干货丨大规模电网分层分区解耦最优潮流

近几年，国际上相继发生多起大面积停电事故，几乎都与电磁环网有关。大停电事故的发生常常是由于多种复杂事故综合作用所引起，事故之间存在相关性和连锁性造成事故的扩大。而电网结构中存在的电磁环网，往往是引起事故连锁反应的症结所在，因此高电压等级电网具有一定规模以后，应进行电网开环辐射状运行模式，避免电网结构中存在大量的电磁环网运行方式，更加有效地发挥高压电网的作用。同时，随着经济的发展，我国对电网的建设不断加快，区域电网日益互联成一个大网，电力系统网架结构变得越来越庞大。

传统的集中式最优潮流计算需要通过通信传输把大量的运行数据传输到中央控制室，优化计算完成后也需要把控制结果传输出去。随着系统规模的日益扩大，这样的优化控制方式越来越难以满足实时优化要求，而且集中式优化模式与实际网架分层分区管辖模式不一致，如何实现快速、稳定地分区解耦计算成为一个热点研究问题。

在实际的电网中，为避免由于电网结构中的电磁环网而引起事故连锁反应，大电网都会实施开环辐射状运行模式。同时，为合理地实施电网分层输电分区供电，大规模网架可以划分为一个高压网架用于电力传输和多个低压网架用于区域供电，这对提高电网的安全性、提高用户供电的可靠性，减少恶性事故引发的连锁反应，将会产生积极的作用。正是基于大规模电网这种特点，本文提出了一个依据电压等级的分区方法和一个分区优化计算算法，不仅实现优化速度的提高，也大大适应电网分区管辖的模式，保护各区域电网的信息安全。

研究

（1）分析了电磁环网对大规模电网的影响，以及电网日益呈现出开环运行的情况。根据电网这种特点，提出了依据电压等级的分层分区方法，并用注入电流法实现了网架的快速分区。

图1分层分区的网架结构

从图1可以看出，通过电磁环网的解环运行后，互联的大规模电网呈现出辐射状特点，一个大的网架可以被划分为一个220kV的高压输电主网和多个子网。

利用注入电流方法实现快速分区的流程：

1)通过变压器的额定电压得到220kV的边界节点，断开边界节点后的线路支路，得到修正的节点导纳矩阵。

在不同节点依次注入一个很大的电流进行潮流计算，每次潮流计算后，判断每个节点的电压幅值，若电压大于0，则属于同一个子区域。

（2）针对多区域的求解优化模型，提出了改进近似牛顿算法进行计算，可以提高求解速度，并有利于保护区域网架信息安全。

图2改进近似牛顿算法的原理图

每一次迭代求解过程中，计算主干网时，主干网边界节点的负荷常量等于对应分区子网边界节点上一次迭代计算完成后的有功出力与无功出力。而在计算分区子网时，分区子网边界节点的电压幅值和相角常量等于对应主干网边界。在每次迭代过程中，通过交换边界节点的变量，这将能满足边界耦合条件，并不断趋近于最优解。

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针对已构建的多区域分解协调计算模型，利用提出的改进近似牛顿算法进行多个算例的求解。

为了验证所提算法的有效性，对不同规模算例分别采用以下两种方式进行求解。

方式1：电网未分层分区，直接采用原始对偶内点法对整个网络进行计算(集中式优化)。

方式2：对电网进行按电压等级分层分区解耦，采用改进近似牛顿方法进行求解。

由表1可知：两种方法所得目标函数值是基本一致的；迭代次数上方式2比方式1略有增加，这是由于网架分层分区之后各子网在优化过程中需要不断交互、协调边界变量而造成的；但方式2计算所用时间较方式1大大减少，同时更加容易实现。

通过把一个大规模网架划分为多个子网系统后，使系统修正方程系数矩阵的维数大大减少，从而降低计算量，因此分层分区的计算速度大大加快。

大规模电网的分层分区协调优化控制相比传统集中式优化具有一定优势。后续研究中，可以进一步把单断面优化做到多时段的动态优化，给大规模电网计算带来更好的实用价值。

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