基于BPA的電網解環后輸電能力研究

(廣西大學電氣工程學院，廣西 柳州 545002)

0 引言

在電力系統中，潮流計算是一種最基本同時也最重要的電氣計算，是電力系統運行中的一個關鍵性指標，想要對電壓穩定性進行深入分析，必須完全了解電力系統的潮流分布，配合切實可行的措施和方法，遏制電壓穩定事故的發生。最近幾年，電壓穩定事故的頻繁發生，使得學術界對其重視程度不斷提高，以BPA為基本工具，可以就電網的潮流分布狀況進行全面細致分析，監控電網的運行情況。

1 BPA概述

BPA是一種泛用型電力系統分析軟件，最初是由美國邦納維爾電力局開發的潮流與暫態穩定程序，今天則多指PSD-BPA程序，即中國版本的BPA，其大致內涵，是電科院電力系統在吸收消化美國BPA的基礎上，制作出的富有中國特色的BPA，屬于PSD系列軟件的一個模塊，負責潮流和穩態計算。經過較長時間的發展，PSD-BPA已經形成了以PSD電力系統軟件包命名的一種大型商用電力系統分析軟件，有著豐富的功能，如電力系統穩態、電磁穩態、中長期動態、電壓穩定計算以及短路電流計算等。

2 基于BPA的電網解環后輸電能力研究

2.1 電網解環方案

以某省級電網為例，對其電網解環方案進行分析，可以分為2種，一是斷開現有的部分線路，將220 V電網分為江南和江北兩個片區，強化部分區域的受電通道，提升電力系統運行的可靠性和穩定性；二是斷開現有部分線路，對線路進行適當調整，將其推向電磁環網解環以及分層分區的發展方向。

2.2 電量平衡對比

電力電量平衡指標能夠對電力系統和分區的發電用電平衡關系進行反映，可以借助區域內電力系統負荷及處理情況是否平衡的比較實現。方案一中，將省電網分成了2個組成部分，對比系統出力和區域負荷，發現實際出力具備一定裕度，系統運行穩定，一定范圍內的負荷增長可以承受；方案二中，電網被分成了3個區域，北區和南區的系統出力超過負荷，中區則存在出力不足的問題，從電力系統整體角度分析，系統實際出力超過區域負荷，在運行中留有一定裕度，即便負荷有所增長，只要增長幅度不超過相應標準，就依然可以保持穩定運行。經過分區電力電量平衡對比分析，發現方案一較方案二更加優越，因此后續僅對方案一進行分析和討論。

2.3 輸電能力分析

為了對電網解環后的輸電能力進行分析，BPA系統采用了4次PQ分解法，再配合牛頓-拉夫遜法，制定迭代次數20，迭代次數為6，最終的潮流計算結果收斂。方案一中，解環后系統220 kV及以上節點共有11個出現了電壓超限問題，其中包含了3個500 kV節點。對照相關數據信息，在夏季，電網節點電壓水平較低，而對比解環前，部分電壓節點的電壓水平有所下降，電壓超限狀況有所好轉，將上述11個節點進行排序，以此為i=1，2，…，11。同時，在夏季高峰運行工況下，依照40度的標準對線路額定電流進行整理，一共存在203條線路，線路平均負載率為40.24%，超過80%負載率的線路有6條，超過100%負載率的線路則有4條。對比解環前后的線路負載率數據，可以明確幾點：①解環后，線路平均負載率為40.24%，較原本的39.91%有所上升。②負債率超過80%的線路沒有出現變化。③解環對電力系統線路運行情況的影響集中在解環點周邊的線路，影響相對較大。

N-1校驗同樣是電網解環后輸電能力分析的一個重要內容，具體來講，需要首先做好單一元件故障狀況的分析。對照相關數據信息，在出現過載問題的線路中，部分線路過載現象較為頻繁，最多達到10次，也有部分線路僅出現1～2次過載現象，就夏季高峰運行方式下N-1開斷結果信息進行分析，有65條線路因為N-1開斷出現了過負荷現象，其中以斷開合橋4 846線路為例，其會引發4 845線路的嚴重過載，過載率達到72.5%。相鄰線路或者雙回線在開斷時，會引發其他線路過載30%～50%，而對過載線路的相關數據進行觀察，可以明確，N-1情況下，系統失去某條線路時，很容易引發其他線路的過載問題。電力系統在N-1情況下，線路過載問題頻繁發生，因某條線路開斷引發其他線路過載的問題比較嚴重，會導致事故隱患的增大。另外，應該關注平行元件同時掉閘情況(N-2檢驗)，考慮數據和運行環境的差異性，同樣依照夏季高峰和冬季高峰運行方式來對系統失去雙回220 kV線路的過載情況進行分析。夏季高峰運行方式下，N-2分析結果表明，出現過載現象的線路數量有392條，負載率超過100%的線路有232條，超過120%的線路有38條，明顯高于冬季高峰運行方式，而因為過載線路負載率較高，超過額定電流100%的情況較多，部分線路的負載率甚至達到了246.4%。

2.4 電壓穩定性分析

一是基于有裕度指標的電壓安全穩定性分析。選擇某個220 kV節點，將節點帶所有的110 kV和10 kV負荷依照等功率因數增加至臨界狀態，對220 kV母線節點的電壓變化情況進行計算。有功裕度指標Kp能夠將各個節點承受負荷擾動的能力以及繼續承受負荷增長的能力反映出來，也能夠從側面反映節點的帶負荷情況。結合計算分析情況進行研究，當系統負荷增加到一定極限值時，安慶、高河等承受負荷擾動能力較差的母線很容易出現電壓不穩定的問題。二是基于無功裕度指標的電壓安全穩定性分析。同樣選擇某220 kV母線節點，對節點電壓進行擾動，直至達到臨界，通過對節點無功出力情況的監測，得到其無功裕度指標Kv值以及相應的V-Q曲線。無功裕度指標代表了各個節點對于電壓擾動的承受能力，以及電壓下降時節點無功對于電壓的支撐能力，對于部分Kv值薄弱的節點區域，因為不具備構成區域形成的條件，并沒有能夠在薄弱區域圖中體現出來，不過即便如此，也應該利用薄弱節點符號進行標注。

3 結語

電力系統常規潮流計算是對電壓系統穩態運行情況進行研究的基本電力計算，以此為基礎，電力技術人員可以對其他一系列系統的運行情況進行分析。對于潮流計算算法的研究由來已久，不過伴隨著電力系統的發展和進步，各種新情況層出不窮，潮流計算算法需要在現有的基礎上進行更加深入的研究，對一些新出現的問題進行考慮，借助BPA軟件，對電網解環后的輸電能力進行分析，找出網架結構的薄弱環節，采取有效措施避免電力系統破壞，提升電力系統網架結構的安全性和穩定性。