供了進(jìn)行潮流控制的一種新手段，為現(xiàn)存

輸電系統(tǒng)容量的充分利用提供了新的機(jī)會(huì)，它使用FACTS元件來(lái)控制線路潮流的自然分布,

能在輸電設(shè)備的熱極限不被超過(guò)的前提下，使系統(tǒng)網(wǎng)損最小，穩(wěn)定裕度增加以及在不違背

經(jīng)濟(jì)發(fā)電調(diào)度的情況下就能滿足合同要求

靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）利移相器（PST）是兩種重要的FACTS設(shè)備。SVC主要為系統(tǒng)遑供

無(wú)功支持從而改善系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定，避免由于母線電壓過(guò)低而被迫切負(fù)荷;PST通過(guò)調(diào)整其

移相角，可以強(qiáng)迫過(guò)負(fù)荷線路的潮流沿著其他路徑流動(dòng)，從而緩解甚至完全消除線路過(guò)負(fù)

荷，因此SVC和PST能夠有效地改善系統(tǒng)可靠性。由于SVC和PST是比較昂貴的電力電子

設(shè)備，實(shí)現(xiàn)它們的最優(yōu)配置具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。在已有的文獻(xiàn)中，對(duì)FACTS元件的最優(yōu)

配置往往采取確定性的方法，例如遺傳算法

2靜態(tài)補(bǔ)償補(bǔ)償器和位移檢測(cè)器模型

2.1無(wú)功吸收無(wú)功

靜止無(wú)功補(bǔ)償器的模型如組1所示，具有兩個(gè)特性，即容性和感性，它一方面可以發(fā)出無(wú)

功，另一方面可以吸收無(wú)功。此靜止無(wú)功補(bǔ)償器模型用兩個(gè)理想的可切換電容器和電抗器

并聯(lián)而成，能在范圍［Q

2.2節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的生成

圖2中，一個(gè)移相器連接于節(jié)點(diǎn)f和節(jié)點(diǎn)t之間并且靠近節(jié)點(diǎn)f端，T為變壓比，Y

式（5）表示節(jié)點(diǎn)1和I之間的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，PST的存在會(huì)使節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣變得不再對(duì)稱,

根據(jù)式（5）可以推導(dǎo)出式（6）?式（8）

式（6）表示節(jié)點(diǎn)f和t的注入復(fù)電流對(duì)移相角a的導(dǎo)數(shù)，式（7）表示節(jié)點(diǎn)f和t的注

入復(fù)功率對(duì)移相角a的導(dǎo)數(shù)，式（8）表示節(jié)點(diǎn)f和t的注入有功和注入無(wú)功對(duì)移相角a

的導(dǎo)數(shù)，其中符號(hào)（）

3負(fù)荷削減量c

發(fā)輸電系統(tǒng)的可靠性評(píng)估包括三個(gè)方面：系統(tǒng)狀態(tài)選取;系統(tǒng)狀態(tài)的潮流計(jì)算和最優(yōu)負(fù)荷削

減;可靠性指標(biāo)的累計(jì)。其中最優(yōu)負(fù)荷削減是最重要最復(fù)雜的部分，在大多數(shù)文獻(xiàn)中

優(yōu)化目標(biāo)：minLC

LC表示系統(tǒng)的負(fù)荷削減量（LoadCurtailment）。

有功等式約束

無(wú)功等式約束

電壓不等式約束

發(fā)電機(jī)有無(wú)功出力不等式均束

輸電線可輸送容量不等式均束

移相角及SVC出力不等式約束

上面表達(dá)式中，由于PST的存在，將導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的實(shí)部G

根據(jù)Kuhn-Tucker定理，在最優(yōu)點(diǎn)x&處下式成立

其中u

在式（10）中，拉格朗日乘子u

（1）u

（2）u

由上述可見(jiàn)，這兩種拉格朗日乘子從某種意義上表示了在該處安裝移相器或SVC時(shí)對(duì)系統(tǒng)

可靠性的影響，為此本文定義了兩種靈敏度指標(biāo)

在式（11）和式（12）中，SI

4基于pst的系統(tǒng)穩(wěn)定性評(píng)估

本文的方法在RBTS(RoyBillintonTestSystem)

由表2和表3可見(jiàn)，節(jié)點(diǎn)4的靈敏度指標(biāo)最大，這表示在節(jié)點(diǎn)4安裝SYC能夠最大限度地

減少系統(tǒng)的期望負(fù)荷削減：因此也能最大限度地提高系統(tǒng)的可靠性;從表2可以看出，由

于線路1、6,線路2、7是并聯(lián)雙回線，因此其靈敏度指標(biāo)相等，另外線路9的靈敏度指

標(biāo)為0,這是由于線路9未與其他任何線路構(gòu)成環(huán)路，在其上安裝移相器不會(huì)起到改變潮

流自然分布的作用；此外在表3中，各節(jié)點(diǎn)SVC感性容量對(duì)應(yīng)的靈敏度指標(biāo)都為0,而SVC

容性容量對(duì)應(yīng)的靈敏度指標(biāo)卻較大(大大高于線路的靈敏度指標(biāo))，這意味著該發(fā)輸電系

統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)無(wú)功過(guò)剩和節(jié)點(diǎn)電壓越上限的情況，引起系統(tǒng)負(fù)荷削減的主要原因是由于故障

情況下各節(jié)點(diǎn)電壓越下限，由此可見(jiàn)，對(duì)原始系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，首先應(yīng)在節(jié)點(diǎn)4上安裝一

臺(tái)SVC,且在正常運(yùn)行時(shí)只需要容性補(bǔ)償容量，對(duì)各節(jié)點(diǎn)和各線路分別安裝SVC和PST后

的系統(tǒng)進(jìn)行可靠性評(píng)估，其計(jì)算結(jié)果也驗(yàn)證了這一點(diǎn)，限于篇幅，只將節(jié)點(diǎn)4上安裝一臺(tái)

SVC后的可靠性指標(biāo)及線路和節(jié)點(diǎn)靈敏度指標(biāo)在表4和表5中列出。

比較表1和表4可見(jiàn)，在節(jié)點(diǎn)4安裝SVC后，系統(tǒng)可靠性得到了很大提高;從表5可看出，

在節(jié)點(diǎn)4安裝SVC后的節(jié)點(diǎn)和線路靈敏度指標(biāo)中，線路3的指標(biāo)最高，這表明要使系統(tǒng)可

靠性得到進(jìn)一步改善，應(yīng)該在線路3上再安裝一臺(tái)PST;另外，從表4可看出，系統(tǒng)的

L0LP仍然較大，這是由于在很多系統(tǒng)故障狀態(tài)下，僅在各發(fā)電機(jī)組和SVC的出力調(diào)整并不

能完全消除背離的運(yùn)行約束(特別是線路過(guò)負(fù)荷)，雖然通過(guò)它們可使系統(tǒng)的負(fù)荷削減量

有大幅度減少，但要將系統(tǒng)恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，還必須進(jìn)行少量負(fù)荷削減，例如線路1故障,

未安裝SVC時(shí)，負(fù)荷削減量為10.796MW,節(jié)點(diǎn)4安裝SVC后為0.0359MW,如果線路3上

再安裝PST,則負(fù)荷削減為0。由此可見(jiàn)，系統(tǒng)FACTS元件的最優(yōu)配置，應(yīng)該是在節(jié)點(diǎn)4

安裝SVC,而在線路3安裝PST,本文將這一改進(jìn)后的系統(tǒng)稱為增強(qiáng)型系統(tǒng)，其可靠性指

標(biāo)如表6所示。在另一種極端情況下，是所有線路都安裝PST,所有節(jié)點(diǎn)都安裝SVC,其

可靠性指標(biāo)如表7所示，它只比表6有微小改善，這也證明增強(qiáng)型系統(tǒng)已經(jīng)是一種實(shí)際的

最優(yōu)配置方式。

比較表1和表6可見(jiàn)，增強(qiáng)型系統(tǒng)的可靠性大大高于原始系統(tǒng)，這種改善主要體現(xiàn)在對(duì)輸

電網(wǎng)絡(luò)的增強(qiáng)上，由此使得輸電系統(tǒng)故障和組合故障時(shí)的LOLP、LOLF、EENS和系統(tǒng)分等

指標(biāo)都大幅度減小，導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性指標(biāo)得到顯著改善?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著系統(tǒng)峰荷的增加,

輸電網(wǎng)絡(luò)在滿足靜態(tài)安全約束的情況下將電能從電源點(diǎn)輸送到負(fù)荷點(diǎn)的困難將越來(lái)越大，

這種改善作用也將更加明顯，圖4表示將發(fā)電容量和系統(tǒng)峰荷都按比例增加時(shí)，原始系統(tǒng)

和增強(qiáng)型系統(tǒng)L0LP和系統(tǒng)分SU的變化情況。從圖4可以看出，隨著峰荷增大，特別是增

加到1.25倍時(shí)，原始系統(tǒng)的可靠性惡化到不能接受的地步(L0LP:0.2064;SM:2797.6),

而增強(qiáng)型系統(tǒng)卻依然維持很好的性能(L0LP:0.0144;SM:559.23),這證明了SYC和PST

對(duì)系統(tǒng)可靠性的改善起到了至關(guān)重要的作用。

5應(yīng)用穩(wěn)定性指標(biāo)的方法，實(shí)現(xiàn)從根本上保護(hù)好系統(tǒng)的可靠性，并使用

戶的動(dòng)物系統(tǒng)設(shè)置起了最優(yōu)負(fù)荷的最優(yōu)裝置和移相器的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案

的動(dòng)物提取液

靜止無(wú)功補(bǔ)償器和移相器作為重要的FACTS元件，對(duì)系統(tǒng)可靠性有重