一種基于原對偶內點法的地區電網載荷裕度分析方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及電網負荷評估技術領域，特別是設及一種基于原對偶內點法的地區電 網載荷裕度分析方法。
【背景技術】
[0002] 隨著電力系統的規模日趨增大，其運行特性也越發趨于復雜。另一方面，伴隨著國 家經濟的穩步增長的，是電力負荷的逐年攀升。由此而引發的地區電網載荷能力問題越來 越引起電力行業有關專家學者的重視和研究。
[0003] 地區電網本身就具有一定的混合性，既有承擔輸電功能的500kV電網，也有擔負配 電功能的IlOkV電網，還有定位較為復雜的220kV電網。在經濟發達程度不高的地區，其電網 建設一般也相對滯后，該地區的220kV電網往往承擔主網的角色;而在部分經濟較為發達的 大城市地區，其超高壓/特高壓電網的建設水平較高，運類地區的220kV電網則逐步實現開 環運行，由輸電網逐漸向配電網轉化。面對日趨增長的負荷W及運行特性日趨復雜的電力 系統，地區電網的載荷能力和載荷裕度的評估和分析具有重要的參考和指導意義。在電網 規劃階段，大多數城市的電網規劃原則中一般都明確了電網結構的選擇、變電站的規劃建 設規模和線路截面的選取等等，但由于地區電網的結構相對復雜，大量環網的存在使得潮 流分布受網絡拓撲、電源出力和變電站負荷分布影響較大，目前在安排運行方式時主要采 用潮流計算的方法對電網靜態安全進行人工校核，尚未形成有效的自動化方法對電網的載 荷水平進行分析評估，使得電網規劃設計人員在對電網進行擴建或改造時缺乏前瞻性，難 W指導電網的長遠發展。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種基于原對偶內點法的地 區電網載荷裕度分析方法。
[000引本發明的目的通過如下技術方案實現:一種基于原對偶內點法的地區電網載荷裕 度分析方法，包括如下步驟：
[0006] S1、提煉地區電網的網架結構，確定所述網架結構的網絡節點數和支路數，并對所 述網架結構的節點和支路進行編號，得到簡化的分析模型；
[0007] S2、W地區電網的供電主變載荷總裕度最大為目標，并W電網N-I安全為準則，構 造滿足電網運行約束及設備容量約束的數學優化模型；
[0008] S3、采用基于原對偶內點法的優化算法求解載荷裕度優化模型，對地區電網進行 N-I安全分析，得到載荷總裕度最優時負荷的分布情況；
[0009] S4、由算法的松弛變量演化情況，判斷限制電網載荷裕度的關鍵約束。
[0010] 所述步驟Sl中提煉地區電網的網架結構包括W下分步驟：
[0011] S11、對目標地區電網進行拓撲分析，確定所要分析的電壓等級；
[0012] S12、W所要分析的電壓等級為基準，對上一電壓等級的變電站和發電機進行等值 處理，簡化為電壓近似恒定的大容量電源出力點;對下一電壓等級的變電站進行歸總處理， 使電力負荷加總到所要分析的電壓等級的變電站中；
[0013] S13、把所要分析的電壓等級范圍內的輸電線路和變電站W及等值后的電源出力 點提取出來，得到地區電網的等值網架。
[0014] 所述步驟S2包括W下分步驟：
[0015] S21、選擇控制變量Xe: W各負荷變電站的視在負荷Sli為優化模型的控制變量；
[0016] S22、確定狀態變量Xs:除控制變量外，優化模型的狀態變量為地區電網中各個電 源節點的有功出力Pgi(對于上一電壓等級變電站而言需用主變容量及功率因數換算得到）、 各無功電源的無功出力化1(對于不同種類的無功電源可能需進行換算）、各節點的電壓幅值 ViQ = I，???，n) W及相角目i(i = l，…，n);
[0017] S23、構造負荷增長因子：
并W全網的負荷增長因子之和最大化為優 化模型的目標函數，即'其中Pli為變電站的有功負荷： =&,.cos口。，柏為負荷節點i的功率因數角（參變量），D為負荷節點的集合；
[0018] S24、設置等式約束條件:根據電路原理中的基爾霍夫電壓定律和電流定律，地區 電網載荷裕度優化模型必須滿足節點功率平衡約束方程組，即g(Xc，Xs) = [ A Pi，A化，A P2， AQ2,......，APn, AQn]T = 0,其中， 嘩=馬-苗。COS碼-K Ix (鳴 COS 今:+ 馬 sin4 )
[0019] '；! ' 乂),二沁v;n巧，-K公/.,化 sill。"-公,,COS0,,)
[0020] Gu、Bu分別為節點i和節點j之間的互電導和互電納，n為地區電網簡化模型中的 節點個數；
[0021] S25、設置不等式約束條件:包括電源節點出力約束、負荷功率上下限約束、節點電 壓合格范圍約束W及線路傳輸功率熱穩約束等：
[0022] S1234U電源節點出力約束：if," 5 ^ Sl
[0023] S252、負荷功率上下限約束：^一"-"二％ 6 <巧 < 巧 S253、節點電壓合格范圍約束：; \化、三三0, 2
[00巧]S254、線路傳輸功率熱穩約束： 3 -巧'，=斗古'"+r,r,(G'"cus0" + 公"、1!1氣,')<巧',1 (/'. = I'.'.'b) 4 其中，b為地區電網中支路的條數。
[002引 max f(U)
[0029] S26、合成完整優化模型jf = 0 /其中，
[003。 為各不等式約束的下限值所組成的向量，系=巧原展成FJ，.g J為各不等式約束 的上限值所組成的向量。
[0032] 所述步驟S3中基于原對偶內點法的優化算法包括W下分步驟：
[0033] S31、根據原對偶內點法需要輸入的數據類型，讀取地區電網簡化網架的相關參數 和計算條件，包括:所有電源節點的有功出力Pgi、無功出力化1、所有負荷節點的視在功率 Sli、功率因數角巧、所有節點的電壓幅值Vi、相角01的初始值及其各自的上、下限值;所有節 點的無功補償裝置所提供的無功補償量Qci;所有輸電線路的并聯回數、電阻Ri、電抗XI、對 地電納Bi和熱穩有功Pi;
[0034] S32、投入所有的輸電線路，使用原對偶內點法計算地區電網的最優載荷總裕度， 算法沿著可行域最速牛頓方向迭代前進，跟蹤到目標函數極小值點，得到在正常運行方式 下，滿足優化模型中的所有約束條件，且電網載荷總裕度最大的變電站負荷分配解X%
[003引S33、調整內點法中的支路參數，令支路1跳開一回線路，修改系統節點導納矩陣， 修改規則為:設支路1發生N-I預想事故，則相應情況下的導納矩陣為1^=而-馬如晦，其中 Yo為基態導納矩陣，Mi為支路1的關聯矢量，yi為該支路單回線路的導納值，再次執行內點法 迭代過程，得到支路1發生N-I預想事故時的最優解X:，比較最優解與義*的目標函數值之大 小，更新最優解，選擇方法為:X* - 1，；
[X，/(x )</(x,)
[0036] S34、遍歷所有擁有2回或2回W上線路的支路，重復步驟43,逐次更新最優解X*，當 遍歷結束后，此時得到的最終解即為使得該地區電網在給定的計算條件下總載荷裕度最大 的負荷分配方案，此方案所對應的目標函數值即為最大的載荷總裕度。
[0037] 所述步驟S4包括W下分步驟：
[0038] S41、算法收斂結束后，從算法中輸出松弛變量1和U;
[0039] S42、對1和U中的元素進行篩選，篩選判據為：li<l(T4或Ui<l(T4,對于所有滿足篩 選判據的Ii和Ui,記錄其下標，并在Mx)中查找相應的約束項hi(x)，對其進行解析，即可獲 得所有關鍵約束的信息。
[0040] 本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果：
[0041] 1、本發明提供的基于原對偶內點法的地區電網載荷裕度分析方法簡捷實用，不需 要實施潮流計算，求解速度快，穩定性好，能夠準確快速地分析地區電網的載荷裕度，并指 示限制電網載荷能力的瓶頸信息。對電網規劃W及運行調度等工作具有實用的參考價值。
[0042] 2、本發明準確地分析電網供電能力對負荷發展的適應性和裕度，有效梳理電網結 構中存在的軟肋，校核網架結構供電能力匹配變電站供電水平的程度，還能有效地指導電 網運行方式安排時對如何對負荷進行調整，并可在電網規劃時給出本級及下一級電網