基于電力系統(tǒng)常見潮流與可靠性計(jì)算分析討論

馮艷 萬淑娟 秦小安

摘 要：我國電力系統(tǒng)已具有現(xiàn)代電力系統(tǒng)的基本特征。大電網(wǎng)的特征在提升了我國電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性的同時(shí)也降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性?；ヂ?lián)電網(wǎng)可以顯著提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，但互聯(lián)電網(wǎng)在遇到切機(jī)等大擾動情況下自身維持頻率穩(wěn)定的能力比較弱，存在諸多發(fā)生頻率崩潰的可能性。如何提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，進(jìn)一步優(yōu)化電力系統(tǒng)潮流分布是目前大部分學(xué)者研究的一重要課題。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；潮流；分布；蒙特卡羅模擬

中圖分類號：TM744 文獻(xiàn)標(biāo)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(chǔ)產(chǎn)業(yè)與能源支柱，沒有電力就沒有穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，當(dāng)今世界，電力產(chǎn)業(yè)是幾乎當(dāng)今一切工業(yè)的基石，是我國經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展重要支撐保障。如何實(shí)現(xiàn)電力負(fù)荷穩(wěn)定的發(fā)展，一直是所有國家學(xué)者研究的必然課題。在現(xiàn)實(shí)實(shí)際中，電力負(fù)荷網(wǎng)損會隨著電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中負(fù)荷的不斷增加而非線性的持續(xù)增加，尤其是當(dāng)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷持續(xù)加重甚至到達(dá)電壓崩潰點(diǎn)附近時(shí)，由于網(wǎng)損的顯著增加直接給整個系統(tǒng)中帶來了較大的功率不平衡量。在傳統(tǒng)的連續(xù)潮流方法，不平衡量的這一部分將完全由平衡節(jié)點(diǎn)承擔(dān)，這種不合理的分配方式會導(dǎo)致電壓穩(wěn)定分析結(jié)果的精度受到影響。所以對電力系統(tǒng)的潮流研究分析非常重要。

1 含F(xiàn)ACTS的電網(wǎng)潮流計(jì)算方法

電力系統(tǒng)計(jì)算及柔性交流輸電元件的潮流計(jì)算通常有兩種情況：一種是根據(jù)FACTS元件的功能和運(yùn)行系統(tǒng)控制目標(biāo)的需要，通過建立合適的模型，并使用合適的算法來計(jì)算電網(wǎng)潮流分布，進(jìn)而求得柔性交流輸電元件的相關(guān)控制參數(shù)。當(dāng)FACTS元件用于直接控制系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，如線路有功無功功率、節(jié)點(diǎn)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(shù)已經(jīng)在計(jì)算之前給定，通過已知的控制參數(shù)就可以算出電網(wǎng)的潮流分布情況，所以控制變量值在整個潮流計(jì)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(tài)變量。對電力系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化時(shí)，通過對FACTS元件控制參數(shù)的調(diào)整使系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)滿足如網(wǎng)損最小等要求，此時(shí)FACTS元件用于間接控制非安裝點(diǎn)的系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，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(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和控制目標(biāo)的改變而改變，通常只知道其控制目標(biāo)，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(jì)算問題。建立合適的FACTS元件的常規(guī)潮流計(jì)算模型后，接著就是建立含F(xiàn)ACTS元件電力系統(tǒng)的潮流方程組，然后利用現(xiàn)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(yōu)乘子的牛頓法等，求出電力系統(tǒng)的潮流分布。不論采用以上提到的哪一種理論算法，計(jì)算電力系統(tǒng)的解潮流方程組均是一個復(fù)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(jī)模擬系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際方式，不需要對實(shí)際問題作過多簡化和假設(shè)，而且考慮更加全面，因此更適合用于大型電力系統(tǒng)的可靠性評估。模擬法的計(jì)算程序結(jié)構(gòu)簡單，只需要對N次獨(dú)立的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)算即可完成，故此模擬法又稱為統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)法[3]。

3 負(fù)荷勢能評價(jià)指標(biāo)的建立

將上式兩端以頻率穩(wěn)定時(shí)刻為參考點(diǎn)對時(shí)間求積分，可建立全系統(tǒng)暫態(tài)能量函數(shù)系統(tǒng)的總能量由動能和勢能組成，其中動能為系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的動能之和，勢能分布于系統(tǒng)增廣網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷支路中。

4 可靠性指標(biāo)計(jì)算流程

對于采用單獨(dú)蒙特卡羅模擬算法進(jìn)行的系統(tǒng)可靠性評估。其中最為耗時(shí)的是狀態(tài)選擇部分，最為核心的是狀態(tài)分析部分，最后可靠性指標(biāo)的計(jì)算將評估結(jié)果以一定的指標(biāo)體現(xiàn)出來。現(xiàn)將狀態(tài)分析及可靠性指標(biāo)計(jì)算簡要介紹如下：

4.1 直流潮流計(jì)算

通過判斷系統(tǒng)是否解列來判斷是否產(chǎn)生子系統(tǒng)，然后對每個子系統(tǒng)進(jìn)行潮流計(jì)算。在計(jì)算故障潮流后，便可以進(jìn)行節(jié)點(diǎn)電壓和線路容量約束的判斷，并選擇合理的負(fù)荷削減方式，進(jìn)而形成可靠性指標(biāo)。發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性計(jì)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(tǒng)會出現(xiàn)“維數(shù)災(zāi)”問題。目前對直流潮流法研究較多，該方法具有計(jì)算速度較快，但仍存在不能考慮系統(tǒng)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(jié)束語

本文針對目前電力系統(tǒng)的方案整定方法所存在的不足，從電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性計(jì)算出發(fā)，將遭受擾動后的暫態(tài)能量分解到網(wǎng)絡(luò)中的支路和負(fù)荷之中，使得網(wǎng)絡(luò)中蘊(yùn)涵了與系統(tǒng)頻率穩(wěn)定相關(guān)的信息。在分析了擾動后負(fù)荷能量分布特點(diǎn)的基礎(chǔ)之上，利用計(jì)算方法驗(yàn)證了利用負(fù)荷能量評價(jià)系統(tǒng)頻率的有效性。

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