浅议新能源接入下电力系统最优潮流分析

浅议新能源接入下电力系统最优潮流分析

张洋

（国网天津城东供电公司）

摘要：最优潮流是一种电力系统分析和优化的有效工具，在系统的安全运行、经济调度、可靠性分析、能量管理以及电力定价等方面得到了广泛的应用。本文介绍了电力系统最优潮流的基本概念和最优潮流的优化方法。同时，结合智能电网阐述了含分布式电源的电力系统最优潮流的研究。本文可以对电力系统最优潮流进行基本认识。

关键词：最优潮流；优化方法；分布式电源

1.最优潮流的研究意义

电力系统是由发电机、升压变压器、输电线路、降压变压器和负荷端组成，承担着向用户输送、分配电能的任务，而配电网位于电力系统的末端，直接为用户提供电能，故其安全性、可靠性和经济性直接影响着电力系统的整体效益同时也影响着国家的国计民生。电力系统是现代社会中最重要的系统工程之一，为社会生产和人民生活提供了绝大部分能量。由于我国国情的特殊性，我国发电的主要方式主要是火力发电，电能的生产需要耗费大量的燃料，而目前电能在输送、分配和消费过程中存在着大量的损耗。因此如何采取适当措施节约能源，比如采用新能源等，提高整个电力系统的运行效率，优化系统的运行方式，是国内外许多学者一直关注与研究的热点。

电力系统的经济调度优化是电力系统经济运行的基础，该模型是在保证电力系统安全和满足用电需求条件下，在考虑机组本身物理约束的基础上，合理安排各类发电机组的启停调度以及各发电机的有功出力，使电力系统运行的发电费用或燃料总的消耗量达到最小，以取得最好的经济和社会效益，节能调度优化还要保证更少的污染物排放量和较高的能源利用效率。

2.最优潮流的概念

电力系统的最优化运行是指在确保电力系统安全运行、满足用户用电需求的前提下，如何通过调度系统中各发电机组或发电厂的运行，从而使系统发电所需的总费用或所消耗的总燃料达到最小的运筹决策问题。数学上可将此问题描述为非线性规划或混合非线性规划问题。最优潮流问题是指在满足必须的系统运行和安全约束条件下，通过调整系统中可利用控制手段实现预定目标最优的系统稳定运行状态。

将电力系统的可靠性与电能质量量化成相应的经济指标，通过一些数学方法最终达到优化资源配置、降低成本、提高服务质量的目的就是最优潮流要实现的目的。所谓的最优潮流就是当系统的结构和参数以及负荷情况给定时，通过优选控制变量所找到的能满足所有指定的约束条件，并使系统的某一性能指标或目标函数达到最优时的潮流分布。

3最优潮流与潮流计算的区别

潮流计算式电力系统中最基本的研究课题，无论是进行电力系统的分析、运行还是控制，系统潮流分布都是最基本的考虑因素。基本潮流计算的控制变量是事先给定，其各个支路或是节点的电流电压满足电力系统电压、电流约束即可，即其计算就是求解非线性代数方程组，其解一般是唯一的。

最优潮流计算中的控制变量是可变的而且待优选的变量，其数学方程中给出了满足基本约束之外要满足于运行限制有关的大量的不等式约束条件；对于最优潮流的数学模型是非线性规划问题，其求解需要采用最优化方法来解决；由于最优潮流可以自动优选控制变量，因此还可以根据不同或是特定的目标函数来求解问题，对于系统的优化调整具有指导意义。不同的目标函数会有不同的最优解与之配合，因此最优化潮流的潮流计算往往是多解的。

同其它非线性、多目标、多约束的问题一样，最优潮流的求解算法同样也在不断求新，由传统的经典优化算法逐渐面向人工智能优化算法。

4含分布式电源的最优潮流研究

4.1含风电系统的最优潮流

随着风电和光伏发电等间歇式分布式能源在电网中比重的加大，其出力的随机波动性给电网安全运行带来了很大风险，需要从电网优化调度以及网络优化、规划等多方面研究以缓解分布式能源发电对电网安全可靠运行带来的巨大挑战。考虑分布式能源的电力系统优化运营问题是一个大规模、多目标、多约束、非线性的优化问题，其控制变量具有离散性与连续性相混合的特点，因此，分布式电网的优化运营问题的建模与求解算法就成了十分重要的研究课题。

最优潮流是当前电力系统调度运行中最重要的工具之一。目前，风电场越来越多的以大规模、集中式并入电网。为了提高风电利用率、降低系统的运行成本，满足电力系统运行的经济性和安全性要求，有必要对最优潮流问题进行深入研究。在传统的电力系统最优潮流中，发电机组的输出功率可调，且具有确定性，风电并网后使得电力系统运行中的不确定性因素增多，这对电力系统的经济、安全运行提出了新的挑战。因此，研究大规模风电接入下最优潮流问题是现代电力系统运行的一项重要内容，对保证系统的安全、经济运行具有十分重要的意义。和传统能源相比，以风电为代表的新能源的最大特点在于其不确定性，属于一种间歇性和随机性的能源。而目前的最优潮流程序多以确定性原则为前提，难于处理大规模风电接入所带来的不确定性。在电力系统当中，处理不确定性主要有两条思路，第一是提高风电功率预测的精确性；第二是在模型中考虑不确定性的影响。

4.2智能电网配电网的最优潮流

随着分布式电源接入配电网络，电力系统的结构越来越复杂，对电网的网损、电压及功率传输方向等都有较大的影响。在配电网潮流计算中，分布式电源不能再简单地处理为传统的PQ节点或PV节点，这都使最优潮流的计算更加复杂化。有的研究者则重点关注与智能电网中配电网的最优潮流

通过分析各分布式电源的发电成本和对排放的污染物进行处理的成本，同时考虑最小化系统的有功损耗，建立了以发电费用最小、污染物处理费用最小、有功网损最小为目标函数的最优潮流模型。采用前推回代法进行含分布式电源的配电网络潮流计算，并将传统的禁忌搜索算法进行改进，引入了自适应移动步长来搜索最优潮流解，提高了解的集中性，并且随机化每次迭代的初始解，丰富了解的多样性，避免陷入局部最优，并验证了其所采取的模型和算法的正确性。最终证明通过对接入分布式电源的配电网潮流进行最优控制能够实现降低成本、网损和环境污染的目的。对于含分布式电源配电网的最优潮流分析也具有指导意义。

无论是传统算法还是智能算法，对于电力系统最优潮流都有重要的帮助，算法之间的改进和结合，既可以弥补本算法的不足，又可以推进对算法的研究。随着新能源的接入电网，电网的最优潮流问题更值得研究。未来的算法肯定是传统与智能结合，不断的对最优潮流进行改进。

参考文献：

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[2]赵风云，王秀丽.输配电市场[M].北京：中国电力出版社，2003.

[3]王锡凡，方万良，杜正春.现代电力系统分析[M].北京：科学出版社，2003：113-140.