3 台风天气条件下电网防灾经济调度策略可靠性评估方法

本文基于现有的考虑隐性故障的连锁故障仿真模型［6］，以台风天气作为恶劣天气，分析台风天气条件下电网输电线路的运行可靠性，建立了考虑台风天气条件影响的电网防灾经济调度策略的可靠性评估模型［16-19］。通过该评估模型，可以评估某一确定负荷水平下，电网所采用防灾经济调度策略面对恶劣天气时的运行可靠性。所提评估方法具体模型及流程见附录A。

4 算例分析

本文以IEEE RTS-79 测试系统为例进行算例仿真，以验证本文方法的有效性。调度模型基于MATLAB 采用Yalmip 建模，调用Gurobi 求解器求解。IEEE RTS-79 测试系统的拓扑连接如附录B图B1 所示。本文算例中，系统发电机组、负荷、线路具体参数如附录B 表B1 至表B3 所示。为简单起见，传统仅考虑经济成本及线路常态下安全约束的经济调度模型记为NCED；所提的考虑电网载荷均衡度，但不考虑动态N-1 故障约束的防灾经济调度模型记为PFD-NCED；考虑N-1 安全约束的传统经济调度模型记为SCED；考虑电网载荷均衡程度及N-1 安全约束的防灾经济调度模型记为PFD-SCED。

4.1 算例1 分析结果

算例1 对文中第1 章所提的考虑电网载荷均衡度的防灾经济调度模型（式（13））进行仿真验算，校验所提的防灾经济调度目标函数1 和目标函数2 对电网载荷均衡度调整的有效性。在该算例中，首先求解传统仅考虑经济成本及线路常态下安全约束的经济调度模型，所得的各发电机组出力结果如附录B 表B1 所示。对考虑电网载荷均衡度、不考虑动态N-1 故障约束的防灾经济调度模型，根据台风天气数据筛选出前10 条线路（线路6，10，19，21，24，27，28，30，32，33）作为恶劣天气影响线路，即防灾经济调度目标函数2 所要优化的线路，优化目标函数中的各项权重系数分别设置为α=10 000 美元，β=1 000 美元，γ=1 h。系数选取方法如下，首先根据仅考虑经济成本及线路常态下安全约束的经济调度模型，求得系统所有发电机的总运行成本Ocost为60 171.4 美元/h，然后根据各线路的负载率，计算得到调度目标函数1，即全网线路负载率的平均绝对偏差Os1为8.177 和调度目标函数2，即天气影响区域线路负载率的总和Os2为4.739，为了使Os1和Os2能在优化模型中生效，即Os1和Os2的变化对目标函数的总体大小产生影响，因此在考虑多目标的防灾经济调度模型中通过设置权重系数来平衡各优化目标对总目标函数值的影响，从而达到改善输电网潮流分布的结果。在实际应用中，调度员可根据实际应用系统的参数情况进行相应的调整。按照以上参数设置，求解考虑电网载荷均衡度，但不考虑动态N-1 故障约束的防灾经济调度模型，所得的发电机出力结果如附录B 表B1 所示，下面对这2 种经济调度方式下电网的载荷均衡度进行分析。

图2 为系统中线路负载率值的分布状况，其中横坐标为按照负载率值由大到小的顺序依次对各线路赋予的编号。

图2 线路负载率分布状况Fig.2 Load rate distribution of lines

由图2 可见，由考虑电网载荷均衡度，但不考虑动态N-1 故障约束的防灾经济调度模型所得的线路潮流分布曲线较仅考虑经济成本及线路常态下安全约束的经济调度模型所得曲线更为平缓，各线路负载率值之间的差别较小，电网的载荷均衡度得到提高。表1 给出了这2 种调度方式下，线路平均负载率、负载率方差等电网潮流分布统计指标结果。

表1 各潮流分布指标对比Table 1 Comparison of each power flow distribution index模型负载率大于0.7 的线路数NCED PFDNCED受影响线路负载率均值0.484 0.338系统负载率均值0.437 0.356系统负载率方差0.065 0.024系统最大负载率1.000 0.703 7 1

由表1 可以看出，考虑电网载荷均衡度，但不考虑动态N-1 故障约束的防灾经济调度模型所得调度策略的潮流分布、恶劣天气影响区域线路负载率均值、系统所有线路的负载率均值、系统所有线路的负载率方差等指标值均比仅考虑经济成本及线路常态下安全约束的经济调度模型所得结果低。由仅考虑经济成本及线路常态下安全约束的经济调度模型得到线路最大负载率为1，达到了线路运行极限，其中负载率大于0.7 的线路有7 条；而考虑电网载荷均衡度，但不考虑动态N-1 故障约束的防灾经济调度模型所得结果中，最大负载率仅为0.703，负载率大于0.7 的线路只有1 条。以上结果可证明，考虑电网载荷均衡度，但不考虑动态N-1 故障约束的防灾经济调度模型通过引入防灾经济调度目标函数1和2，有效地提高了电网的线路负载均衡度，并降低了恶劣天气对区域线路负载率的影响。由于电网重载输电线路数的减少，避免了恶劣天气条件下，线路故障后可能引发的潮流大转移，因此提高了系统运行安全性及可靠性。

文章来源：《自然灾害学报》 网址: http://www.zrzhxb.cn/qikandaodu/2021/0326/972.html