基于層次分析法的電力系統等值的區域合理劃分

王世佳

（河海大學能源與電氣學院，江蘇南京,211100）

0 引言

隨著電力系統迅速向上百臺發電機、電動機或者更多發展，為了快速、準確地對大型互聯電網進行分析，動態等值模型日益廣泛地應用于電力系統暫態分析與計算。在動態等值模型確定之后，怎樣判斷一個系統的等值模型是可取的就變得非常重要，等值之后作暫態分析的計算量，與原系統相互比較后的等值精度等都會成為選定一個等值模型的重要因素。因此，如何正確選擇電力系統的分群方案是非常重要的。

層次分析法AHP(The Analytic Hierarchy Process)針對電力系統動態等值所要考慮的各種因素，很好地結合了其等值精度與對計算量的要求，為電力系統動態等值選擇最為合適的分群方案提供了決策方法。

1 動態等值概述

根據不同的狀態，電力系統動態等值方法主要分為3種：同調等值法、模式等值法、在線辨識等值法。同調等值法是我們研究動態等值一般采用的等值方法，它主要對大型電力系統的暫態穩定性進行分析，將搖擺頻率相近的發電機劃分在同一個區域里面，以此來劃分系統的研究系統與外部系統。將轉子搖擺曲線相似的發電機聚合成一臺或者兩臺電動機，再基于電動機的機械、電氣動態特性來對整個外部系統內的電動機負荷進行合理的聚合。將同調發電機母線進行合并化簡，同樣將機電特性相似的電動機母線也進行合并化簡。通過網絡化簡，可以將整個系統中大量的負荷節點進行消去，以此來減少整個暫態穩定分析的計算量。最后，對發電機以及電動機作動態聚合，得聚合后等值機的參數。

本文系統發電機的劃分是根據整個發電機組的轉子搖擺曲線同調性來劃分的，將整個發電機組劃分為一臺或兩臺或三臺等值機。外部系統的負荷考慮為含電動機的動態負荷，其采用的等值方法是基于動態相似度與等值緩沖區的動態等值（DSBZE）方法，將電動機組劃分為一臺或兩臺或三臺等值機。綜合發電機與電動機不同的分群組合，在考慮其等值之后的精度與作暫態穩定分析的計算量指標，對不同的分群組合建立合理的評判標準。

2 基于層次分析法等值系統評估指標

2.1 層次分析法簡介

層次分析法（AHP）這種方法的特點是在對復雜的決策問題的本質、影響因素及其內在關系等進行深入分析的基礎上，利用較少的定量信息使決策的思維過程數學化，從而為多目標、多準則或無結構特性的復雜決策問題提供簡便的決策方法。它的分析方法是：將決策的目標、準則和對象分為最高層、中間層和最低層，采用“1-9標度“方法，形成判斷矩陣。然后對判斷矩陣的一致性檢驗，逐層計算，得到方案層對目標層的權重，最終得到解決該問題的最優方案。

2.2 等值系統評估指標

本文針對電力系統動態等值后對模型精度與暫態穩定性分析的計算量的要求提出了五種不同的指標：潮流誤差、可信度、發電機機電距離、電動機機電距離、簡化程度。根據這五項指標，外部系統的分群組合大致可分為：發電機分1群電動機分1群，發電機分1群電動機分2群，發電機分2群電動機分1群，發電機分2群電動機分2群，發電機分2群電動機分3群，發電機分3群電動機分2群。根據層次分析法，利用上節所述的五個指標進行綜合評判，其流程圖如圖1所示

圖1 等值模型選擇流程圖Fig.1 Procedure of equivalent model choice

潮流誤差是指系統等值之后外部系統與研究系統之間的邊界聯絡線的潮流功率絕對值之和與原系統的（聯絡線）潮流功率之差的絕對值；可信度指的是系統等值前后研究系統內部及研究系統與外部系統之間動態影響的變化；發電機與電動機機電距離指的是系統各機之間機電聯系的強弱；簡化程度是指系統等值前后各機采用三階模型微分方程變化的個數。

3 實例驗證

以New England 10機39節點系統為例，G4，G5，G6，G7這4臺發電機同調性較好，如圖2所示劃分研究系統、外部系統，在負荷節點15,16,20,21,23,24接入6臺電動機。

最終得出該系統的綜合權重：

W=（0.0343,0.1032,0.0844,0.1818,0.3309,0.2642）

一致性比率為0.0102（＜0.1），可按照總排序權向量表示的結果進行決策，由其綜合權重可知，方案5（發電機分2群，電動機分三群）為最優分群方案。

如圖2研究系統的劃分，根據不同的分群方法利用BPA仿真軟件對其做暫態穩定仿真。

圖2 IEEE10機39節點算例系統Fig.2 10-generator and 39-bus test system

在交流線4-14處設置0.1-0.3秒三相接地故障，通過觀察不同的分群方案系統的發電機31節點的轉子功角曲線（圖中GiMj表示發電機與電動機的分群方案）。

圖3 31節點的轉子功角曲線Fig.1 Rotor power angle curve of 31 bus

由BPA動態仿真結果可知，基于層次分析法得出的分群方案5是精度最高的，說明了層次分析法的可行性。

4 結論

本文以層次分析法為基礎，通過電力系統動態等值效果的五個指標，來確定大系統等值區域的合理劃分。在給定的一個系統的前提下，我們無需對該系統等值后的模型一一進行動態仿真，便能分析出最優的等值分群方法。該方法有效、全面，可運用于大型的電力系統進行動態等值分析，具有很強的簡便性。

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