基于電力系統常見潮流與可靠性計算分析討論

馮艷 萬淑娟 秦小安

摘 要：我國電力系統已具有現代電力系統的基本特征。大電網的特征在提升了我國電網運行時的經濟性和可靠性的同時也降低了系統的穩定性。互聯電網可以顯著提高電力系統運行的經濟性，但互聯電網在遇到切機等大擾動情況下自身維持頻率穩定的能力比較弱，存在諸多發生頻率崩潰的可能性。如何提高電力系統的穩定性，進一步優化電力系統潮流分布是目前大部分學者研究的一重要課題。

關鍵詞：電力系統；潮流；分布；蒙特卡羅模擬

中圖分類號：TM744 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）28-0051-02

Abstract： China's power system has the basic characteristics of modern power system. The characteristics of large power grid not only improve the economy and reliability of the power grid， but also reduce the stability of the system. The interconnected power grid can significantly improve the economy of power system operation， but the interconnected power network has weak ability to maintain frequency stability under large disturbances， such as cutting machine， and there are many possibilities of frequency collapse. How to improve the stability of the power system and further optimize the power flow distribution is an important topic for most of the current scholars.

Keywords： power system； power flow； distribution； Monte Carlo simulation

引言

電力是國家的基礎產業與能源支柱，沒有電力就沒有穩定的經濟發展，當今世界，電力產業是幾乎當今一切工業的基石，是我國經濟社會的可持續發展重要支撐保障。如何實現電力負荷穩定的發展，一直是所有國家學者研究的必然課題。在現實實際中，電力負荷網損會隨著電力系統網絡中負荷的不斷增加而非線性的持續增加，尤其是當電力系統網絡負荷持續加重甚至到達電壓崩潰點附近時，由于網損的顯著增加直接給整個系統中帶來了較大的功率不平衡量。在傳統的連續潮流方法，不平衡量的這一部分將完全由平衡節點承擔，這種不合理的分配方式會導致電壓穩定分析結果的精度受到影響。所以對電力系統的潮流研究分析非常重要。

1 含FACTS的電網潮流計算方法

電力系統計算及柔性交流輸電元件的潮流計算通常有兩種情況：一種是根據FACTS元件的功能和運行系統控制目標的需要，通過建立合適的模型，并使用合適的算法來計算電網潮流分布，進而求得柔性交流輸電元件的相關控制參數。當FACTS元件用于直接控制系統運行參數，如線路有功無功功率、節點電壓相位或者幅值，這屬于第一種情況。另一種情況是柔性交流輸電元件的控制參數已經在計算之前給定，通過已知的控制參數就可以算出電網的潮流分布情況，所以控制變量值在整個潮流計算過程中保持不變，而不是和第一種情況一樣作為一個狀態變量。對電力系統運行優化時，通過對FACTS元件控制參數的調整使系統的運行狀態滿足如網損最小等要求，此時FACTS元件用于間接控制非安裝點的系統運行參數，這屬于第二類情況。柔性交流輸電元件作為控制元件的一種，其控制變量值隨系統的運行狀態和控制目標的改變而改變，通常只知道其控制目標，而控制變量值是我們想要求得的，因此本文主要研究的是第一例的潮流計算問題。建立合適的FACTS元件的常規潮流計算模型后，接著就是建立含FACTS元件電力系統的潮流方程組，然后利用現有的比較成熟的求解潮流方程組的算法理論，如牛拉法、快速解偶法以及帶最優乘子的牛頓法等，求出電力系統的潮流分布。不論采用以上提到的哪一種理論算法，計算電力系統的解潮流方程組均是一個復雜的過程，迭代求解是不可避免的。

2 蒙特卡羅模擬法

模擬法不僅可以隨機模擬系統運行的實際方式，不需要對實際問題作過多簡化和假設，而且考慮更加全面，因此更適合用于大型電力系統的可靠性評估。模擬法的計算程序結構簡單，只需要對N次獨立的試驗結果進行統計和計算即可完成，故此模擬法又稱為統計試驗法[3]。

3 負荷勢能評價指標的建立

將上式兩端以頻率穩定時刻為參考點對時間求積分，可建立全系統暫態能量函數系統的總能量由動能和勢能組成，其中動能為系統中發電機的動能之和，勢能分布于系統增廣網絡的負荷支路中。

4 可靠性指標計算流程

對于采用單獨蒙特卡羅模擬算法進行的系統可靠性評估。其中最為耗時的是狀態選擇部分，最為核心的是狀態分析部分，最后可靠性指標的計算將評估結果以一定的指標體現出來。現將狀態分析及可靠性指標計算簡要介紹如下：

4.1 直流潮流計算

通過判斷系統是否解列來判斷是否產生子系統，然后對每個子系統進行潮流計算。在計算故障潮流后，便可以進行節點電壓和線路容量約束的判斷，并選擇合理的負荷削減方式，進而形成可靠性指標。發輸電系統可靠性計算一般采用交流潮流法或直流潮流法，但是潮流分析法特別是交流潮流分析法對于大型系統會出現“維數災”問題。目前對直流潮流法研究較多，該方法具有計算速度較快，但仍存在不能考慮系統電壓和無功功率的影響的缺陷。不過基于模擬法的可靠性評估一般仍選擇直流潮流算法。

5 結束語

本文針對目前電力系統的方案整定方法所存在的不足，從電力系統的穩定性計算出發，將遭受擾動后的暫態能量分解到網絡中的支路和負荷之中，使得網絡中蘊涵了與系統頻率穩定相關的信息。在分析了擾動后負荷能量分布特點的基礎之上，利用計算方法驗證了利用負荷能量評價系統頻率的有效性。

參考文獻：

[1]李春艷，孫元章，陳向宜，等.西歐“11.4”大停電事故的初步分析及防止我國大面積停電事故的措施[J].電網技術，2006，30（24）：16-20.

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[3]葛睿，董昱，呂躍春.歐洲“11.4”大停電事故分析及對我國電網運行工作的啟示[J].電網技術，2007，31（3）：1-6.

[4]張瑞琪，閔勇，侯凱元.電力系統切機/切負荷緊急控制方案的研究[J].電力系統自動化，2003，27（18）：6-12.