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摘要：潮流计算是电力系统分析中重要的电气运算，是研究电力系统运行状态并且展开对应规划的重要手段。随着电力系统规模的不断扩大以及复杂程度的不断提升，潮流方程的阶次也越来越高，算法的优劣，直接关系到电网自身优化决策，因此对于算法的追求，一直都是该领域的目标。文章首先针对电力系统潮流算法的发展展开必要说明，而后进一步讨论了风电场环境下电力潮流计算的模型，对于加深该领域的理解有着积极价值。
关键词：电力系统；潮流计算；优化分析
电力需求越来越高，迫切需要开发建设一个性能稳定，故障率低的电力系统，而在电力系统中，潮流分布常常对整个系统的效能有着非常大的影响。因此本文的主要目标是建立电力系统的最优潮流模型，结合风电场环境下电力潮流计算的模型，对其网络结构中的潮流分布和电能传输效率进行研究，从而建立其合理的潮流分布模型。
1 潮流分析内容
第一，基础数据包：发电机数据、交流线数据、负荷数据、变压器数据、母线数据、电容器数据等；
第二，潮流计算：电力系统的综合软件直接将基础的数据输入至当中，数据仔细查看没有差错后展开潮流计算。50%、75%、100%负荷数据做潮流计算，以便小、中、大负荷的潮流计算得出此系统结论。
第三，计算结果分析：展开大负荷的方式分析计算潮流后，变压器结果报表、潮流计算的结果综述报表、发电结果报表、摘要信息报表、负荷结果报表等，相关的负荷根据所得出的结果降至50%、75%以内，小、中负荷方式的潮流计算以进一步做好，电力系统含风力发电机组与变动相符时，电压会发生一定的波动，负荷变动相对较大，整个系统稳定受到影响，应适当调整母线的电压，例如，加大初始点的母线电压，加大无功补偿的装置。
2 含风电场的电力系统潮流算法浅析
2.1 混沌萤火虫算法
通过对标准萤火虫算法分析发现，萤火虫位置在优化初期分布较为分散，相互间距较大，受吸引的程度较弱，当求解域较大时可能会停滞不前。为此，本文进行如下改进：
（1）改进吸引力项。为加强远距离萤火虫间的吸引力，以加快萤火虫算法优化初期的收敛速度，对吸引系数γ运用了混沌优化法，采取动态的方式取值，其表达方式为：
式中：k为迭代次数，该表达方式是混沌系统中Logistic映射的应用。
（2）改进随机项。在局部搜索中，如何选取合适的随机过程来模拟及控制调整局部搜索行为是一个关键问题。本文采取启发式方法的思想，引入LévyFlight作为新的改进随机步长方式。
综上所述，混沌莱维萤火虫算法更新公式可以被概括为：
式中：⊕表示点对点乘法；Lévy表示Lévy随机搜索路径，它的随机步长服从莱维分布，它可以平衡局部搜索和全局搜索的比例。
计算Lévy随机步长的表达式如下：
2.2 暂态稳定约束最优
电力系统优化问题通常具有多变量、多约束、强非线性的特点，粒子群算法因其全局搜索能力强、对模型复杂度要求低、简单易实现且易于并行化的优点得以广泛应用。随着系统规模的扩大，粒子群算法容易出现“早熟”且收敛速度下降的缺点。协同进化算法采用类似分解-协调的思想处理复杂系统的演化，能有效克服这样的缺陷。本文提出协同进化算法和粒子群算法相结合的协同进化粒子群算法（CEPSO）应用于 TSCOPF 优化问题，以增强收敛性能。为进一步提高算法的求解效率，采用了提前终止暂态稳定计算的加速策略，并对算法进行了主从并行化改造。
所引发的针对三相短路故障此系统其稳定性相同，引发的三相短路的故障和单相短路相比，后者稳定影响明显较小，发动机的功角波动的幅度也降低了，电力系统运行稳定的确保对策主要包括：以现代化的励磁装置缓解对元件的电抗，即根据分裂导线或是串联的电容器，提升电压的等级；以并联补偿或者是改变整个网络结果。
2.3 人工智能算法
人工智能算法领域中的代表作，包括遗传法、模拟退火法、粒子群优化算法等多种。从应用特征角度看，遗传算法具有很好的全局寻优能力，优化结果普遍比传统优化方法好，但是对计算机的运算能力有着比较高的要求，因此在应用中还处于不断完善和发展的阶段。模拟退火算法则以较为简单的算法原理组成，可以将其视为对常规迭代寻优算法展开的一种修正，允许以一定的概率对比前次稍差的解作为当前解。最后，粒子群优化算法在获取全局最优解方面表现良好，且运算效率状态良好，隶属于迭代的随机搜索算法范畴。人工智能算法能够保持与导数无关，因此避免了很多问题因为不可导造成的运算障碍问题，并且随机性较高，表现为全局优化算法的范本，尤其适合于大规模问题的求解。
综上所述，潮流计算对于电网系统而言至关重要，直接关系到整体的规划设计。电源规划原则主要在尽量确保功率平衡的基础上，分析其是否有经济性，禁止长距离输电，对此，相关人员需重点考虑静止无功补偿，以保证电力系统具备可控的电压支撑。
3 风电机组接入电网后产生的影响
3.1 产生电压波动和闪变
当风电场正常运行并接入电网吋，向系统输送功率为风电场视在功率为：
则向系统输送电流可以表示为： 
线路两侧的电压降为：
令ΔV和δV分别表示电压降的纵分量和横分量。则：
当风电机组接入系统时需要从系统吸收无功功率，当风电机组发出有功功率越大，需要从系统吸收无功功率越多。此时,线路上会产生较大的压降。电压波动会导致许多电气设备无法正常工作。如电子仪器工作失灵、白炽灯闪烁及电动机转速脉动等等。闪变由供电电压幅值、频率和波形等决定。考虑到风电机组出力的随机性，线路上的压降大小也会产生随机性的波动。风电机组输出有功功率波动特性由风速动力学特性所引发，风电机组的输出功率波动主要由风速变化、风向、塔影效应等因素引起，其波动频率与风力机的转速有关。
3.2 对系统产生的其它影响
风电场接入系统后，用于无功补偿的并联电容器组会引起异步电机的自激励。当风电场以孤岛状态运行时候，其电压和频率通常会升高。此时需要保护装置和控制系统来限制过电压和频率的波动。风电场接入电网后，增加了系统的短路电流，改变短路电流的特性。异步电机的短路电流衰减快，初值高,因而在短路电流分析中不能简化。
4 结论
经研究风电接入功率在一定范围内，风力发电的不确定性虽然造成了系统安全性成本的增加，但风力发电通过分担火电机组的负荷又降低了系统的发电费用，而后者的影响又明显超过了前者。
随着风电场的规模和单机容量越来越大，风电场的接入对电力系统运行的影响日益突出。考虑到恒速风力发电机的稳态模型和风力发电的不确定性对电力系统旋转备用的额外需求。通过优化目标函数中加入风力发电机的发电费用并将风力发电机组的出力作为变量处理，使得优化模型更趋合理。分析风电对系统旋转备用影响系数和风电机组的发电费用与系统最大风电准入功率和最优风电准入功率的关系曲线，就风电的接入对系统总的发电费用的影响也进行了研究。
参考文献
[1] 滕予非,宁联辉,李甘,王锡凡,路明. 含分频风电的电力系统潮流计算方法以及稳态特性分析[J]. 电力系统自动化,2014,22:56-62+84.
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论文作者:沓明德
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/21
标签：算法论文; 潮流论文; 电力系统论文; 系统论文; 风电论文; 电压论文; 功率论文; 《电力设备》2017年第24期论文;