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大规模电网潮流计算关键技术与应用进展研究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着社会经济的飞速发展，电力作为支撑现代社会运转的关键能源，其需求呈现出爆发式增长。为满足这一需求，电网规模不断扩张，电压等级持续提升，电网结构愈发复杂。以我国电网发展为例，建国以来，我国电力工业历经从弱到强的蜕变，电网从孤立电网逐步发展为省级电网、省间互联电网、大区电网，直至目前初步构建起全国联网格局。从1978-1997年，省间联网迅速发展，1981年第一条500千伏线路平武线输变电工程投产，开启了500千伏输电线路和省间联网的新篇章，逐步形成六大跨省区域电网。1997年起，借助三峡建设的契机，全国联网进程显著加快，三峡输变电工程的全面建成，为促进全国联网、实现大范围资源优化配置发挥了关键作用。2005年后，全国联网格局基本成型，跨区能源优化配置能力不断增强。到2023年，我国电网工程完成投资4458亿元，同比增长5.9%，特高压直流投资迎来较大增长，已开工“四直两交”，是历史开工线路最多的年份。预计未来我国电网将朝着世界上规模最大、电压等级最高、复杂性程度最高的特大型电网迈进。

在大规模电网发展的进程中，潮流计算作为电力系统分析的核心内容，发挥着举足轻重的作用。从数学角度而言，潮流计算旨在求解一组由潮流方程描述的非线性代数方程组。通过潮流计算，能够确定电力系统在既定运行条件和系统接线情况下，各母线的电压、各元件中流过的功率以及系统的功率损耗等关键运行状态参数。在电网规划阶段，借助潮流计算，能够科学合理地规划电源容量及接入点，优化网架结构，精准选择无功补偿方案，确保在不同运行方式下，电网能够满足潮流交换控制、调峰、调相、调压等多方面的要求。在编制年运行方式时，依据预计的负荷增长和新设备投运情况，选取典型方式进行潮流计算，有助于及时发现电网中的薄弱环节，为调度员的日常调度控制提供有力参考，同时也能为规划、基建部门提出改进网架结构、加快基建进度的建设性建议。在正常检修及特殊运行方式下，潮流计算能够指导发电厂制定合理的开机方式、有功和无功调整方案以及负荷调整方案，确保线路和变压器满足热稳定要求，保障电压质量。此外，在分析预想事故和设备退出运行对静态安全的影响时，潮流计算能够为制定预想的运行方式调整方案提供关键依据。综上所述，潮流计算是电力系统运行、规划及安全性、可靠性分析优化的基础，也是各种电磁暂态分析的出发点，在电力系统中具有最为广泛、基础和重要的应用。

然而，随着电网规模的不断扩大和复杂性的日益增加，传统的潮流计算方法在面对大规模电网时，逐渐暴露出诸多局限性，如计算速度慢、收敛性差、内存占用量大等问题。这些问题严重制约了潮流计算在大规模电网中的应用效果和效率，难以满足现代电力系统对快速、准确分析电网运行状态的迫切需求。因此，深入研究大规模电网潮流计算关键技术，突破传统方法的瓶颈，提高计算速度和精度，增强算法的稳定性和可靠性，对于保障大规模电网的安全、稳定、经济运行，推动电力行业的可持续发展，具有极为重要的理论意义和实际应用价值。

1.2国内外研究现状

电力系统潮流计算的研究历史悠久，可追溯至20世纪初。早期，研究主要聚焦于运用牛顿-拉夫逊法和P-Q分解法等经典方法进行潮流计算。随着计算机技术的迅猛发展，越来越多的现代算法被引入到潮流计算领域，如迭代法、优化算法和人工智能算法等。部分研究还将潮流计算与电力系统稳定、经济运行等方面紧密结合，形成了众多新的研究领域。

目前，电力系统潮流计算的研究现状主要涵盖两个方面。一方面是传统潮流计算方法的持续研究，其中牛顿-拉夫逊法以其在数学中求解非线性方程式的良好收敛性，在潮流计算中被广泛应用。它通过将非线性潮流方程逐次线性化来进行求解，但对于某些特殊条件，可能会出现不收敛的情况。P-Q分解法是在牛顿-拉夫逊法的基础上，基于电力系统的特点进行简化得到的，在处理中小型电网时，具有较高的准确性和计算效率。然而，当面对大型复杂电网时，传统的牛顿-拉夫逊法和P-Q分解法可能会受到收敛性和鲁棒性的限制。例如，在电网结构复杂、存在大量弱联系线路或负荷波动较大的情况下，这些方法的迭代过程可能会变得不稳定，导致计算结果不准确甚至不收敛。

另一方面是现代潮流计算技术的研究，诸多新型潮流计算方法不断涌现。基于迭代法的潮流计算，如高斯-赛德尔迭代、雅可比迭代、SOR迭代等，以一个逼近解为初始状态，通过不断迭代计算，逐步逼近准确解。但在高维度、非线性、不透明等复杂问题下，传统迭代法存在收敛速度较慢、迭代次数较多、容易陷入局部最优等问题。优化算法中的遗传算法，通过模拟自然选择和遗传机制，在解空间中有哪些信誉好的足球投注网站最优解，为潮流计算提供了新的思路。它具有全局有哪些信誉好的足球投注网站能力，能