内蒙古西部电网的UPFC最优布点问题研究
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摘要：在现代电力系统中，UPFC是调节电压和潮流的有效手段，这种功能强大的FACTS装置正日益受到广泛的研究和重视。在实际项目执行阶段，UPFC的安装地点问题显得尤为重要。
关键词：西部；电网；UPFC最优布
中图分类号：TM934.21 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 (2012) 16-0009-01
一、最优布点研究的意义
现如今国内外的研究专注于对UPFC元件的模型进行数字仿真和控制性能的分析，而很少涉及UPFC元件的规划问题。UPFC在现代电力系统中是调和节潮流和电压的有效手段，这种强大功能的FACTS装置正逐渐受到广泛的重视和研究。UPFC的安装地点问题在实际项目执行阶段显得尤为突出。
离散粒子群优化(discrete particle swarm optimization，DPSO)算法是一种具有普遍适应性的随机全局优化方法，可克服解析性方法的缺点。
二、粒子群优化算法（PSO）综述
粒子群优化(PSO)最初是处理连续优化问题的，目前其应用已扩展到组合优化问题。由于其有效、简易的特点，PSO得到了众多学者的重视和研究。
粒子群优化算法是基于群体的演化算法，其思想来源于人工生命和演化计算理论。PSO的优势在于算法的简洁性，易于实现，没有梯度信息，且不需要很多参数需要调整。PSO是非线性组合优化问题、连续优化问题和混合整数非线性优化问题的有效优化工具。目前已经广泛应用于函数优化、神经网络训练、模糊系统控制以及其他遗传算法的应用领域。PSO最初应用到神经网络训练上，在随后的应用中，PSO又可以用来确定神经网络的结构。
随着世界经济的迅速发展，电力与人类发展的关系越来越密切，成为社会发展的动力。而电力系统稳定问题一直是电力工作者研究的核心，它关系到电力系统能否安全、可靠地供电，是限制电力系统输电能力的重要因素。
近二十年来，电力系统进入大机组、高电压、大电网时代，并且随着全球经济的不断发展，电网的大规模互联成为全世界电力系统发展的必然趋势。我国为了实现能源资源优化配置，也正在六大区域电网的基础上展开全国联网工作。预计到2020年，我国电网将会发展成为超过9亿千瓦装机容量、约二十余条高压直流线路，西电东送容量超过1亿千瓦的超大规模互联电网。
在经济飞速发展和电力供应短缺、供电形势日益严峻的情况下，跨区域互联的电力网络一方面实现了较大范围内的资源优化，促进了电力市场的发展，但另一方面，交直流混合输电、特高压输电、灵活交流输电系统、直流背靠背联网和超临界大机组等新技术的应用使其动态行为更加复杂，且经常运行在稳定极限边缘，安全稳定裕度逐渐减小，事故后的严重程度明显增加，甚至导致局部故障迅速传播到整个网络。我国也发生过停电事故，如海南“9.26”大停电，河南“7.01”大停电等等。
通过对现有联网系统和规划电网的研究，我国互联电网也面临一些特殊的稳定问题：
（1）全国广大地区形成三级大电网共用500kV网架(除西北)，这种平面型电网结构薄弱，电网动态稳定问题突出，动态特性复杂。交流同步电网大多是远距离、弱联系，在大扰动下易造成互联系统的动态不稳定，功率振荡特征更加复杂。
（2）电网互联使得局部输电断面输送能力发生变化。
（3）随着三峡等直流输电工程的投入，广东电网和华东电网形成直流多落点局面。当多回直流输电集中落于同一密集受端系统时，多次换相失败的可能性增加，易造成连锁反应而引发严重的受端系统安全稳定问题。
（4）我国经济的发展和人民生活水平的提高引起了持续用电紧张，加重了系统安全稳定的严峻形势。
从上面所述，可以看出我国的电力系统稳定情况不容乐观，特别是在严重的故障情况下缺乏足够的控制措施。大面积停电或局部电网瓦解事故仍偶有发生。
在供电工业中，完善电力网的电力传输能力是一项倍受关注的问题。由于功率控制能力的不变性，可能会引起在重要线路中功率通量的聚积。提升现有传输线或增强它们的功率控制能力是完成其极限负荷设计和珍贵通行权的常用实践手段。灵活交流输电系统是建立在基础概念上的一种有前途的方法，用来避免有效功率通量顶端（bottlenecks）受阻，同时扩大现有电网的负荷能力。自从UPFC能够同时或者有选择性的控制沿着线路的有功功率和无功功率，并且能够控制电路接头的电压后（terminal voltage），UPFC就成为FACTS家族中对于潮流控制的一项有希望、有前途的设备。
内蒙古西部电网（网络接线图附后）目前的运行状况非常复杂，除了担负着重工业、轻工业和居民生活用电，还要向北京输送大约40%的电力，这部分电力主要由达旗电厂、丰镇电厂和丰泰电厂三个电源点供应。此外，大量风电上网对系统的稳定性提出了严峻的挑战。因此，如果在系统内加入UPFC，除了可以调节系统的潮流，还可以改善系统的稳定性
内蒙古西部电网可以模拟成24个电源点，65条母线的电力系统模型（即24机65节点模型）。如果在电网中加入5台100MVA容量的UPFC，就可以有效的调节系统的潮流，并且可以稳定安装侧的电压。具体安装位置为：土右变至呼和浩特东郊变（土右变侧）、昭庙变至沙河变（昭庙变侧）、临河变至棋盘井变（临河变侧），薛家湾变至苗衫营变（薛家湾变侧），昆河变至麻池变（昆河侧）。
四、总结
柔流输电系统（FACTS）是电力电子技术在电力系统中应用的一个重要方面，而统一潮流控制器（UPFC）则是柔流输电系统中最复杂也是最有吸引力的一种补偿器，它既可以作为并联补偿、串联补偿或移相器使用，也可将三种功能结合起来，具有良好的潮流控制功能，因而受到了各界的高度重视。如何在潮流计算中计入UPFC的影响是目前必须要解决的问题。采用交替求解法计算计及UPFC的系统潮流，可以最大限度地与常规状态估计算法相结合，并使对UPFC控制变量的求解独立成块；主迭代过程完全保留了传统潮流计算的迭代形式和雅可比矩阵的特点，不需要修改节点导纳矩阵，易于与原有的潮流算法相结合。其缺点是UPFC的控制变量值只在子迭代中被修正，在主迭代中控制变量值保持子迭代中修正后的给定值不变，两次迭代过程使得收敛性变差。在实际项目执行阶段，UPFC的安装地点问题显得尤为重要。针对内蒙古西部电网的实际运行特点，给出了内蒙古西部电网预想的UPFC优化布点位置。
[作者简介]马明，男，内蒙古包头市人，毕业于天津大学，电气工程领域工程硕士，工程师，现从事继电保护工作。