电力系统有功安全校正策略的反向等量配对调整法邓佑满　黎辉　张伯明　洪军　雷健生摘　要　有功安全校正策略用于有意识地调整电力系统的运行方式，使之运行更安全，主要用于消除支路及联络线族的过载。分析了灵敏度的物理意义，并从中得出变换平衡机时灵敏度的变换公式。为消除某支路的有功过载，在灵敏度计算的基础上，由正灵敏度的机组和负灵敏度的机组的反向等量调整来得到一个系统有功功率始终平衡的控制策略，该策略能保证调整量最小，因而具有很好的实用性。已在东北电网的EMS中投入实际应用，结果表明，该算法提供的校正措施切实可行且有效，算法无收敛性问题，鲁棒性强。
关键词　电力系统　有功安全校正　灵敏度　能量管理系统
分类号　TM732ADJUSTMENTOFEQUALANDOPPOSITEQUANTITIESINPAIRSFORSTRATEGYOFACTIVEPOWERSECURITYCORRECTIONOFPOWERSYSTEMSDengYouman，ZhangBoming，LeiJiansheng
TsinghuaUniversity,100084,Beijing,ChinaLiHui，HongJun
NortheastChinaElectricPowerCorporation,110006,Shenyang,ChinaAbstract　Strategyforactivepowersecuritycorrectionisaimedtoadjusttheoperationmodeofapowersystemandtogetamoresecurepowersystem.Itismainlyusedtoalleviateoverloadoftransmissionlinesandtielinegroups.Thephysicalmeaningofactivegenerationsensitivitywithrespecttotransmissionlineisanalyzedandthetransformingformulaofsensitivitywhilechangingslackgeneratorisderived.Basedonthesensitivitycalculation,activegenerationswithpositivesensitivityandthatwithnegativesensitivityareadjustedwithoppositeequalquantityinordertoobtainastrategywithabalancedactivepowerandminimumadjustmentvalue.ThisapproachhasbeenimplementedintheEMSofNortheastPowerNetwork.Ithasbeenshownthatthisapproachispractical,robustandvalid.
Keywords　powersystems　strategyforsecuritycorrection　sensitivity　EMS0　引言
　　电力系统有功安全校正控制是安全控制的一项重要内容。当系统出现支路有功功率越限时，研究如何调整发电机有功功率使得过负荷解除，或者当调整功率不能消除越限时，给出切负荷的方案。当然，切负荷是迫不得已的事情，校正控制也要尽可能地保证对负荷的供电。安全校正算法有优化规划类算法^［1，2］和灵敏度类算法^［3］。优化规划类算法首先列出一个规划模型，包括优化目标和各种安全约束条件，然后用数学的方法求解该模型。优点是约束条件考虑全面，调整策略的安全性和经济性好；缺点是调整的设备可能太多，在电网调度实践中不太实用，且可能有计算收敛性问题。灵敏度类算法无需迭代，没有收敛性问题，容易实现调整量最小或调整设备最少的目标，便于操作实施。
　　安全校正策略计算的关键是要给出各个机组或负荷的调整量，而不仅仅是一个调整顺序。以前灵敏度类算法的一些研究工作过多地集中在如何计算灵敏度方面，而对如何计算调整量关注不够。最典型的求调整量的方法是按灵敏度绝对值大小的降序来依次求得调整量。由出力调整带来的功率不平衡量全部由平衡机承担，结果可能导致平衡机越限，调整方案最终不可行。例如，若计算结果中，绝对值大的灵敏度都是正值，对应正灵敏度的机组应减出力以消除越限。因此，可能排不上加出力的机组，调整就已经结束，所有减出力造成的功率缺额不得不全部由平衡机来承担，平衡机可能越上限。因而这一调整方案实际不可行。另外，在实际的电网调度实践中，没有平衡机的概念，调度员最关心的是哪几台机组加多少出力，哪几台机组减多少出力，并保证调整后有功功率基本平衡。安全校正策略应符合这一点。1　机组有功出力对支路有功的灵敏度
1.1　灵敏度的物理意义
　　当系统中机组i有功增加1个单位时，支路L有功潮流变化量就是机组i有功对支路L有功潮流的灵敏度S_Li。值得注意的是，机组i有功增加1个单位时，默认系统中的平衡机H有功减少1个单位（忽略网损的变化），以保证系统中有功功率的平衡。因而，上述灵敏度是机组i有功增加1个单位，平衡机H有功减少1个单位时支路L有功潮流的变化量，而不仅仅是机组i有功增加引起的支路潮流变化量。
　　在电网调度实践中，调度员在有意识地调整系统运行方式时，在指定加出力的机组及其功率增量的同时要指定减出力的机组及其功率减量，如A机组加50MW，B机组减50MW。一台机组加出力后系统出现功率余额，调度员不会让此余额任凭系统中的所有机组分摊掉。因此，由系统中的所有机组分摊功率余额的所谓准稳态灵敏度只适用于系统自行发生小扰动的情况，而不适于调度员有意识地调整系统运行方式的情况。
　　在灵敏度计算中，指定平衡机组仍然是必要的。这里有两方面的原因。一是为了功率平衡：在负荷不变的情况下，系统中有加出力的机组就得有减出力的机组，且加减出力基本相等（忽略网损变化）以保持系统功率的平衡，反之亦然。按上段论述，调度员在调整运行方式时，用来平衡系统功率余额的机组是调度员指定的，可以看做是指定平衡机。二是计算需要：没有平衡机，式（1）中的B′不可逆。
1.2　灵敏度计算
　　灵敏度的计算利用了快速分解法中的B′矩阵及直流潮流公式。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(1)
式中　L是支路下标；i是机组下标；x_L是支路的电抗；ΔP是一个单位矢量，只有第i个元素（ΔP_i，机组i的有功增量）是1，其他元素为0；ΔP_L是支路L潮流的变化量；Δθ_L是支路L两端的相位差。
　　由于指定了某机组做平衡机，从而保证B′可逆。
　　某机组i的有功出力调整到其上限或下限时可以消除支路L过载的能力定义为该机组的消除过载能力，计算公式为：
　　　　　　　　　　　　　　　　(2)
其中　P_imax和P_imin分别为机组i的有功出力上限和下限。
1.3　平衡机转移及灵敏度变换
　　如图1所示的3台机组A，B和C，设机组C为平衡机，忽略网损变化；机组A加出力、机组C减出力对支路L的灵敏度为S_LA；机组B加出力、机组C减出力对支路L的灵敏度为S_LB，也就是机组B减出力、机组C加出力对支路L的灵敏度为-S_LB。图1　机组加减出力的转移
Fig.1　Relationofpowertransferring若加减出力量都是1个单位，则加A减C且加C减B的总效果等价为加A减B。或者说，以机组C为平衡机的灵敏度之差S_LA-S_LB等价于以机组B为平衡机的机组A的灵敏度。即：
　　　　　　　　　　　　　　S_LA|_B=H=S_LA|_C=H-S_LB|_C=H　　　　(3)
式中　下标C=H表示选机组C为平衡机，其余同。
　　这一结论有重要意义，它表明：在指定平衡机C条件下计算出各机组对支路L的灵敏度后，若要计算任一其他机组B为平衡机时机组对支路L的新的灵敏度，只要将原灵敏度减去机组B的灵敏度即可。以B为平衡机的A的灵敏度等于以A为平衡机的B的灵敏度的相反数。且由式(3)可知，平衡机的灵敏度为零。2　安全校正控制模型
　　设某线路的有功越限量为ΔP_L，机组有功出力调整对该线路有功的灵敏度矢量为S，将该矢量分为3个子矢量。S 包括全部正的灵敏度分量，相应的机组集合为G_plus；S^{[1][2][3]下一页}