基于P-Q仿真的供電網(wǎng)絡(luò)模型研究

孫宇航　閆凱

（1.國網(wǎng)朝陽供電公司電力調(diào)度控制中心，遼寧 朝陽 122000；2.國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司檢修分公司變電運(yùn)檢中心，內(nèi)蒙古 通遼 028000）

基于P-Q仿真的供電網(wǎng)絡(luò)模型研究

孫宇航1閆凱2

（1.國網(wǎng)朝陽供電公司電力調(diào)度控制中心，遼寧 朝陽 122000；2.國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司檢修分公司變電運(yùn)檢中心，內(nèi)蒙古 通遼 028000）

為提高電力調(diào)度自動化系統(tǒng)的調(diào)度效能，本文在改進(jìn)形牛頓潮流計算方程的基礎(chǔ)上，給出具體供電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模型的實現(xiàn)方法。通過現(xiàn)場線路操縱情況與仿真運(yùn)行實例證明了該整定方案的現(xiàn)實可行性，并對電力調(diào)度自動化系統(tǒng)的同類研究方案具備可移植性。

潮流分析；電網(wǎng)絡(luò)；牛頓法；供電系統(tǒng)；母線；負(fù)荷

電網(wǎng)系統(tǒng)中通常存在電壓偏高致使電容器不能投入等原因造成系統(tǒng)在夏、秋季無功容量能夠滿足系統(tǒng)要求，而在春、冬季，在有功負(fù)荷增長的情況下，無功補(bǔ)償度不能滿足要求。伴隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，電力調(diào)度自動化系統(tǒng)不再是一個單一、封閉的系統(tǒng)，它與站所綜合自動化系統(tǒng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，可提高整體調(diào)度效能。

1　潮流計算方法及數(shù)學(xué)模型

對于潮流計算方法的牛頓法可具體分為分功率偏差型算法和電流偏差型算法兩種，下面分別作以介紹。

1.1功率偏差型算法

在極坐標(biāo)系下，令Ui=Uiejδ1，每個PQ節(jié)點(diǎn)及PV節(jié)點(diǎn)，有：

對每個PQ節(jié)點(diǎn)，有：

1.2電流偏差型算法

修正方程式由復(fù)電流偏差量構(gòu)成，以直角坐標(biāo)形式表示。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中只有PQ節(jié)點(diǎn)和所有節(jié)點(diǎn)都為零注入的情況下，方程式為：

式中：ΔIr、ΔIm分別代表節(jié)點(diǎn)i電流偏差的實部和虛部。

牛頓法是自發(fā)展代以來應(yīng)用比較廣泛的方法。各種形式牛頓法的共同優(yōu)點(diǎn)是：（1）收斂速度快，具有平方收斂特性，其迭代次數(shù)與系統(tǒng)規(guī)?；緹o關(guān)；（2）能求解大部分有病態(tài)條件的問題［1-2］；（3）利用了保持稀疏性技術(shù)，所需內(nèi)存適中。

雖然牛頓法有突出優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛，但也具有以下缺點(diǎn)：（1）編程復(fù)雜；（2）需要良好初值（可由高斯—塞德爾法給出），否則不收斂或收斂到無法運(yùn)行的解上；（3）對重病態(tài)條件可能不收斂；（4）計算量大。

2　改進(jìn)形牛頓法

為了改進(jìn)牛頓法在內(nèi)存占用量及計算速度方面的不足，本文提出快速解耦的P-Q分解法；同時為改進(jìn)牛頓法在處理病態(tài)條件時的缺陷，提高算法的收斂性能，采用保留非線性潮流算法，將泰勒級數(shù)的高階項也考慮進(jìn)來，效果較好［3］。

快速解耦法是在牛頓—拉夫遜法的基礎(chǔ)上將有功功率P和無功功率Q分開交替迭代的潮流計算方法，它密切結(jié)合電力系統(tǒng)的固有特點(diǎn)，是對牛頓法改進(jìn)后得到的一種方法。其原理是根據(jù)系統(tǒng)有功主要決定于電壓相角的變化，而無功主要決定于電壓模值的變化這一特點(diǎn)，并做如下兩種簡化：

（1）電力網(wǎng)絡(luò)中各元件的電抗一般遠(yuǎn)大于電阻，以致各節(jié)點(diǎn)電壓相位角的改變主要影響各元件中的有功功率潮流從而影響各節(jié)點(diǎn)的注入有功功率；各節(jié)點(diǎn)電壓大小的改變主要影響各元件中的無功功率潮流從而影響各節(jié)點(diǎn)的注入無功功率；可將子陣略去，而將修正方程式簡化為

（2）基于對狀態(tài)變量δi的約束條件即不宜過大，計及這一條件，再計及Gij≤Bij，可以認(rèn)為：cosδij≈1；Gijsinδij≤Bij

從而可以將上述方程簡化為：

這就是快速解耦法的修正方程［4］。與牛頓-拉夫遜法相比，P-Q分解法的修正方程式有如下特點(diǎn)：

圖2　3、4節(jié)點(diǎn)斷開時系統(tǒng)仿真圖

3　仿真研究

3.1節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)

以五節(jié)點(diǎn)的供電系統(tǒng)為例，母線電壓為138kV，雙發(fā)電機(jī)網(wǎng)絡(luò)供電，三個輸出負(fù)荷，七條線路。網(wǎng)絡(luò)接線如圖1所示。

圖1　五節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接線圖

3.2仿真分析

通過仿真結(jié)果，可以對線路進(jìn)行改造達(dá)到優(yōu)化線路的目的。例如，通過改變線路中的功率損耗情況，線路的投切等將會對整個系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，可以通過圖形觀察得到。

3.2.1斷開單條線路時

通過仿真圖形可以看出，當(dāng)母線3、4之間的輸電線路斷開時，對線路不會造成影響，系統(tǒng)還是可以正常運(yùn)行，如圖2所示。

當(dāng)母線1、3之間的輸電線路斷開時，對線路產(chǎn)生的影響就很大了。如圖3，通過圖形可以看到：母線1、2；2、3；2、4之間的線路都發(fā)生了變化，餅形圖變成了淺灰色和重灰色，表示這條線路傳輸?shù)墓β侍罅嘶蛘叱?fù)荷了，這條線路就存在著危險［8-9］。所以要想對母線1、3之間的線路進(jìn)行維修或改造時，就要特別注意，或者設(shè)置一條備用線路以供維修時使用。

3.2.2斷開一條母線時

對線路進(jìn)行改造，如果想把母線3去掉，則其所連的所有線路都將斷開，仿真結(jié)果如圖4所示，對線路沒有產(chǎn)生影響，整個系統(tǒng)還是可以正常運(yùn)行。

圖3　1、3節(jié)點(diǎn)斷開時系統(tǒng)仿真圖

圖4　母線3斷開時系統(tǒng)仿真圖

3.3結(jié)果分析

通過仿真結(jié)果，可以很清楚直觀地看出，在進(jìn)行線路改造時，可以斷開母線3、4節(jié)點(diǎn)間的線路，也可以直接斷開母線3，但是千萬不能斷開母線1、3之間的線路，否則就會產(chǎn)生危險，整個系統(tǒng)也會不安全，將不能穩(wěn)定運(yùn)行，或者造成事故［10］。

4　結(jié)語

根據(jù)本文分析實例，調(diào)度員可以通過查看組態(tài)軟件的仿真圖像來判斷變電站的當(dāng)前運(yùn)行情況，并且進(jìn)行電力系統(tǒng)的有效調(diào)度。此種方法準(zhǔn)確、快捷，提高了系統(tǒng)操作的整體安全性。對電力調(diào)度自動化系統(tǒng)的研究具有參考價值和借鑒意義。

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Study of Power Supplying Network Model based on P-Q Simulation

Sun Yuhang1Yan Kai2
（1.Power Dispatching Control Center，Sate Grid Chaoyang Power Supply Co.Ltd，Chaoyang Liaoning 122000；2.Maintenance Branch Substation Inspection Centre，Sate Grid Eastern Inner Mongolia Power Co.Ltd.Tongliao Inner Mongolia028000）

To improve the scheduling effectivenessof electric power dispatching automation system，in this paper，based on the improved form of Newton flow calculation equation，it gives the specific implementation method of the operationalmodel for power supply network.Operational process manipulation of field line andsimulation prac?ticehaveproved the feasibility of the wholescheme，as well as portability for the research of similar power dispatch?ing automation system.

Power flow analysis；Electric network；Newton's method；Power supply system；Busbar；load

TM73

A

1003-5168（2015）05-0122-3

2015-4-12

孫宇航（1981.10-），男，本科，中級工程師，研究方向：電力調(diào)度自動化與控制管理。