電力網化簡與等值

電力網化簡與等值是指在不改變保留部分的潮流分布條件下，對複雜電力網的簡化和等值。隨著電力系統規模的日益擴大，電力網也越來越複雜。在電力系統離線計算中，為了縮小計算規模。

基本介紹

• 中文名：電力網化簡與等值
• 外文名：Power network simplification and equivalent
• 學科：電力工程
• 領域：能源
• 類型：電力網
• 作用：縮小計算規模

簡介

網路化簡實行網路化簡的基本原則，應使消去一部分節點後網路中保留部分的各節點電壓，在不同運行方式下都與簡化前相同，從而達到既使網路簡化又保持網路保留部分電氣特徵不變的目的。對不計電磁暫態過程的穩態網路通常採用兩種化簡的方法，一是根據網路接線圖直接進行等價變換，即網路變換法;一是對描述網路的線性方程組進行消元處理。兩種方法都是以減少節點為目的.因而在本質上是一樣的。

網路變換法一般包括兩個步驟:第一步是負荷移置，將需消去的節點上的負荷移到經過支路連線的其他節點上去，使該節點變成既不與電源連線，也不帶負荷的聯絡節點。第二步是進行網路變換，即套用網路變換法則。消去聯絡節點.通常採用星形、三角形變換，即先將星形中心點的負荷移去，然後進行星一網變換，消去星形中心點，每變換一次，消去一個節點。通過網路不斷變換，把應消去的節點全部消掉，最後得到所希望的簡化網路。

提高計算速度，在進行潮流、短路電流和穩定等計算時，可對複雜電力網的等值電路進行適當的等值和簡化處理。在實現電力系統線上分析，如實時靜態安全分析時，為了克服系統的規模與計算機記憶體容量、分析計算所需的回響時間等方面存在的矛盾，需要對系統中某些不可觀察部分及互聯繫統的鄰網作外部靜態等值處理。

自適應保護整定的精髓是保護定值要隨電網運行方式的變化而自動調整。這就要求在電力系統運行方式發生變化時，快速修正用於短路計算用的節點阻抗陣。然而，對於大規模電網，特別是當計算涉及到多組具有零序互感的線路時，需要修正的節點阻抗陣元素數量會很大。傳統的串列計算方法無法滿足對阻抗陣修改的實時性要求。另外，現代電網大多為互聯繫統，且其調度SCADA 系統的監測範圍是按區域進行劃分的，例如一個省級電網調度的SCADA 系統無法獲取相鄰省網的實時運行信息。而每個電網的短路計算都牽涉到鄰接電網的阻抗陣，為了減少數據通信量，這就需要每個電網的EMS/SCADA 能快速地把本網的節點阻抗矩陣化簡為邊界節點等值阻抗矩陣並傳送給相鄰電網。相鄰電網通過追加與邊界節點相連的鏈支來形成適合本網保護短路計算用的節點阻抗陣。因此，大型互聯電網阻抗陣的快速修改和邊界等值化簡是實現大規模電網保護線上整定的關鍵。

PC 機群由於具備高性價比、系統結構靈活以及便於升級等優點，近年來得到了研究人員越來越多的關注。基於PC 機群的並行計算已在電力系統暫態穩定分析、無功最佳化、潮流計算等領域得到了成功的套用，而在保護線上整定領域的套用還鮮見報導。

通過對電網節點阻抗陣修改和鄰接電網邊界等值化簡的內在並行性的研究，提出基於PC 機群的大型互聯電網的阻抗陣並行計算方法，並針對進程間計算和通信具有可重疊的特點，提出基於遠程存儲訪問功能（Remote MemoryAccess, RMA）的並行計算最佳化策略，以滿足自適應保護定值計算的實時性要求。

基於節點阻抗陣的邊界等值化簡

一個電網的短路電流受鄰接電網的影響較大，快速地獲取相鄰電網運行方式的變化對計算本網的實時保護定值是至關重要的。然而各級電網調度SCADA 系統正常的監測範圍是有劃分的，例如一個省級電網調度的SCADA 系統不知道相鄰省網的開關開合情況。為了解決互聯電網之間互不了解對方電網實際拓撲的問題，每個電網的調度主機在修正完本網的阻抗陣後，應自動進行節點等值，消去內部節點，形成其相鄰電網需要的等值邊界節點阻抗陣和節點注入電流。

算法套用於自適應保護系統的構想

根據電網當前的運行方式整定保護定值可以擴大保護裝置的保護範圍，從而提高其靈敏性和選擇性。自適應保護系統在檢測到電網發生開關變位後，應能快速地計算新的自適應定值。在電網阻抗陣快速算法的基礎上，提出了自適應保護系統框架。

當電網中發生開關變位事件，變位訊息或者鄰網的邊界等值（如果開關變位事件發生在鄰網）通過基於廣域網的新型遠動系統快速傳遞到調度端，喚醒自適應保護系統。電網拓撲分析算法採用圖論與啟發式搜尋技術相結合的方法，通過修改母線的鄰接矩陣來快速跟蹤站內拓撲的變化，把母線重新分組並映射為電網的節點，然後採用啟發式搜尋算法搜尋電網的節點樹，快速跟蹤並更新發生變化的局部電網拓撲。根據已知的電網拓撲，啟動並行算法求取電網當前的節點阻抗陣和邊界等值，並把邊界等值傳送給相鄰電網的通信調度中心。同時，根據電網的新拓撲修改相關保護間的函式依賴關係，在原有保護的MBPS 基礎上，快速得到新的MBPS 和RSM。最後根據當前的節點阻抗陣以及保護的MBPS 和RSM 計算出當前的自適應定值，並遠程設定廠站保護的自適應定值。

儘管形成節點阻抗陣需要較大的計算量，但是在一個線上持續運行的環境，前一輪的分析和計算結果可以得到利用。當發生線路投退時，均可通過在原阻抗陣的基礎上增加1 條鏈支來實現（跳閘時為負阻抗）。一旦系統啟動並分布存儲一次後，調度處理器只需把少量的數據廣播到其他各處理器，由多個處理器並行修改阻抗陣，大大縮短了修改時間。所以線上自適應定值計算時間是可以控制在允許範圍內的。

為了應對電網發生開關變位後，自適應定值計算短暫過程中可能出現故障的情況，電網中各保護裝置仍需存儲一套傳統定值。調度中心主機在收到開關變位信號後，在啟動新定值計算過程前，將向各保護裝置廣播禁止使用舊自適應定值的通知，此時保護裝置改用傳統定值直至收到新的自適應定值。

總結

基於分塊存儲和訊息傳遞的阻抗陣並行修改方法，並推導了基於阻抗陣的邊界等值化簡併行計算公式，可對大型互聯電網的完整阻抗陣進行並行修改。通過基於遠程存儲訪問功能的並行計算最佳化策略，可實現進程間計算與通信的重疊，從而有效提高並行計算效率。