基于系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)節(jié)特性的故障后潮流計算研究

黃玲

摘要：針對目前電力系統(tǒng)潮流模型運行過程存在的問題，文章從實踐角度出發(fā)，分析了電力系統(tǒng)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(jù)。

關鍵詞：系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)節(jié)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(guī)潮流計算基礎上，結合發(fā)電機與負荷頻率電壓的調(diào)節(jié)特性，來進行設計控制目標實現(xiàn)。與常規(guī)潮流模型不同，未設置平衡節(jié)點，僅選擇任一節(jié)點作為相角進行參考，能夠為電力系統(tǒng)穩(wěn)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(tǒng)的運行安全控制，以滿足現(xiàn)代化經(jīng)濟建設背景下對電力系統(tǒng)運行提出的穩(wěn)定性需求。

一、電力系統(tǒng)頻率特性與電壓特性分析

研究表明，原動力調(diào)速系統(tǒng)對電力系統(tǒng)發(fā)電機有功-頻率靜態(tài)特性其到了決定性作用。具體來說，就是受系統(tǒng)運行突變的影響，自動調(diào)速系統(tǒng)隨著轉(zhuǎn)速的變化對原動機汽量與進水量進行著調(diào)節(jié)。此過程，當將原動機運行點通過記錄體現(xiàn)在曲線圖中，并通過連接，就可視其為頻率靜態(tài)特性。此外，由于該特性是由自動勵磁裝置系統(tǒng)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(tài)關系，還能在故障后根據(jù)系統(tǒng)電網(wǎng)的運行情況進行調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)系統(tǒng)運行環(huán)境的變化。而電力系統(tǒng)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(jié)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(tǒng)靜態(tài)調(diào)節(jié)特性的故障后潮流模型前，應對常規(guī)潮流模型進行分析。即運用牛頓拉夫遜法，來對注入量為節(jié)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(shù)為：狀態(tài)向量；節(jié)點電壓相量以及節(jié)點導納矩陣元素等[2]。

系統(tǒng)故障后各個發(fā)電機共同分擔了功率缺陷，但并未沒有相應的平衡節(jié)點與PV節(jié)點。為此，相關建設者應考慮到負荷靜態(tài)調(diào)節(jié)特性與發(fā)電機靜態(tài)調(diào)節(jié)特性，進行改進使潮流模型成為非線性代數(shù)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(guī)潮流模型不同，未設置平衡節(jié)點，僅選擇任一節(jié)點作為相角進行參考?；趯o態(tài)調(diào)節(jié)特性的考慮，故障后系統(tǒng)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(tǒng)的運行特性提供完整的描述，實現(xiàn)了為電力系統(tǒng)穩(wěn)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(tǒng)靜態(tài)調(diào)節(jié)特性的故障潮流計算。此過程，計算人員需對IEEE5節(jié)點與IEEE118節(jié)點系統(tǒng)進行驗證測試，以提高故障潮流計算的準確性。由于IEEE5節(jié)點系統(tǒng)共涉及兩臺機組，因此，潮流模型需將平衡節(jié)點設置為4號節(jié)點。而IEEE118節(jié)點系統(tǒng)共包含54臺機組，故平衡節(jié)點與參考節(jié)點為69號節(jié)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(shù)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(shù)選擇，機組工頻靜特性系數(shù)為25，無功-電壓靜特性為0.08[3]。

而后，系統(tǒng)故障后潮流結果計算人員，應將常規(guī)潮流結果與故障后潮流計算結果進行對比，以實現(xiàn)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(jié)點電力系統(tǒng)故障后潮流結果。

從表中可以看出，一旦節(jié)點電力系統(tǒng)故障后潮流支路出現(xiàn)了開路，系統(tǒng)結構的運行情況就會產(chǎn)生，類似重新分配潮流的變化。電氣系統(tǒng)的運行控制會在此結構作用階段對網(wǎng)損程度進行影響，且各個機組與頻率間的出力狀態(tài)也會發(fā)生變化影響。只有電力系統(tǒng)運行故障環(huán)境的差異，才能使頻率的變化也出現(xiàn)差異。因此，研究人員從這一問題就看出了負荷與機組的調(diào)節(jié)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(tǒng)的頻率越高，發(fā)電機設備的出力大小就越低，進而反映出發(fā)電機組與負荷靜態(tài)特性的調(diào)節(jié)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(jīng)超出了所處電力系統(tǒng)發(fā)電機運行的負荷能力，即調(diào)節(jié)功能失效。

表2所示，為IEEE118節(jié)點系統(tǒng)的故障后潮流結果。

從表中所示內(nèi)容可以看出，電力系統(tǒng)所處的運行環(huán)境復雜且電網(wǎng)建設規(guī)模較大，反而會降低故障后系統(tǒng)頻率變化的程度。這是頻率靜態(tài)調(diào)節(jié)特性的作用影響，即對故障發(fā)生后的變化進行了調(diào)節(jié)。故，后故障潮流模型計算控制人員，可確定電力系統(tǒng)發(fā)電機出現(xiàn)并不固定的值，而是會根據(jù)靜態(tài)特性的變化改變。此外，由于電力系統(tǒng)網(wǎng)損與不平衡功率不再僅由平衡節(jié)點承擔，而是全部的發(fā)電機組分擔了一部分網(wǎng)損問題，因此，機組工頻靜特性系數(shù)與調(diào)節(jié)能力也會對系統(tǒng)頻率的作用穩(wěn)定性帶來影響[4]。

四、結束語：

綜上所述，電力系統(tǒng)在靜態(tài)調(diào)節(jié)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(fā)電機組特性系數(shù)與相應的調(diào)節(jié)能力，還能為系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定性提供保證。為此，電力系統(tǒng)建設人員應將上述分析內(nèi)容與科研成果運用于運行環(huán)境復雜的系統(tǒng)環(huán)境，以為安全運行的目標提供有效調(diào)節(jié)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(tǒng)靜態(tài)調(diào)節(jié)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(wǎng)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(huán)節(jié)的混合結構有源配電網(wǎng)潮流計算方法[J].電力系統(tǒng)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(wǎng)潮流計算方法[J].電網(wǎng)技術，2015，39（07）：1793-1799.