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国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志

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基于拥塞轮廓的电力系统规划网络约简技术研究

M.Thenmozhi1, R.Sathishkumar2
  1. p.g.学者[权力管理)，安娜大学区域中心EEE系，印度泰米尔纳德邦马杜赖
  2. 印度泰米尔纳德邦马杜赖，安娜大学区域中心EEE系教员
有关文章载于Pubmed，谷歌学者

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摘要

由于长距离的电力传输和高度互联地区的规划，研究大规模电力系统的需求正在增加。如果不减少，大型系统就很难处理。本文重点研究了基于功率传输分配因子(PTDFs)的给定总线分组下的约简技术产量，以获得更好的计算性能，更容易处理大量数据，更好地观察结果。该方法将应用于OPF研究，并将OPF结果与原始网络的结果在位置边际价格(LMP)和发电量概况方面进行比较。将改进后的IEEE 118总线系统与仿真结果进行比较，验证了所提方法的有效性。

关键字
供电富区(SRA)、需求富区(DRA)、位置边际电价(LMP)、输电分配系数(PTDF)、最优潮流(OPF)。

介绍
大规模电力系统集成的电力系统规划在计算上具有挑战性。通过使用小型等效网络，计算需求可以显著降低。但这些算法在电力系统规划中的适用性有限，因为大型电力系统的计算成本较高。传统的网络约简方法得到一个简单的模型[6]。等效网络再现了与原始系统相同的剩余总线的电压和电流。
然而，区域之间的功率传递并没有被保留，因为被消除的分支的流量无法近似。通过几个控制区建立大型电力市场，需要新的削减方法，重点关注经济标准和发电参与。典型的方法是使用基于位置边际价格或电力转移分配因子(PTDFs)的削减。基于LMP的方法的基本思想是基于位置边际价格创建集群，例如聚集区域。为了避免在存在拥塞线路的地方创建集群，只聚合具有相似节点价格的节点。为了计算初始节点价格，需要进行聚类的最优潮流(OPF)计算，这意味着必须知道详细的初始系统。对于大规模系统和扩展到多个控制区域的系统，由于缺乏信息，这种计算可能是不可能的。
功率传输分配因子(PTDFs)，以功率流的百分比表示，特定功率的双边传输如何影响输电网络的其余部分。因此，基于PTDFs的减少取决于系统的实际配置，就像LMP方法应用的情况一样。提出了一种基于功率传输分配因子(PTDF)的减小方法，以保持与原电网相同的流态。
提出了一种新的减注网络方法来构造减注流量敏感矩阵。减少的注入和减少的流被定义为预定义总线组上的聚合注入和聚合流。该方法得到了一个简单而精确的独立于注入剖面的模型。然而，目前还不清楚一组总线应该如何定义。因此，如果将原始网络用于最优潮流(OPF)研究，注入和流量分布可能会有显著差异。在OPF研究中，拥塞通常会显著增加系统成本，因为它可能会阻止廉价发电被调度。拥堵在OPF和规划研究中起着关键作用。因为拥堵发生在流量超过一条线等于线的极限，这是重要的分配流量限制的研究。因此，为聚合线路(走廊)分配足够的流量限制也很重要。即使约简算法产生了一个简单而精确的模型，如果没有适当的流量限制分配，其适用性也会受到限制。

网络缩减的重要性
网络约简或等价已成为重要的几个原因和几个不同的应用。为了保证系统的供电安全，对网络的实时观测需要进行大量的重复计算。此外，将可再生能源整合到系统中需要更远距离的电力传输，有必要评估传输网络的局限性。大规模网络的潮流和最优功率研究无论是出于运营还是规划目的都是必要的。根据模型的表示方式，约简方法分为静态和动态两种:
A.静电还原
简化模型表示系统的快照，只适用于静态分析。这些类型的模型适用于潮流计算，操作和规划分析。
B.动态还原
该模型可用于(a)大扰动下大规模电力系统离线暂态稳定性分析;(b)小扰动下大规模电力系统离线动态稳定性分析;(c)大规模电力系统在线安全评估。
在此，提出了一种新的方法来寻找合适的公交车分组来减少拥堵，并分配流量限制，以保持拥塞轮廓。总线分组和分配流量限制的算法是保留拥塞配置文件的关键特征。该方法将应用于最优潮流(OPF)研究，并将OPF结果与原始网络的结果在拥塞分布、位置边际价格(LMP)和发电分布方面进行比较。

电力系统网络缩减
A.网络缩减流程
网络约简方法简介如下:
1)首先，定义区域，以便区域内的所有总线具有相似的属性。
2)忽略所有连接属于同一区域的两辆公交车的线路。
3)将属于不同区域的两辆母线连接在一起。
4)计算简化网络的PTDF。
5)由4得到的PTDF和约简网络的节点-分支关联矩阵计算约简网络的电抗值。
如果提供了区域，可以从该过程中得到一个简单而精确的简化模型。[3]表明，采用简化模型的潮流研究得到了相似的潮流模式。然而，目前尚不清楚如何确定这些区域。为了定义区域，区域内的公共汽车应该具有类似的属性。在最优规划研究中，经济影响是非常重要的。因此，需要考虑与经济影响相关的属性。因为LMP反映了影响，所以面积是根据价格定义的。因此，area是LMP落入相似值的一组总线。当线路拥塞时，如果忽略损失，从线路一端注入的功率等于从另一端弹出的功率。弹射侧功率不足; i.e., the sum of loads is greater than that of generations. The area is termed demand- rich area (DRA). The congestion results in higher LMP than the system marginal cost. The injection side is termed supply-rich area (SRA) because the sum of loads is less than that of generation. The congestion results in lower LMP than the system marginal cost.
B.拥塞导致网络分离
当线路拥塞时，如果忽略损失，从线路一端注入的功率等于从另一端弹出的功率。弹射侧功率不足;即负荷之和大于代数之和。该地区被称为需求丰富区(DRA)。拥塞导致LMP高于系统边际成本。由于负荷之和小于发电量之和，注入侧被称为富供区(SRA)。拥塞导致LMP低于系统边际成本。
C.公交分组算法
对于每个总线集合β。β是根据拥塞线路来识别总线隶属度的标量。对于属于相同集合的总线，数量的和(Σβn)应该相等。在这样的分配之后，选择所有分配的数字之和相等的总线。注意，选择了for值，这样总线的和就明确地产生了该总线所属的成员。根据选择，每条拥塞线分为四组:SRA散装、SRA近边界、DRA散装和DRA近边界。对于SRA bulk、SRA near boundary、DRA bulk和DRA near boundary，分别为1、2、3和4。
给定每条线路的ptdf值，为每条拥塞线路分配四个区域。只要给出了拥塞概要，就可以从网络中定义集合。假设有n个集合。对于每个集合n，属于集合的总线被赋予βnwhere β>1。
对于属于相同集合的总线，数量的和(Σβi)应该相等。在这样的分配之后，选择所有分配的数字之和相等的总线。注意，选择了for值，这样总线的和就明确地产生了该总线所属的成员。在此过程中，拥塞的线路属于组间线路[3]。假设一条拥塞的线路连接了两个组，并且存在其他线路连接相同的组。[3]中的方法产生了一种聚合连接组的所有行的方法。然而，正如引言中提到的，流量限制很难分配。相反，连接两个组(除了拥塞的组)的线被聚合成与拥塞的线平行的单线。
D.拟议工作的限制
所提出的方法产生了一种将总线分组以保留原始网络的拥塞配置文件的方法。网络缩减的一个目的是进行规划研究。因此，可能会发生意想不到的拥塞。如果拥塞线路产生完全不同的拥塞配置文件，则该算法的结果可能不能反映适当的拥塞配置文件。因此，包括可能拥塞的线路和现有拥塞的线路是很重要的。

模拟与讨论
本章给出了上述章节中所讨论的理论的实施结果。利用MATPOWER开发了新的网络约简算法。该算法已在IEEE 118总线系统上进行了测试。
在[13]中的IEEE 118总线系统中，一些线路的流量限制被修改以创建拥塞配置文件。在高峰期，有两条线路(37号线和38号线)可能会拥堵。第2.1节中描述的类似过程产生表1所示的9组。1为该步骤得到的约简网络，根据[12]中的约简算法形成的约简网络如图2所示。
对原始网络和简化网络进行了不同负荷剖面的交流OPF研究，以比较结果。模拟各种负载以找到不同的拥塞配置文件。

结论
对于一个大规模的电力系统，寻找电力系统规划的最优解实际上是不可行的。最近网络约简的发展使精确的建模与可管理的计算费用。然而，缺少适当的流量限制分配，这对于OPF研究是必要的。针对网络约简问题，提出了一种寻找合适组的算法。基于该组的简化网络显示出与OPF研究中的原始网络相同的拥塞概况。另一个优点是不拥塞的聚合线路的流量限制不需要精确分配。与网络约简算法一起，为潮流研究提供了一个简洁、精确的输电网络表示。因此，该方法可用于大型系统OPF。

表格一览
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表1 表2 表3

数字一览
图1 图2
图1 图2

参考文献












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