电力系统中的潮流计算与最优潮流技术研究

电力系统最优潮流分析

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。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,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。同经典的经济调度法相比,最优潮流具有全面规划、统筹考虑等优点,它可将安全运行和最优经济运行等问题进行综合考虑,通过统一的数学模型来描述,从而将电力系统对经济性、安全性以及电能质量等方面的要求统一起来。最优潮流问题的提出把电力系统的最优运行理论提高到一个新的高度,受到了国内外学者高度重视。最优潮流已在电力系统中的安全运行、电网规划、经济调度、阻塞管理、可靠性分析以及能量管理系统等方面得到了广泛应用,成为了电力系统网络运行分析和优化中不可或缺的工具。

一、最优潮流问题研究的意义

最优潮流可将电力系统可靠性与电能质量量化成相应的经济指标,并

最终达到优化资源配置、降低成本、提高服务质量的目的。因此最优潮流研究具有传统潮流计算无法比拟的意义,主要体现在以下两个方面。

一方面,通过最优潮流计算可指导系统调度员的操作,保证系统在经济、安全、可靠的状态下运行。具体表现为:第一,当所求问题以目标函数、控制变量和约束条件的形式固定下来后,就一定可以求出唯一最优解,并且该结果不受人为因素的影响。第二,最优潮流的寻优过程可以自动识别界约束,在解逐渐趋于最优的过程中可得到网络传输瓶颈信息,从而可以指导电网扩容与规划。第三,通过在最优点比较最优条件及相关数学模型,可以获得一些重要的灵敏度信息,如改变一些控制变量或松弛一些约束条件对解性能的影响程度,虽然这些信息只是在最优解的附近有效,但仍然能够揭示网络参数之间的一些关系。第四,最优潮流建模时保留了一定的冗余量,若在物理条件不可行的情况下找到解,这将有助于识别造成不可行解的冲突约束,并可为提高物理网络的运行可行性提供解决方案。

最优潮流计算的基本特点

最优潮流计算是电力系统中重要的分析方法。它是分析电力系统的方法之一，主要用于发电机运行状态的设计优化和设备或系统的安全运行状态明确。在电力系统中，它利用数学模型和算法以最小代价来完成负荷等任务。

最优潮流计算具有三个基本特点。首先，它是电力系统的无功优化分析和运行调整算法。因为它使得数学模型和算法被用来解决电力系统中的无功功率平衡和电压调整问题，这样有利于将电力系统最优化。

其次，最优潮流调度可以有效地优化电力系统的可靠性和稳定性以及负荷量。最优潮流调度可以改善电力系统的可靠性，使电力系统可以更加稳定。同时，它还可以有效地控制电力系统中的负荷，合理地分配负荷，从而提高电力系统的效率和稳定性。

最后，最优潮流计算可以为节能提供有效的支持。它不仅可以提高电力系统的效率，而且还可以降低电力消耗，降低操作成本和维护成本。另外，最优潮流调度也可以有效地减少电力系统中产生的污染物，从而实现节能减排。

总之，最优潮流计算是电力系统中重要的分析方法，具有无功优化分析、可靠性和稳定性的优化以及节能减排的优势。它是电力系统优化运行和节能减排的重要手段，有赖于它电力系统能获得更加稳定可靠的运行，实现节能减排的目的。

２０１１年第２期　天津电力技术　

配电系统潮流计算综述　

天津市电力公司城东供电分公司【天津市３００２５０）　张仕刚　孟庆霖　

【摘要】　介绍了配电系统潮流计算的概念及特点，归纳　

出配电系统潮流计算的数学模型，从电力市场定价、输电网　络管理、动态潮流计算、含ＦＡＣｒｓ元件的潮流计算、随机潮　流计算、电压稳定的潮流计算等六个方面叙述了潮流计算模　型的研究现状。并列举了单纯形法和对偶单纯形法、混合整　数规划法、简化梯度法、牛颤法、内点理论、二次规划等各种　线形和非线性潮流计算算法。结合天津地区智能电网建设，　提出配电系统潮流计算的发展要求和研究方向。　【关键词】　配电系统；潮流计算；综述　

０引言　

配电系统潮流计算可以以电力系统最优潮流　

（ｏｐｔｉｍａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｆｌｏｗｉｎｅｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ）为基础。基于协调　

方程的经典经济调度方法虽然方法简单，计算速度　

快，适应实时计算，但是协调方程式不能计及安全性　

约束（包括节点电压越界及线路过负荷等）。随着　

配电系统规模的不断扩大，人们开始将经济性和安　

全性统一考虑起来。而以数学规划为模型的潮流计　

算能够很好地处理约束条件。它不但能在模型中引　

入凡是表示成状态变量和控制变量函数的各种不等　

式约束条件，而且能将配电系统对于经济性、安全性　

和电能质量这三个指标完美地统一起来。因而，自　

从诞生之初，潮流计算就得到高度重视。　

配电系统潮流计算是指结构参数及负荷情况给　

定的配电系统稳定运行中，在满足节点功率平衡及　

各种运行约束指标下，通过控制变量的优选，找到能　

满足所有指定的约束条件，并使系统的一个或多个　

性能指标达到最优时的潮流分布。配电系统潮流计　

算具有统筹兼顾、全面规划的优点，不但考虑系统有　

功负荷，而且考虑系统无功负荷的最优分配；不但考　

虑各发电单元的有功上、下限，还可以考虑各发电单　

元的无功上、下限，各节点电压大小的上、下限等。　

配电系统潮流计算在配电系统的经济调度、电网规　

电力系统潮流计算中的稀疏技术研究

刘涛

（太原供电分公司，山西太原０３００１２）

摘要：潮流计算是电力系统中最基本、最重要的问题，最优潮流是潮流计算的扩展。本

文综合概述了潮流计算与最优潮流的最新研究成果，并重点研究了在运用计算机解决潮

流计算问题时核心技术之一的稀疏技术，包括排零存储和排零运算。

关键词：潮流计算；最优潮流；稀疏技术

中图分类号：ＴＭ７４４文献标识码：Ａ文章编号：１０００－８１３６（２０１１）２９－０００１－０２

１引言

电力系统中潮流分布是指系统中电压和功率的稳态分布。

根据电力系统的网络结构和功率、电压等物理量量测等系统运

行状况的边界条件，来求解潮流分布的计算即潮流计算。潮流计

算反映了电力系统的详细运行状态，可以帮助运行、规划人员分

析系统在给定条件下的稳态运行特点。潮流计算是电力系统中

最基本、最重要的计算，是电力系统运行、规划以及安全性、可靠

性分析和优化的基础，也是各种电磁暂态和机电暂态分析的基

础和出发点。

最优潮流是数学最优化理论在电力系统中的应用，同时考

虑了经济性和安全性，统筹兼顾、全面规划，是电力系统中不可

缺少的分析工具，在实际电力系统运行中具有重要意义。

本文研究了潮流计算与最优潮流的最新成果，并重点研究

了运用计算机在解决潮流计算问题中的核心技术———稀疏技

术，包括稀疏存储和稀疏计算。

２潮流计算与最优潮流理论

２．１潮流计算理论

潮流计算在数学上是求解一组由潮流方程描述的非线性方

程组。２０世纪５０年代，随着计算机的出现和计算机技术的发展，

研究者开始使用计算机数学模拟方法进行潮流计算。最初通过

计算机实现的潮流计算方法是以导纳矩阵为基础的高斯迭代方

法（Ｇａｕｓｓ方法），该方法内存需要少，但是收敛性较差。而以阻抗

矩阵为基础的潮流算法，收敛性较好，但大大增加了内存使用

量，无法适用于大规模电力系统。牛顿－拉夫逊（Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ，

Ｎ－Ｒ）方法是求解非线性代数方程组的一种方法，在潮流计算中

得到应用。２０世纪６０年代之后，随着Ｔｉｎｎｅｙ等人提出稀疏矩阵