基于系統靜態調節特性的故障后潮流計算研究

黃玲

摘要：針對目前電力系統潮流模型運行過程存在的問題，文章從實踐角度出發，分析了電力系統頻率特性與電壓特性，并提出了潮流模型的構建與計算求解方法，其目的是為相關建設者提供一些理論依據。

關鍵詞：系統靜態調節特性；故障后潮流計算；負荷靜特性

引言：

故障后潮流模型的構建，應在常規潮流計算基礎上，結合發電機與負荷頻率電壓的調節特性，來進行設計控制目標實現。與常規潮流模型不同，未設置平衡節點，僅選擇任一節點作為相角進行參考，能夠為電力系統穩定運行提供更趨準確的計算模型基礎目標。故，研究人員應將該模型更多地作用于電力系統的運行安全控制，以滿足現代化經濟建設背景下對電力系統運行提出的穩定性需求。

一、電力系統頻率特性與電壓特性分析

研究表明，原動力調速系統對電力系統發電機有功-頻率靜態特性其到了決定性作用。具體來說，就是受系統運行突變的影響，自動調速系統隨著轉速的變化對原動機汽量與進水量進行著調節。此過程，當將原動機運行點通過記錄體現在曲線圖中，并通過連接，就可視其為頻率靜態特性。此外，由于該特性是由自動勵磁裝置系統提供整定功能的，因此，其不僅能使組端的電壓與無功電流分量呈線性靜態關系，還能在故障后根據系統電網的運行情況進行調節，以實現系統運行環境的變化。而電力系統的負荷靜特性，其主要包含頻率特性與電壓特性。此過程，負荷電源特性模型是由節點電壓幅值的二次多項式進行表示。值得注意的是，由于負荷模型為含頻率特性的擴展多項式結構，因此，能夠極大地擴展其靜特性表征能力[1]。

二、潮流模型構建

在構建基于系統靜態調節特性的故障后潮流模型前，應對常規潮流模型進行分析。即運用牛頓拉夫遜法，來對注入量為節點功率的非線性潮流方程組進行求解。此求解過程涉及的指標參數為：狀態向量；節點電壓相量以及節點導納矩陣元素等[2]。

系統故障后各個發電機共同分擔了功率缺陷，但并未沒有相應的平衡節點與PV節點。為此，相關建設者應考慮到負荷靜態調節特性與發電機靜態調節特性，進行改進使潮流模型成為非線性代數方程組。此過程，仍采用了牛頓拉夫遜法進行計算求解。

對于故障后潮流模型的求解，與常規潮流模型不同，未設置平衡節點，僅選擇任一節點作為相角進行參考。基于對靜態調節特性的考慮，故障后系統潮流模型的計算結果能夠準確反映出其頻率特性，成功為電力系統的運行特性提供完整的描述，實現了為電力系統穩定運行提供更趨準確的計算模型基礎目標。

三、故障后潮流模型的計算求解

研究人員采用Matlab R2015b編程平臺，進行電力系統靜態調節特性的故障潮流計算。此過程，計算人員需對IEEE5節點與IEEE118節點系統進行驗證測試，以提高故障潮流計算的準確性。由于IEEE5節點系統共涉及兩臺機組，因此，潮流模型需將平衡節點設置為4號節點。而IEEE118節點系統共包含54臺機組，故平衡節點與參考節點為69號節點。此外，因研究人員采用的故障后潮流模型設置相同，所以，最大迭代次數與收斂精度應分別設置為50，10-6。對于機組與負荷靜特性系數選擇，機組工頻靜特性系數為25，無功-電壓靜特性為0.08[3]。

而后，系統故障后潮流結果計算人員，應將常規潮流結果與故障后潮流計算結果進行對比，以實現機組功率變化情況與收斂性的分析目標。如表1所示，為IEEE5節點電力系統故障后潮流結果。

從表中可以看出，一旦節點電力系統故障后潮流支路出現了開路，系統結構的運行情況就會產生，類似重新分配潮流的變化。電氣系統的運行控制會在此結構作用階段對網損程度進行影響，且各個機組與頻率間的出力狀態也會發生變化影響。只有電力系統運行故障環境的差異，才能使頻率的變化也出現差異。因此，研究人員從這一問題就看出了負荷與機組的調節特性會對頻率造成什么樣的影響。對于此故障后潮流作用階段，系統的頻率越高，發電機設備的出力大小就越低，進而反映出發電機組與負荷靜態特性的調節功能。對于表1中故障支路2-3斷開后的無法收斂情況，潮流模型計算人員應明確其已經超出了所處電力系統發電機運行的負荷能力，即調節功能失效。

表2所示，為IEEE118節點系統的故障后潮流結果。

從表中所示內容可以看出，電力系統所處的運行環境復雜且電網建設規模較大，反而會降低故障后系統頻率變化的程度。這是頻率靜態調節特性的作用影響，即對故障發生后的變化進行了調節。故，后故障潮流模型計算控制人員，可確定電力系統發電機出現并不固定的值，而是會根據靜態特性的變化改變。此外，由于電力系統網損與不平衡功率不再僅由平衡節點承擔，而是全部的發電機組分擔了一部分網損問題，因此，機組工頻靜特性系數與調節能力也會對系統頻率的作用穩定性帶來影響[4]。

四、結束語：

綜上所述，電力系統在靜態調節特性背景下建立的故障后潮流模型構建與計算，不僅能強化發電機組特性系數與相應的調節能力，還能為系統頻率的穩定性提供保證。為此，電力系統建設人員應將上述分析內容與科研成果運用于運行環境復雜的系統環境，以為安全運行的目標提供有效調節功能。

參考文獻：

[1]林城，袁崢，李桂源，李崇濤，杜正春，楊銀國，易楊.基于系統靜態調節特性的故障后潮流計算[J].智慧電力，2017，45（12）：50-54.

[2]張寧宇，劉建坤，周前，胡昊明，陳哲.考慮無功控制特性的交直流電網雙解耦潮流計算方法[J].電工技術學報，2016，31（S2）：102-109.

[3]孫充勃，李鵬，王成山，吳建中，林盾，邢峰.含多直流環節的混合結構有源配電網潮流計算方法[J].電力系統自動化，2015，39（21）：59-65.

[4]姜舒婷，齊磊，崔翔，安婷，吳亞楠，龍超.含潮流控制器的直流電網潮流計算方法[J].電網技術，2015，39（07）：1793-1799.