處于擴(kuò)展模型基礎(chǔ)之上的潮流電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性探討

張 宇

（四川省電力公司廣安電業(yè)局，四川 廣安 638000）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外用電量規(guī)模不斷擴(kuò)大。電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析是目前具有討論性的話題，有時(shí)候經(jīng)常大停電，這很明顯的說(shuō)明了電力系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。一種追蹤系統(tǒng)PV 曲線的判斷方法以擴(kuò)展模型為基礎(chǔ)，采用新型的計(jì)算方法，能夠直接處理電機(jī)的電流流動(dòng)速度。潮流模型在電力電流運(yùn)算中的精確度不夠?qū)е码妷哼\(yùn)行不穩(wěn)定或是出現(xiàn)事故的危險(xiǎn)，因此采用的是連續(xù)潮流的方法在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，把其中比較重要的步驟選用合理的方程進(jìn)行求解計(jì)算，保證計(jì)算結(jié)果精確度，提高運(yùn)算效率，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定性增強(qiáng)。

1 電力系統(tǒng)模型

電力系統(tǒng)的新型求解法中采用的連續(xù)潮流模型方法、線性規(guī)劃法等方法已經(jīng)被廣泛的研究或是應(yīng)用。擴(kuò)展潮流模型的算法中將傳統(tǒng)的潮流模型優(yōu)點(diǎn)基于一身，再此基礎(chǔ)上創(chuàng)新出一種比較優(yōu)越的符合當(dāng)前社會(huì)電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性測(cè)定或是運(yùn)算的功能。文章中提出的是在擴(kuò)展潮流模型的基礎(chǔ)上改進(jìn)的連續(xù)潮流法對(duì)電驢里系統(tǒng)的電壓進(jìn)行計(jì)算分析。

關(guān)于m 個(gè)發(fā)電機(jī)和n 個(gè)節(jié)點(diǎn)的電力系統(tǒng)一般采用的計(jì)算方程式：

X=F（X,Y,λ,U）0=G（X,Y,λ,U）方程式中的X 表示的是電力系統(tǒng)中狀態(tài)變量向量，Y 是代數(shù)變量向量，U 是控制設(shè)定值向量。其中F 主要描述的是電力系統(tǒng)中同步發(fā)電機(jī)、負(fù)荷頻率和負(fù)荷動(dòng)態(tài)的特性以及電壓控制系統(tǒng)的變化情況，G 是傳統(tǒng)的潮流模型方程，λ 是代表負(fù)荷水平的參數(shù)值變化。擴(kuò)展潮流模型方程中的U 是給定的控制向量，它隨著λ 負(fù)荷參數(shù)的變化而變化。為了保證穩(wěn)定性分析分準(zhǔn)確性系統(tǒng)中的給出了計(jì)算平衡點(diǎn)運(yùn)算方程：

0=F（X,Y,λ，U）0=G（X,Y,λ,U）

這是擴(kuò)展潮流方程的第二種計(jì)算方程式。

2 電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性計(jì)算改進(jìn)的方法

2.1 發(fā)電機(jī)約束條件的解決方法

運(yùn)用擴(kuò)展潮流模型改進(jìn)方法中的連續(xù)潮流求解系統(tǒng)PV 曲線能夠確定電壓崩潰點(diǎn)，但是發(fā)電機(jī)的約束條件處理方法比較復(fù)雜也是目前對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性研究中的關(guān)鍵問(wèn)題。圖1 和圖2 中是發(fā)電機(jī)電子功率和轉(zhuǎn)子電流約束的系統(tǒng)控制線路圖。

圖1

圖2

發(fā)電機(jī)的電子有功功率是通過(guò)調(diào)速器對(duì)條件進(jìn)行約束，如果電速器的值達(dá)到最大時(shí)，就需要調(diào)速器的保持輸出的最大值不變。轉(zhuǎn)子電流約束采用的是AVR，在保證穩(wěn)定狀態(tài)的AVR 輸出電壓正比與轉(zhuǎn)子電流時(shí)，就要求忽略勵(lì)磁系統(tǒng)中的飽和作用，此時(shí)轉(zhuǎn)子電流的輸出值能夠達(dá)到最大，AVR 的輸出值就保持不變，達(dá)到的也是最大輸出值。傳統(tǒng)潮流模型中電壓穩(wěn)定性分析和運(yùn)算時(shí)根據(jù)AVR 的輸出值變化而對(duì)潮流迭代進(jìn)行調(diào)整，保持輸出值不變并達(dá)到最大值狀態(tài)。傳統(tǒng)的定子電流約束處理方法能夠保證定子電流在潮流計(jì)算中最大值不超越約束限制，如果對(duì)PV 曲線進(jìn)行完整的描述是很難的，因此其計(jì)算出的精確度也達(dá)不到要求，在電壓穩(wěn)定性方面還存在一定的問(wèn)題。下圖中的a 代表的運(yùn)行開(kāi)始點(diǎn)，并隨著負(fù)荷電流的增加其系統(tǒng)就會(huì)到達(dá)b 點(diǎn),Gì 定子電流極限。

圖3

圖3 中這些帶你和曲線就是PV 形成曲線，可以看出每條曲線上都有一點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)代表的是發(fā)電機(jī)Gì 定子電流的極限位置。這種PV 曲線的在連續(xù)潮流計(jì)算方法中存在一定的困難，發(fā)電機(jī)的定子電流達(dá)到極限時(shí)，其他曲線上的定在電流潮流解和另一個(gè)定子電流潮流解所處的位置不在同一點(diǎn)曲線上。圖中的曲線1 和2這種情況使得潮流不易于崩潰點(diǎn)進(jìn)行處理，同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)新的解而且參數(shù)值還要小于已經(jīng)求出的負(fù)荷參數(shù)值，使得求出的PV 曲線不光滑。圖中的曲線3 所對(duì)應(yīng)的潮流解，也是難以分別出此點(diǎn)是否為分岔點(diǎn)，求出的最大負(fù)荷參數(shù)值所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)也是無(wú)法利用潮流進(jìn)行求解。

由于傳統(tǒng)的潮流求解存在的問(wèn)題，難以使電力系統(tǒng)中的電壓電流穩(wěn)定運(yùn)行，因而在此基礎(chǔ)上提出了一種新型的定在電流約束的方法。如上圖所示，當(dāng)發(fā)電機(jī)定子電流到達(dá)極限位置時(shí)，就可以利用PV曲線方程直接在曲線b 位置上的曲線上進(jìn)行，能夠快速的描述出PV 曲線的并求出崩潰點(diǎn)，其精確度比較高。主要求解過(guò)程中要保持定子電流輸出不變，此時(shí)發(fā)電機(jī)Gì 給系統(tǒng)輸入有功和無(wú)功，并應(yīng)用相關(guān)計(jì)算方程來(lái)代替其解，新的潮流房中的帶球變量就不存在了，從而增加了該發(fā)電機(jī)的電壓和電流夾角的新變量。

2.2 分岔點(diǎn)識(shí)別

上述的曲線圖中的分岔點(diǎn)是當(dāng)系統(tǒng)中的狀態(tài)變量發(fā)生了變化并達(dá)到了極限而引起的。如圖4 中初始點(diǎn)a 運(yùn)行開(kāi)始并并負(fù)荷增加時(shí)，達(dá)到b 點(diǎn)就會(huì)出現(xiàn)分岔點(diǎn)，發(fā)電機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)已經(jīng)達(dá)到了約束點(diǎn)位置，此時(shí)就改變了潮流方程，其中某一狀態(tài)的變量也已經(jīng)達(dá)到了極限。而b點(diǎn)潮流方程雅客比矩形在潮流方程前后無(wú)變化的情況下也發(fā)生了改變，其變化后b 點(diǎn)就位于β 恒等于潮流方程雅客比矩形極限值描繪出的PV 曲線下半支。此時(shí)PV 曲線的追蹤過(guò)程是ab 到bc，將PV 曲線進(jìn)行改變之后的追蹤方向?yàn)閏bd 并在b發(fā)生分岔。

圖4

表1

以下是識(shí)別極限誘導(dǎo)分岔方法：如果要判斷β 到達(dá)極限位置時(shí)會(huì)不會(huì)出現(xiàn)誘導(dǎo)分岔，PV 曲線的追蹤過(guò)程如上圖所示，從初始點(diǎn)考試運(yùn)行后，如果β 已經(jīng)到達(dá)極限，PV 追蹤曲線由上到下β 到達(dá)系統(tǒng)的負(fù)荷λ1就小于最大負(fù)荷可解λ2表明了β 極限時(shí)引起了誘導(dǎo)分岔。

將發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流和定子電流的限制增加到1%的情況下追蹤曲線的潮流解如表1，這種求解的方式是傳統(tǒng)的方法并在負(fù)荷參數(shù)值小于極限誘導(dǎo)分岔點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的負(fù)荷參數(shù)值，此時(shí)潮流不收斂也就識(shí)別不出誘導(dǎo)分岔點(diǎn)，此傳統(tǒng)方法利用PV 曲線也是搜索不到鞍節(jié)分岔點(diǎn)。

結(jié)語(yǔ)

文中對(duì)PV 曲線的描述和分析，它具有準(zhǔn)確的描述系統(tǒng)和運(yùn)行狀態(tài)的擴(kuò)展潮流模型，能夠直接對(duì)定子電流進(jìn)行約束，使其計(jì)算量減小，并能夠完整的描述PV曲線，同時(shí)在連續(xù)潮流能夠簡(jiǎn)便準(zhǔn)確的確定PV 曲線上的極限誘導(dǎo)分岔點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)操作人員有極大的幫助。

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