電網(wǎng)潮流變化對電網(wǎng)穩(wěn)定的影響探討

摘要：電網(wǎng)潮流變化簡單說，就是電網(wǎng)中的電功率實時分配、分布、走向情況，就像河網(wǎng)中的水流及其變化情況一樣。但要分析計算卻很復(fù)雜。由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性（電網(wǎng)發(fā)展進程的不同時段、各種運行方式），決定了建模過程的難度。本文針對電網(wǎng)的靜態(tài)頻率性質(zhì)及運行特點、電網(wǎng)潮流與頻率變化的關(guān)系以及電網(wǎng)潮流變化的調(diào)整和控制進行了如下探討。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)；潮流變化；電網(wǎng)穩(wěn)定；影響

前言

為穩(wěn)定電網(wǎng)，有必要對電網(wǎng)潮流變化對電網(wǎng)穩(wěn)定的影響作出研究，進行控制。電網(wǎng)潮流控制包括控制有功和無功兩大類，同時還要考慮潮流變化對系統(tǒng)穩(wěn)定的影響。不考慮電網(wǎng)限制因素，有功控制無非是增減受端用電負(fù)荷、增減受端發(fā)電出力，或者增減送端輸送電力等，因為對某一用電市場而言，任一時刻有功平衡基本是線性的，現(xiàn)代大電網(wǎng)基本不考慮周波超范圍運行，因此有功基本是剛性的，用電、發(fā)電、外購（外送）和損耗總是平衡的。無功控制則相對困難一點，雖然無功平衡總的原則和有功一樣，但無功的增減與電壓及損耗的關(guān)系是非線性的，送端增加的無功到受端接受的無功難以直接估量，理論上無功最好就地平衡這是其一；其二，無功的變化會引起功角改變，而功角又直接關(guān)系到了電網(wǎng)穩(wěn)定。本文就此探討了電網(wǎng)頻率潮流的相關(guān)問題。

1 電網(wǎng)靜態(tài)頻率的性質(zhì)及其運行特點

互聯(lián)電網(wǎng)靜態(tài)頻率的性質(zhì)由系統(tǒng)發(fā)電機靜特性和系統(tǒng)負(fù)荷頻率的靜特性決定。其特性可用公式表示為：

■=-KL■（1）

在公式中，ρ所表示的意思為系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用，將系統(tǒng)開機的總?cè)萘俊⒊隽λ贸龅谋戎担闶瞧湫D(zhuǎn)備用數(shù)值；ΔP所表示的則為系統(tǒng)符合所產(chǎn)生的變化量，將發(fā)電機的出力值與其進行代數(shù)相加，所得的代數(shù)和，便是該變化量。其中發(fā)電機出力增量單純?nèi)≌担?fù)荷增量單純?nèi)∝?fù)值；KL是系統(tǒng)負(fù)荷中的頻率調(diào)節(jié)系數(shù)；KG指的是系統(tǒng)發(fā)電機內(nèi)的等值頻率調(diào)節(jié)系數(shù)。

倘若系統(tǒng)內(nèi)不存在旋轉(zhuǎn)備用，那么式（1）會有更為簡單的形式。

■=-KL■ （2）

如圖1所示，有種互聯(lián)系統(tǒng)是兩大電網(wǎng)構(gòu)成。分別是A和B大電網(wǎng)。大電網(wǎng)內(nèi)分布著4個小子系統(tǒng)。每一個子系統(tǒng)的負(fù)荷水平、聯(lián)系方式以及聯(lián)絡(luò)線交換功率（單位為MW）都表現(xiàn)在圖中。A、B兩大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)之后，達(dá)到了40000MW的總負(fù)荷水平。這種互聯(lián)系統(tǒng)，可根據(jù)公式（1)、（2），考慮系統(tǒng)中的3%旋轉(zhuǎn)備用、1%旋轉(zhuǎn)備用、無旋轉(zhuǎn)備用3種情況，得出表1的靜態(tài)頻率特性值。其中，KL=2。計算得出，系統(tǒng)只存在1%旋轉(zhuǎn)備用，（ρKG＋KL）＝4．3，當(dāng)系統(tǒng)有3％旋轉(zhuǎn)備用時，（ρKG＋KL）＝8．4。

圖1 某互聯(lián)大系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

觀察表中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，互聯(lián)大系統(tǒng)有著較大的負(fù)荷基數(shù)和負(fù)荷變化量。頻率偏移較小。系統(tǒng)存在旋轉(zhuǎn)備用，負(fù)荷變化引起的頻率偏移將會更小。從這個意義上說，互聯(lián)系統(tǒng)變大，其運行頻率相對來說則會比較平穩(wěn)。

表1 某種互聯(lián)系統(tǒng)的靜態(tài)頻率特性表

2 電網(wǎng)潮流和頻率變化之間的聯(lián)系

新頻率中，構(gòu)建新平衡狀態(tài)，需要系統(tǒng)負(fù)荷以及出力。大系統(tǒng)中的負(fù)荷變化集中在局部系統(tǒng)之中。有的頻率變化也出現(xiàn)在系統(tǒng)范圍中。雖然一個負(fù)荷點有變化，也會有頻率偏移。這種偏移無論有多小，也會改變負(fù)荷的狀態(tài)。這就是負(fù)荷頻率效應(yīng)。正因為系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)荷微量變化和局部系統(tǒng)負(fù)荷相同，新頻率中，系統(tǒng)能夠找到出力、負(fù)荷平衡。該平衡因為負(fù)荷作用的影響。劃分該種負(fù)荷，電網(wǎng)潮流會出現(xiàn)較大的變化。區(qū)域聯(lián)絡(luò)潮流的變化最大，因為它有著多個領(lǐng)域的負(fù)荷頻率效應(yīng)。在負(fù)荷頻率效應(yīng)中，潮流變化也屬于其一部分，與負(fù)荷水平相關(guān)。區(qū)域聯(lián)絡(luò)線周邊的負(fù)荷值決定潮流變化值。

子系統(tǒng)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)備用，會出現(xiàn)負(fù)荷變化，負(fù)荷轉(zhuǎn)移會變得更加復(fù)雜化。這是因為當(dāng)任意子系統(tǒng)具有旋轉(zhuǎn)備用，都會影響到系統(tǒng)的頻率轉(zhuǎn)移。參照公式（1），旋轉(zhuǎn)備用以ρKG控制頻率效應(yīng)。ρKG大，旋轉(zhuǎn)備用多，會出現(xiàn)更大的頻率負(fù)荷效應(yīng)。并且，它比無旋轉(zhuǎn)備用要大很多。而在此時，子系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生負(fù)荷變化，區(qū)域內(nèi)將會出現(xiàn)很多的待轉(zhuǎn)移頻率效應(yīng)負(fù)荷。同時，區(qū)域聯(lián)網(wǎng)線會流過更多大負(fù)荷。本區(qū)域內(nèi)有較多頻率效應(yīng)負(fù)荷減少區(qū)域負(fù)荷引起的功率缺額。外系統(tǒng)所流的負(fù)荷會比較小，連接本區(qū)域聯(lián)網(wǎng)負(fù)荷有小變動。系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用分布不齊，變化的系統(tǒng)負(fù)荷會讓聯(lián)網(wǎng)線潮流有著更為復(fù)雜和大的變化。

互聯(lián)網(wǎng)潮流變化，因為自身的幅度和頻率大，目前還沒有很好的調(diào)控手段進行控制。只可以順之變化。總而言之，聯(lián)網(wǎng)線為了保證電流穩(wěn)定，需有較強輸電能力。用集散化的聯(lián)網(wǎng)樞紐，滿足潮流變化。避免受到系統(tǒng)運行影響，需使用直流輸電。互聯(lián)電網(wǎng)間的彼此影響進行隔離。通過前面的分析得知，圖1中，兩大互聯(lián)電網(wǎng)內(nèi)的聯(lián)絡(luò)線潮流，達(dá)到了100MW到600MW的變化。而在現(xiàn)階段，只有500kV的交流線路才擁有這樣的送電能力。

3 調(diào)整和控制電網(wǎng)潮流變化

通過之前的探討發(fā)現(xiàn)，只要在互聯(lián)電網(wǎng)內(nèi)，有一個子系統(tǒng)出現(xiàn)增減性出力，就會讓聯(lián)絡(luò)線潮流出現(xiàn)變動。子系統(tǒng)增減或者用力，整個系統(tǒng)會出現(xiàn)頻率的轉(zhuǎn)移。這種頻率的轉(zhuǎn)移會使得整個系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生頻率效應(yīng)。電網(wǎng)是聯(lián)網(wǎng)線相鄰的，出力一加一減，如果加、減幅度一致，那么整個系統(tǒng)便沒有出力變化，也沒有頻率偏移。如此一來，就沒有負(fù)荷頻率效應(yīng)和聯(lián)絡(luò)潮流的變化。兩個子系統(tǒng)出力調(diào)整時，潮流變化才會發(fā)生。而一加一減的協(xié)調(diào)方法，是無頻移調(diào)整法。此調(diào)整法是，潮流聯(lián)絡(luò)線周邊電網(wǎng)出力增減。那么聯(lián)絡(luò)預(yù)計增減和它的增減幅度會一致。用該調(diào)整方法改變聯(lián)網(wǎng)線潮流，只能改變調(diào)整兩網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線潮流。

4 結(jié)束語

等到電網(wǎng)互聯(lián)之后，系統(tǒng)的運行頻率會更加穩(wěn)定。負(fù)荷波動出現(xiàn)的頻率變化較小。在這個方面，存在兩個主要的問題，一是多個負(fù)荷變化構(gòu)成整體的頻率變化；二是頻率變化小，聯(lián)網(wǎng)潮流會不會發(fā)生很大的變化。相比較而言，大電網(wǎng)內(nèi)會有更大的潮流變化。

本文所探討的潮流調(diào)整法，具有無頻移的性質(zhì)，特別適合于對互聯(lián)網(wǎng)線潮流的調(diào)整。系統(tǒng)中波動的負(fù)荷，引起整個聯(lián)網(wǎng)潮流發(fā)生改變，在理論方面可采取該方法進行調(diào)整和平抑。但是，現(xiàn)階段的系統(tǒng)調(diào)控技術(shù)，要達(dá)到這樣的程度，是較為困難的。

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