綜合負(fù)荷動靜比例對電網(wǎng)傳輸功率的影響探究

方黎明

(國網(wǎng)安徽桐城市供電有限責(zé)任公司,安徽桐城 231400)

綜合負(fù)荷動靜比例對電網(wǎng)傳輸功率的影響探究

方黎明

(國網(wǎng)安徽桐城市供電有限責(zé)任公司,安徽桐城 231400)

對于電力系統(tǒng)中進(jìn)行定量計(jì)算,負(fù)荷模型是非常重要的。同時,電力系統(tǒng)的仿真計(jì)算過程中,對于電網(wǎng)暫態(tài)極限的影響而言,綜合負(fù)荷動態(tài)以及靜態(tài)的比例具有很重要的關(guān)系。基于電網(wǎng)的實(shí)際特征以及電網(wǎng)的結(jié)構(gòu),對綜合負(fù)荷模型不同感應(yīng)電動機(jī)比例對某店面斷面功率傳輸極限的影響進(jìn)行了深入研究。分析了靜態(tài)負(fù)荷模型以及感應(yīng)電動機(jī)負(fù)荷模型;深入探討了輸電極限受不同感應(yīng)電動機(jī)比例的影響,最后給出了電網(wǎng)運(yùn)行的建議。

綜合負(fù)荷模型 動靜態(tài)比例 暫態(tài)極限

當(dāng)前,我國正在大力推進(jìn)電網(wǎng)全國性互聯(lián),使得電網(wǎng)的規(guī)模日益增加,同時增加了復(fù)雜的程度。因此,電網(wǎng)中存在著突出電網(wǎng)的動態(tài)穩(wěn)定性以及電壓穩(wěn)定性的問題,對于電力系統(tǒng)的定量計(jì)算而言,負(fù)荷模型具有非常重要的作用。對基于實(shí)際電網(wǎng)的負(fù)荷模型進(jìn)行深入的研究與探討,能夠使得電網(wǎng)仿真計(jì)算的精度得到提高,使得電網(wǎng)穩(wěn)定的水平得到改進(jìn),從而使得電網(wǎng)輸電的能力不斷提高。

1 電網(wǎng)仿真綜合負(fù)荷模型

目前我國電網(wǎng)調(diào)度對于電力系統(tǒng)的仿真計(jì)算,通常使用的是負(fù)荷模型。負(fù)荷模型通常采用的是靜態(tài)負(fù)荷模型以及具有感應(yīng)電動機(jī)動態(tài)負(fù)荷模型。圖1表示綜合負(fù)荷系統(tǒng)構(gòu)成。其中,負(fù)荷母線電壓是u, u= ux+ juy；綜合負(fù)荷吸收電網(wǎng)電流為i；s表示綜合負(fù)荷系統(tǒng)在電網(wǎng)中吸收的功率；綜合負(fù)荷靜態(tài)等值導(dǎo)納用Y表示。

1.1 靜態(tài)負(fù)荷模型

綜合負(fù)荷靜態(tài)模型對負(fù)荷不進(jìn)行計(jì)算的動態(tài)過程內(nèi),通過方程進(jìn)行描述。通常情況下,對于電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過程內(nèi),電網(wǎng)變化頻率比較小,所以一般在進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算的過程中只是對于負(fù)荷功率隨著電壓變化的特征進(jìn)行考慮。對于靜態(tài)負(fù)荷模型其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下:

其中,實(shí)際電壓用U表示；基準(zhǔn)電壓用U0表示；端電壓等于實(shí)際電壓U時,負(fù)荷吸收功率用P,Q表示；端電壓等于基準(zhǔn)電壓U0時,負(fù)荷吸收功率用P0,Q0表示；各類負(fù)荷占比例用系數(shù)a,b,c表示。

1.2 感應(yīng)電動機(jī)負(fù)荷模型

動態(tài)負(fù)荷與靜態(tài)負(fù)荷并聯(lián)構(gòu)成了綜合負(fù)荷,其中恒定導(dǎo)納等值表示靜態(tài)部分,感應(yīng)電動機(jī)等值表示動態(tài)部分。模型中輸入變量是負(fù)荷電壓,輸出變量是功率或者綜合負(fù)荷。負(fù)荷電壓是系統(tǒng)的激勵,而功率或者綜合負(fù)荷是系統(tǒng)的響應(yīng)。針對綜合負(fù)荷ixtapa建立感應(yīng)電動機(jī)動態(tài)方程如下:

圖1 綜合負(fù)荷系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

2 輸電極限受不同感應(yīng)電動機(jī)比例的影響分析

和電力系統(tǒng)的其他定量計(jì)算相比,電壓的穩(wěn)定計(jì)算更加依賴于負(fù)荷模型。事實(shí)上,對于電壓穩(wěn)定影響因素以及仿真模型的過程中,首先要對負(fù)荷模型以及負(fù)荷特性進(jìn)行選擇。這是由于電壓的失穩(wěn)過程中,最關(guān)鍵的因素就是電壓。基于負(fù)荷功率隨著電壓功率的變化對于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子過剩轉(zhuǎn)矩表現(xiàn)出負(fù)荷模型輸電極限的影響。換句話說,因?yàn)樵谪?fù)荷消耗的功率因?yàn)殡妷旱淖兓兓?從而使得發(fā)動機(jī)輸入與輸出的功率不平衡受到了影響,也就是使得功角偏移受到了影響。

進(jìn)行某電網(wǎng)負(fù)荷模型的仿真模擬計(jì)算,感應(yīng)電動機(jī)比例從65%降低到50%。當(dāng)把XX電網(wǎng)負(fù)荷模型改變成恒阻抗和恒功率靜態(tài)負(fù)荷模型時,極大的提高了系統(tǒng)穩(wěn)定極限。如果將恒阻抗比例控制到25%的時候,電網(wǎng)端面輸電極限大約是3600MW,相當(dāng)于使用50%感應(yīng)電動機(jī)綜合負(fù)荷模型輸電極值。當(dāng)電網(wǎng)中某機(jī)組關(guān)閉,利用地區(qū)負(fù)荷使得輸電斷面極限輸電增加,此時,系統(tǒng)的平衡機(jī)的出力已經(jīng)達(dá)到了上限,因此,進(jìn)行恒阻抗比例更高的靜態(tài)負(fù)荷模型輸電極限的計(jì)算沒有意義。因此,電網(wǎng)控制斷面極限為3680MW,電網(wǎng)的負(fù)荷模型使用40%恒阻抗與60%恒功率靜態(tài)負(fù)荷模型相結(jié)合的方式。

3 分析與建議

第一,當(dāng)降低感應(yīng)電動機(jī)的比例時,能夠顯著提高斷面輸電極限。這是因?yàn)楫?dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,降低了節(jié)點(diǎn)的電壓,從而造成了感應(yīng)電動機(jī)負(fù)荷在系統(tǒng)的電流以及無功功率增加,當(dāng)感應(yīng)電動機(jī)在負(fù)荷模型中的比例越高,那么就會使得電動機(jī)負(fù)荷吸收的無功功率增加,從而使得系統(tǒng)存在無功不足的問題,造成了系統(tǒng)電壓恢復(fù)出現(xiàn)問題,也就使得系統(tǒng)具有不穩(wěn)定性。

第二,當(dāng)?shù)蛪焊袘?yīng)時,增加了電動機(jī)轉(zhuǎn)差率,也就減小了轉(zhuǎn)子等值電阻,增加了定子電流,從而也就增加了電動機(jī)機(jī)端無功的功率,從而造成了由于缺乏無功,系統(tǒng)的電壓持續(xù)變低。但是對于恒阻抗與恒功率靜態(tài)負(fù)荷模型來說,當(dāng)故障發(fā)生時,恒功率進(jìn)行功率的吸收不變,而恒阻抗部分對于功率的吸收,則是隨著電壓的升高而升高,基于此,當(dāng)發(fā)生故障的時候,對于無功的需求靜態(tài)負(fù)荷模型相對于綜合感應(yīng)電動機(jī)模型而言更少,因此,系統(tǒng)的穩(wěn)定性更強(qiáng)。

第三,對于恒阻抗與恒功率靜態(tài)負(fù)荷模型而言,系統(tǒng)隨著阻抗比例的增加而變得更加的穩(wěn)定。這是由于當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障的時候,降低了恒阻抗吸收功率,但是恒功率負(fù)荷的吸收功率卻保持不變,表明該負(fù)荷模型在恒阻抗越大時,其負(fù)荷吸收無功功率則越小,因此,對于靜態(tài)負(fù)荷模型而言,系統(tǒng)隨著阻抗的增加而變得更加穩(wěn)定。

第四,針對綜合負(fù)荷模型而言,不同感應(yīng)電動機(jī)比例變低,那么電壓失穩(wěn)向功角失穩(wěn)轉(zhuǎn)變的能力就會增強(qiáng)。對于綜合負(fù)荷模型而言,當(dāng)進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算時能夠?qū)?shí)際的情況進(jìn)行更加準(zhǔn)確的反應(yīng)。基于此,由于綜合負(fù)荷模型對于感應(yīng)電動機(jī)比例更能影響斷面輸電的極限,所以,通過對負(fù)荷模型的研究,使得電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行下的感應(yīng)電動機(jī)比例得到優(yōu)化。

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