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[摘 要]随着经济发展，人们对于电力的需求也就越来越大，因此，电力系统规模也在逐渐增大，随着电力系统逐渐趋于复杂，仿真计算量增幅较大。电力系统缝针计算耗时较多，尤其是稀疏线性方程组中花费时间最多，但稀疏技术的引入却极大的提升了仿真计算速度。
[关键词]大规模电网；潮流计算；关键技术
中图分类号：TM744 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）48-0378-01
前言：随着人们对于电力的需求逐渐增多，电网网际中的互联速度逐渐加快，电网规模迅速扩大，极大的满足了人们对电网的需求。大规模电网在给人们带来巨大经济效益的同时，也带来了一定问题，即如何确保大规模电力系统实现安全、稳定运行，成为全球共同研究问题。
一、大规模电网节点编号优化排序与网络分割算法
节点优化编号是计算电力系统仿真计算中的重要环节，其阶段顺序与导纳矩阵中所有元素位置有着直接关系。不同的排序会影响到消去中新注入进来的非零元素实际数目。而优化节点编号的主要目的是为不断减少新型非零注入元的数量，以便使导纳矩阵具有稀疏性，提升计算速度，减少内存开销[1]。从其数据结构可以看出，所谓的电力系统网络结构实际上是无向图，每个计算节点均为图中节点，每条支路均为图中的一条边。
（一）网络节点编号优化排序
现阶段，在节点优化编号的方法主要有三种，第一种是静态优化方法，这种方法的思想较为简单，在进行编号前，要先统计网络中各个节点的实际出线数目，然后先对出线少的节点进行编号，如果节点出现相同，就可以随意进行编号；第二种方法是半动态优化法，该方法主要是对出线少的节点先进行编号，然后再将其消除，但在每次消除节点时，都要进行星网变换，那些并未进行编号的节点，其自身出线数目也会随之发生变化，同时，在未编号节点中找到出线数目最少的节点进行编号，并一直重复该操作，一直到彻底所有节点为止；第三种方法是动态优化法，使用该优化方法可以将具有n个节点的网络消除，首先，将网络中的所有节点都进行消除运算，同时，总结出在每个节点消除以后分别增加的新型出线数目，然后再将这些新增加的出线数目中节点最少的进行编号消除，这时，网络就会变成n-1阶，再将现有的n-1阶网络使用同样方法进行消除操作，一直到所有节点都被编号为止[2]。通过比较得知，这三种优化方法中，静态优化方法所具有的程序最为简单，但其优化效果不够理想，而动态优化方法所取得的效果最好，但其优化速度较慢，程序也很复杂，只有半动态优化方法的优化效果和速度最快，同时，还具有优化程序简单的特点。
（二）网络分割算法
网络分割计算通常有两种，一种是支路切割算法，主要是切割原有网络中的部分支路，将原网络分解开，另一种是节点撕裂法，也就是将原有网络中的节点“撕裂”，实现分解网络[3]。这两种方法的协调变量并不相同，前者的协调变量主要你是切割线电流，后者的协调变量则为分裂点电压。其中网络分割法的主要目标是根据规定的子网数目，平均分割原始网络。现阶段，常用的网络分割法主要有主导节点法、围线表法、谱划分法等七种方法，其中大多数算法都可以根据规模平均分割网络，少部分算法可以将新增注入保持最少。但这些方法都属于普通网络划分问题，也就是说通过节点分裂或支路隔断方式将原图分割为多个子图，同时这些子图并一定会像分层树形一样连接在一起，它主要服务于并行计算，因此，也就决定了其不能直接使用双向迭代算法解决网络划分问题。
二、电力系统潮流计算程序优化结构与流程
（一）潮流计算的数学模型
电力系统较为庞大与复杂，因此在构建数学模型使时，应抓住其中存在的主要矛盾，以便正确模拟其中对运行状态影响较大的因素，对于不影响较小的因素就可以将其忽略，避免方程组阶数出现激增情况。也正因如此，使得上级算题具有很大困难，计算人员在进行上机计算时不得不填写大量的原始数据，但由于部分数据难以被提供，这样更是加重了上机计算难度。
在普通的电力系统潮流计算中，通常会将节点所给出的两个运行参数作为已知条件，将另两个作为待求量。按照以往数据给出的方式得知，电力系统中的节点主要有三种，分别为PQ节点、PV节点和平衡节点。其中，PQ节点所给出的参数为该点的有功功率和无功功率，即（P，Q），待求量则为该节点的电压向量（V， θ）。一般情况下，都会将变电所中的母线当做PQ节点，潮流计算中的大部分节点也是如此。PV节点所给出的运营参数主要是该节点的有功功率与电压幅值，即（P，V），其待求量则为该点的无功功率和电压向量，即（Q，θ）。但该节点在运行时通常会有可调节性的无功电源，以便维持给定电压值。在潮流计算中，平衡节点只有一个，该阶段通常只有节点电压幅值，在实际计算中将这种节点作为电压向量参考方向，也就是给定该点的电压向量角度设定为零度。在确定平衡节点时，应选定调频发电厂的母线，但在实际计算时，也会选定出线最多的发电厂母线将其定义为平衡节点[4]。
（二）优化后的潮流计算流程
按照现有节点排序算法和稀疏技术，可以将潮流计算程序进行一定优化与改进。首先，在进行潮流计算前，应先读取网络基本信息，主要包括节点数目、支路数目、分区数目以及母线信息和支路信息，合理优化节点排序方式，根据实际情况选用半动态排序或分区排序，并将母线信息与支路信息进行修正；其次，在节点排序完成以后，可以将导纳矩阵进行符号分解，在节点导纳矩阵形成以后就可以映射出与之相对的雅克比矩阵位元信息；最后，在母线初始信息中形成功率或电压偏差量和雅克比矩阵，同时，检验母线的无功功率，如果功率约束未达到标准，就需要修正母线类型，重新进行潮流求解，使其满足无功功率约束为止。对于无功功率的越限处理主要有两种情况，一种是超越下限，另一种是超越上限，由于实际情况不同，所以，在处理时应结合实际情况，如果无功功率超越下限，可以将PQ节点转变为PV节点，如果无功功率超越上限，就应将PV节点转变为PQ节点[5]。此外，应通过设置LU求解程序实现精度求解和提升求解速度。
（三）算例分析
在仿真算例中，以华北电网运行方式为例，其联络线的被等值为负荷，在比较潮流程序时间时，使用潮流计算，其计算时间为32.97ms，而使用网络分割算法和符号分解则为15ms。同时，在进行潮流计算迭代时，即便是迭代次数相同，但最大偏差量在后期也会出现很多不同。如在第七次进行迭代时，潮流计算的误差就会逐渐增大，而网络分割计算就会避免这一问题。
结论
在电力系统中，仿真计算时期必备工具，随着科技的发展，直流混合输电形式逐渐扩大，大规模电力系统得以发展，由于对于电力系统的研究需要实时与超实时分析其中存在的问题，这样一来就提升了对电力系统的仿真要求，因此，本文注重研究了节点编号优化和网络分割算法，提出了它们各自的优缺点，同时，有研究了潮流计算的数学模型，对各节点进行细致分析，最后，优化了潮流计算流程，希望能给予相关人士参考。
参考文献
[1] 洪峰.大型互联电网潮流自动调整方法研究[D].华中科技大学，2011.
[2] 李光辉.面向实时仿真的大规模交直流混联电网动态等值研究[D].上海交通大学，2013.
[3] 东旭.一种图分割算法在大规模电力系统计算中的应用[D].上海交通大学，2011.
[4] 柳俊.大规模水电输电安全分析及其可视化系统设计[D].大连理工大学，2013.
[5] 毛艳丽.考虑频率特性的互联电网潮流与最优潮流模型研究[D].重庆大学，2014.
[关键词]大规模电网；潮流计算；关键技术
中图分类号：TM744 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）48-0378-01
前言：随着人们对于电力的需求逐渐增多，电网网际中的互联速度逐渐加快，电网规模迅速扩大，极大的满足了人们对电网的需求。大规模电网在给人们带来巨大经济效益的同时，也带来了一定问题，即如何确保大规模电力系统实现安全、稳定运行，成为全球共同研究问题。
一、大规模电网节点编号优化排序与网络分割算法
节点优化编号是计算电力系统仿真计算中的重要环节，其阶段顺序与导纳矩阵中所有元素位置有着直接关系。不同的排序会影响到消去中新注入进来的非零元素实际数目。而优化节点编号的主要目的是为不断减少新型非零注入元的数量，以便使导纳矩阵具有稀疏性，提升计算速度，减少内存开销[1]。从其数据结构可以看出，所谓的电力系统网络结构实际上是无向图，每个计算节点均为图中节点，每条支路均为图中的一条边。
（一）网络节点编号优化排序
现阶段，在节点优化编号的方法主要有三种，第一种是静态优化方法，这种方法的思想较为简单，在进行编号前，要先统计网络中各个节点的实际出线数目，然后先对出线少的节点进行编号，如果节点出现相同，就可以随意进行编号；第二种方法是半动态优化法，该方法主要是对出线少的节点先进行编号，然后再将其消除，但在每次消除节点时，都要进行星网变换，那些并未进行编号的节点，其自身出线数目也会随之发生变化，同时，在未编号节点中找到出线数目最少的节点进行编号，并一直重复该操作，一直到彻底所有节点为止；第三种方法是动态优化法，使用该优化方法可以将具有n个节点的网络消除，首先，将网络中的所有节点都进行消除运算，同时，总结出在每个节点消除以后分别增加的新型出线数目，然后再将这些新增加的出线数目中节点最少的进行编号消除，这时，网络就会变成n-1阶，再将现有的n-1阶网络使用同样方法进行消除操作，一直到所有节点都被编号为止[2]。通过比较得知，这三种优化方法中，静态优化方法所具有的程序最为简单，但其优化效果不够理想，而动态优化方法所取得的效果最好，但其优化速度较慢，程序也很复杂，只有半动态优化方法的优化效果和速度最快，同时，还具有优化程序简单的特点。
（二）网络分割算法
网络分割计算通常有两种，一种是支路切割算法，主要是切割原有网络中的部分支路，将原网络分解开，另一种是节点撕裂法，也就是将原有网络中的节点“撕裂”，实现分解网络[3]。这两种方法的协调变量并不相同，前者的协调变量主要你是切割线电流，后者的协调变量则为分裂点电压。其中网络分割法的主要目标是根据规定的子网数目，平均分割原始网络。现阶段，常用的网络分割法主要有主导节点法、围线表法、谱划分法等七种方法，其中大多数算法都可以根据规模平均分割网络，少部分算法可以将新增注入保持最少。但这些方法都属于普通网络划分问题，也就是说通过节点分裂或支路隔断方式将原图分割为多个子图，同时这些子图并一定会像分层树形一样连接在一起，它主要服务于并行计算，因此，也就决定了其不能直接使用双向迭代算法解决网络划分问题。
二、电力系统潮流计算程序优化结构与流程
（一）潮流计算的数学模型
电力系统较为庞大与复杂，因此在构建数学模型使时，应抓住其中存在的主要矛盾，以便正确模拟其中对运行状态影响较大的因素，对于不影响较小的因素就可以将其忽略，避免方程组阶数出现激增情况。也正因如此，使得上级算题具有很大困难，计算人员在进行上机计算时不得不填写大量的原始数据，但由于部分数据难以被提供，这样更是加重了上机计算难度。
在普通的电力系统潮流计算中，通常会将节点所给出的两个运行参数作为已知条件，将另两个作为待求量。按照以往数据给出的方式得知，电力系统中的节点主要有三种，分别为PQ节点、PV节点和平衡节点。其中，PQ节点所给出的参数为该点的有功功率和无功功率，即（P，Q），待求量则为该节点的电压向量（V， θ）。一般情况下，都会将变电所中的母线当做PQ节点，潮流计算中的大部分节点也是如此。PV节点所给出的运营参数主要是该节点的有功功率与电压幅值，即（P，V），其待求量则为该点的无功功率和电压向量，即（Q，θ）。但该节点在运行时通常会有可调节性的无功电源，以便维持给定电压值。在潮流计算中，平衡节点只有一个，该阶段通常只有节点电压幅值，在实际计算中将这种节点作为电压向量参考方向，也就是给定该点的电压向量角度设定为零度。在确定平衡节点时，应选定调频发电厂的母线，但在实际计算时，也会选定出线最多的发电厂母线将其定义为平衡节点[4]。
（二）优化后的潮流计算流程
按照现有节点排序算法和稀疏技术，可以将潮流计算程序进行一定优化与改进。首先，在进行潮流计算前，应先读取网络基本信息，主要包括节点数目、支路数目、分区数目以及母线信息和支路信息，合理优化节点排序方式，根据实际情况选用半动态排序或分区排序，并将母线信息与支路信息进行修正；其次，在节点排序完成以后，可以将导纳矩阵进行符号分解，在节点导纳矩阵形成以后就可以映射出与之相对的雅克比矩阵位元信息；最后，在母线初始信息中形成功率或电压偏差量和雅克比矩阵，同时，检验母线的无功功率，如果功率约束未达到标准，就需要修正母线类型，重新进行潮流求解，使其满足无功功率约束为止。对于无功功率的越限处理主要有两种情况，一种是超越下限，另一种是超越上限，由于实际情况不同，所以，在处理时应结合实际情况，如果无功功率超越下限，可以将PQ节点转变为PV节点，如果无功功率超越上限，就应将PV节点转变为PQ节点[5]。此外，应通过设置LU求解程序实现精度求解和提升求解速度。
（三）算例分析
在仿真算例中，以华北电网运行方式为例，其联络线的被等值为负荷，在比较潮流程序时间时，使用潮流计算，其计算时间为32.97ms，而使用网络分割算法和符号分解则为15ms。同时，在进行潮流计算迭代时，即便是迭代次数相同，但最大偏差量在后期也会出现很多不同。如在第七次进行迭代时，潮流计算的误差就会逐渐增大，而网络分割计算就会避免这一问题。
结论
在电力系统中，仿真计算时期必备工具，随着科技的发展，直流混合输电形式逐渐扩大，大规模电力系统得以发展，由于对于电力系统的研究需要实时与超实时分析其中存在的问题，这样一来就提升了对电力系统的仿真要求，因此，本文注重研究了节点编号优化和网络分割算法，提出了它们各自的优缺点，同时，有研究了潮流计算的数学模型，对各节点进行细致分析，最后，优化了潮流计算流程，希望能给予相关人士参考。
参考文献
[1] 洪峰.大型互联电网潮流自动调整方法研究[D].华中科技大学，2011.
[2] 李光辉.面向实时仿真的大规模交直流混联电网动态等值研究[D].上海交通大学，2013.
[3] 东旭.一种图分割算法在大规模电力系统计算中的应用[D].上海交通大学，2011.
[4] 柳俊.大规模水电输电安全分析及其可视化系统设计[D].大连理工大学，2013.
[5] 毛艳丽.考虑频率特性的互联电网潮流与最优潮流模型研究[D].重庆大学，2014.