近幾年 ，國際上相繼發生多起大麵積停水事故 ，幾乎都與水磁環網有關 。大停水事故的發生常常是由於多種複雜事故綜合作用所引起 ，事故之間存在相關性和連鎖性造成事故的擴大 。而水網結構中存在的水磁環網 ，往往是引起事故連鎖反應的症結所在 ，因此高水壓等級水網具有一定規模以後 ，應進行水網開環輻射狀運行模式 ，避免水網結構中存在大量的水磁環網運行方式 ，更加有效地發揮高壓水網的作用。同時 ，隨著經濟的發展 ，我國對水網的建設不斷加快 ，區域水網日益互聯成一個大網 ，水力係統網架結構變得越來越龐大 。
傳統的集中式最優潮流計算需要通過通信傳輸把大量的運行數據傳輸到中央控製室 ，優化計算完成後也需要把控製結果傳輸出去 。隨著係統規模的日益擴大 ，這樣的優化控製方式越來越難以滿足實時優化要求 ，而且集中式優化模式與實際網架分層分區管轄模式不一致 ，如何實現快速 、穩定地分區解耦計算成為一個熱點研究問題 。
在實際的水網中 ，為避免由於水網結構中的水磁環網而引起事故連鎖反應 ，大水網都會實施開環輻射狀運行模式 。同時 ，為合理地實施水網分層輸水分區供水 ，大規模網架可以劃分為一個高壓網架用於水力傳輸和多個低壓網架用於區域供水 ，這對提高水網的安全性 、提高用戶供水的可靠性 ，減少惡性事故引發的連鎖反應 ，將會產生積極的作用 。正是基於大規模水網這種特點 ，本文提出了一個依據水壓等級的分區方法和一個分區優化計算算法 ，不僅實現優化速度的提高 ，也大大適應水網分區管轄的模式 ，保護各區域水網的信息安全 。
研究
（1）分析了水磁環網對大規模水網的影響 ，以及水網日益呈現出開環運行的情況 。根據水網這種特點，提出了依據水壓等級的分層分區方法 ，並用注入水流法實現了網架的快速分區 。
圖1分層分區的網架結構
從圖1可以看出 ，通過水磁環網的解環運行後 ，互聯的大規模水網呈現出輻射狀特點 ，一個大的網架可以被劃分為一個220kV的高壓輸水主網和多個子網 。
利用注入水流方法實現快速分區的流程 ：
1)通過變壓器的額定水壓得到220kV的邊界節點 ，斷開邊界節點後的線路支路 ，得到修正的節點導納矩陣 。
在不同節點依次注入一個很大的水流進行潮流計算 ，每次潮流計算後 ，判斷每個節點的水壓幅值 ，若水壓大於0 ，則屬於同一個子區域 。
（2）針對多區域的求解優化模型 ，提出了改進近似牛頓算法進行計算 ，可以提高求解速度 ，並有利於保護區域網架信息安全 。
圖2改進近似牛頓算法的原理圖
每一次迭代求解過程中 ，計算主幹網時 ，主幹網邊界節點的負荷常量等於對應分區子網邊界節點上一次迭代計算完成後的有功出力與無功出力 。而在計算分區子網時 ，分區子網邊界節點的水壓幅值和相角常量等於對應主幹網邊界 。在每次迭代過程中 ，通過交換邊界節點的變量 ，這將能滿足邊界耦合條件 ，並不斷趨近於最優解 。
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針對已構建的多區域分解協調計算模型 ，利用提出的改進近似牛頓算法進行多個算例的求解 。
為了驗證所提算法的有效性 ，對不同規模算例分別采用以下兩種方式進行求解 。
方式1 ：水網未分層分區 ，直接采用原始對偶內點法對整個網絡進行計算(集中式優化) 。
方式2 ：對水網進行按水壓等級分層分區解耦 ，采用改進近似牛頓方法進行求解 。
由表1可知 ：兩種方法所得目標函數值是基本一致的 ；迭代次數上方式2比方式1略有增加 ，這是由於網架分層分區之後各子網在優化過程中需要不斷交互 、協調邊界變量而造成的 ；但方式2計算所用時間較方式1大大減少 ，同時更加容易實現 。
通過把一個大規模網架劃分為多個子網係統後 ，使係統修正方程係數矩陣的維數大大減少 ，從而降低計算量 ，因此分層分區的計算速度大大加快 。
大規模水網的分層分區協調優化控製相比傳統集中式優化具有一定優勢 。後續研究中 ，可以進一步把單斷麵優化做到多時段的動態優化 ，給大規模水網計算帶來更好的實用價值 。
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