電力系統(tǒng)中負負荷等值對暫態(tài)穩(wěn)定仿真的影響

鄭曉雨，鄭靜媛，萬 雄，武 力，周才期

（1.國家電力調(diào)度控制中心，北京 100031；2.北京市電力公司 豐臺供電公司運維檢修中心，北京 100161）

在大型電力系統(tǒng)計算中，往往只針對高電壓等級的網(wǎng)絡(luò)進行分析，而對于低壓受電網(wǎng)，通常采用等值為負荷的方法進行處理［1-9］。但隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的擴大，電網(wǎng)特性越來越復(fù)雜，小型風(fēng)力、光伏、燃氣發(fā)電等分布式電源迅猛發(fā)展，自備電廠也大量出現(xiàn)，傳統(tǒng)仿真中的低壓等值負荷節(jié)點很多時候在滿足當(dāng)?shù)刎摵傻耐瑫r，開始向主網(wǎng)供電，然而在目前的仿真當(dāng)中仍然把這些低電壓等級的節(jié)點等值為負荷節(jié)點來處理［10-12］，只不過此時的負荷節(jié)點消耗的功率為負，即通常所說的負負荷。例如，在河北南網(wǎng)的仿真當(dāng)中就有新蔚站、周村站、南宮站等15個站點被當(dāng)做負負荷來處理。這種處理方法在一定程度上簡化了計算過程，但由此而帶來仿真上的誤差卻很少被人們所關(guān)注。本文以EPRI-36節(jié)點系統(tǒng)為例，對負負荷等值前后系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定計算結(jié)果進行比較。

1 仿真系統(tǒng)

EPRI-36節(jié)點系統(tǒng)等值前結(jié)構(gòu)圖見圖1。系統(tǒng)的骨干網(wǎng)架為500kV和220kV，在220kV的BUS20上搭建了一個110kV的低壓網(wǎng)絡(luò)，如圖1中圓圈所示；110kV網(wǎng)絡(luò)中含有一臺出力400MW的機組和一個193MW的負荷，110kV網(wǎng)絡(luò)通過一臺主變與主網(wǎng)相連，向220kV側(cè)輸送功率為200MW。

為了比較負負荷等值前后系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定特性，將圖1中的低壓網(wǎng)絡(luò)進行等值，等值為一個負負荷，負荷值為-200MW。等值前后系統(tǒng)中重要節(jié)點的電壓和聯(lián)絡(luò)線功率如表1和表2所示。

圖1 EPRI-36節(jié)點系統(tǒng)等值前結(jié)構(gòu)圖

從表1和表2可以看出，等值前后系統(tǒng)的潮流及電壓幾乎完全相同，因此可以認為負負荷等值前后兩個系統(tǒng)在潮流方面是完全等價的。

表1 等值前后系統(tǒng)中各支路功率

2 等值前后系統(tǒng)的暫穩(wěn)結(jié)果比較

隨著風(fēng)電、光伏以及其他分布式電源的發(fā)展，主變倒送功率的現(xiàn)象越來越普遍。通過上面介紹可以看出，將倒送功率的節(jié)點等值為負負荷節(jié)點在潮流計算方面是完全可以的，但等值為負負荷后的系統(tǒng)在暫態(tài)穩(wěn)定分析方面的特性是否也與等值前相同需要進行分析。下面以圖1所示系統(tǒng)為例，比較等值前后系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性能。

表2 等值前后系統(tǒng)中各節(jié)點電壓

所采用的擾動是：1.0s時在線路13（BUS20—BUS22）距BUS20側(cè)20%的地方，A相發(fā)生金屬接地故障，1.1s后故障切除，BUS3—BUS4間的功角、線路8（BUS16—BUS20）上的功率、BUS16的電壓變化如圖3至圖5所示。

圖3 BUS3-BUS4間的功角

圖4 線路8（BUS16-BUS20）上的功率

圖5 BUS16的電壓變化

從圖3至圖5可看出，等值前系統(tǒng)在經(jīng)受擾動后，功角發(fā)生持續(xù)震蕩，電壓也出現(xiàn)持續(xù)波動，而等值后系統(tǒng)在經(jīng)受擾動后很快恢復(fù)穩(wěn)定，出現(xiàn)這種情況的原因是在等值之前。BUS20的110kV側(cè)含有出力為400MW的發(fā)電機，在系統(tǒng)受到擾動后，發(fā)電機已經(jīng)失穩(wěn)了，其功角曲線見圖6。發(fā)電機失穩(wěn)會造成全網(wǎng)功率和電壓波動，按照暫態(tài)穩(wěn)定的判定標準，此系統(tǒng)在當(dāng)前擾動下是暫態(tài)失穩(wěn)的，而等值后的系統(tǒng)因低壓側(cè)電源和負荷被等值成一個負負荷，不具有動態(tài)特性，因此低壓側(cè)發(fā)電機失穩(wěn)的特性就不會被仿真出來，所以等值后系統(tǒng)在同樣地擾動下是暫態(tài)穩(wěn)定的。

圖6 110kV側(cè)發(fā)電機功角

從圖6可以看出，同樣系統(tǒng)在負負荷等值前后，雖然潮流是相同的，但是暫態(tài)穩(wěn)定結(jié)果卻截然相反。

3 結(jié)語

在大電網(wǎng)仿真當(dāng)中將低壓網(wǎng)絡(luò)等值為負負荷主要是基于兩個考慮：一是受計算手段的限制，以往受硬件或者算法限制無法計算由成千上萬節(jié)點組成的系統(tǒng)；二是以往系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單，組成比較單一，等值為負負荷后仿真結(jié)果不會變化很大。但是隨著電網(wǎng)變得越來越復(fù)雜，同時系統(tǒng)分析的手段也越來越先進，PSASP等軟件可以計算上萬節(jié)點的系統(tǒng)，完全可以滿足精細仿真的需要，負負荷的存在已經(jīng)嚴重影響到了仿真的準確度。因此，為了精確把握系統(tǒng)的運行特性，需要將建模延伸到110kV側(cè)甚至10kV側(cè)，只有這樣才能適應(yīng)日益發(fā)展的智能電網(wǎng)的需要。

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