電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度計(jì)算研究

胡曉明

摘要：為簡化電力系統(tǒng)計(jì)算程序，提升數(shù)據(jù)運(yùn)行速度，確保電力系統(tǒng)使用安全性和穩(wěn)定性，需要精確計(jì)算得出靜態(tài)電壓下的穩(wěn)定裕度，以分析風(fēng)電場出力隨機(jī)波動對電力系統(tǒng)的影響，提出電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度計(jì)算方法。采用戴維南等值方法，確定等值參數(shù)，根據(jù)電力系統(tǒng)基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，建立電力系統(tǒng)等值模型，通過切向量線性估計(jì)求導(dǎo)狀態(tài)變量，計(jì)算靜態(tài)穩(wěn)定電壓極限點(diǎn)，設(shè)定系統(tǒng)功率因數(shù)，根據(jù)已知有功功率，計(jì)算無功功率實(shí)際值，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度計(jì)算，為電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)檢測提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓;穩(wěn)定裕度;等值參數(shù);極限點(diǎn);

中圖分類號：TM712文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

目前的電力系統(tǒng)多采用風(fēng)力發(fā)電的形式，因此，在風(fēng)電出力作用影響下，會對電力系統(tǒng)的靜態(tài)電壓產(chǎn)生一些隨機(jī)性的波動影響。而目前的連續(xù)潮流方法，只能獲取電力系統(tǒng)的當(dāng)前電壓狀態(tài)，在用電負(fù)荷增加的基礎(chǔ)上，其計(jì)算得到的裕度值，不能反映完整風(fēng)電場的實(shí)際出力情況，因此，為保證電力系統(tǒng)能夠安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行，需要重新研究電力系統(tǒng)中，選擇適合的方法，完成靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度的計(jì)算和分析。靜態(tài)電壓穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)的靜態(tài)特性，一般采用連續(xù)潮流法、靈敏度法和特征值法進(jìn)行狀態(tài)分析[1]。對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電力系統(tǒng)來說，傳統(tǒng)方法的計(jì)算程序更加復(fù)雜，工作人員的實(shí)際應(yīng)用難度大，因此，以簡化計(jì)算程序，提升數(shù)據(jù)運(yùn)行速度為研究目的，提出全新的電壓穩(wěn)定裕度計(jì)算方法，為電力系統(tǒng)正常工作，提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持。

1 確定等值參數(shù)

為簡化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，本文采用戴維南等值方法，確定等值參數(shù)，并完成電壓穩(wěn)定裕度計(jì)算的研究。已知戴維南等值參數(shù)具有不確定性，對于電壓穩(wěn)定性分析結(jié)果的可靠程度來說有直接影響，因此，應(yīng)用阻抗模型指標(biāo)，準(zhǔn)確分析電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性特征，根據(jù)電力系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，建立電力系統(tǒng)的等值模型，該模型如圖1所示。

圖1中， 表示等值電勢; 表示等值阻抗; 、 分別表示電壓和注入電流。根據(jù)上述模型，得到等值節(jié)點(diǎn)電壓，與節(jié)點(diǎn)注入功率之間的關(guān)系，公式為：

（1）

公式中： 表示等值網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn) 的有功功率; 表示節(jié)點(diǎn) 注入的無功功率。根據(jù)上述計(jì)算可知，等值電勢以及等值阻抗為待求參數(shù)，根據(jù)基爾霍夫電壓定律，設(shè)置等值參數(shù)的確定方案如表1所示。

按照表1所示的四個方案，根據(jù)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的需求，保持等值前后潮流狀態(tài)一致和電壓對功率的靈敏度一致。根據(jù)靜態(tài)電壓靈敏度相關(guān)定義，通過計(jì)算電壓對功率的反應(yīng)程度，描述網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)電壓是否穩(wěn)定，從而讓等值網(wǎng)絡(luò)和原網(wǎng)絡(luò)之間的靜態(tài)電壓，維持穩(wěn)定程度的一致性[2]。根據(jù)基爾霍夫電壓定律，分別計(jì)算有功和無功率、電壓幅值和電壓相角等值參數(shù)，為下一環(huán)節(jié)的計(jì)算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2計(jì)算靜態(tài)穩(wěn)定電壓極限點(diǎn)

此階段以獲得的等值參數(shù)為前提，計(jì)算系統(tǒng)極限點(diǎn)。首先在上述計(jì)算與分析的前提下，通過切向量線性估計(jì)求導(dǎo)狀態(tài)變量，并與一個局部參數(shù)化方程聯(lián)立求解，公式為：

（2）

上述計(jì)算表達(dá)式中： 表示雅可比矩陣; 表示狀態(tài)變量的切向量，其中 表示電壓相角; 表示節(jié)點(diǎn)電壓幅值向量; 表示局部參數(shù); 表示行向量，當(dāng)?shù)?個元素的取值為1時，其他所有元素的取均為0，此時該元素對應(yīng)的變量就是連續(xù)參數(shù)。然后利用非線性迭代法，求解實(shí)際潮流解。再將擴(kuò)展潮流狀態(tài)方程，與建立的參數(shù)化方程聯(lián)立，選擇其中的連續(xù)參數(shù) 或 ，計(jì)算步長為 或 的局部參數(shù)。此時還需要校驗(yàn)計(jì)算結(jié)果，該校驗(yàn)過程可參考下列公式：

或 （3）

根據(jù)上述計(jì)算得知，負(fù)荷增長參數(shù)的最大值，與此次計(jì)算所獲結(jié)果之間，存在一一對應(yīng)關(guān)系，準(zhǔn)確計(jì)算到該極限點(diǎn)所在位置時，存在 這一結(jié)果。同時當(dāng)步長設(shè)置長過大時，會直接影響計(jì)算結(jié)果的收斂性;若設(shè)置的步長偏小，則會增加計(jì)算量，因此要想得到極限點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，需要根據(jù) 的具體驗(yàn)證結(jié)果，及時調(diào)整步長的取值，從而將公式計(jì)算效率控制在一個最佳范圍內(nèi)，根據(jù)符號的正負(fù)顯示結(jié)果，判斷是否為極限點(diǎn)。通過上述計(jì)算與分析，完成對靜態(tài)電壓極限點(diǎn)的計(jì)算。

3計(jì)算靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度

在給定系統(tǒng)運(yùn)行條件的基礎(chǔ)上，計(jì)算負(fù)荷增長狀態(tài)下，電力系統(tǒng)正常工作下，可以承擔(dān)的最大負(fù)荷增長量，也就是電壓穩(wěn)定裕度。由于風(fēng)電場出力具有不確定性這一基本特征，導(dǎo)致風(fēng)電場有功出力的隨機(jī)波動[3]，因此設(shè)定系統(tǒng)功率因數(shù)，根據(jù)已知的有功功率，計(jì)算無功功率的實(shí)際值，則該輸出無功功率為：

（4）

公式中： 為風(fēng)電場運(yùn)行的功率因數(shù)角; 表示風(fēng)電場有功功率。假定風(fēng)電場控制下的有功功率因數(shù)為1，通過上述計(jì)算可知計(jì)算，風(fēng)電場有功的出力波動區(qū)間，并對靜態(tài)電壓穩(wěn)定做出正確的分析。利用連續(xù)潮流法，得到所對應(yīng)的電壓極限點(diǎn)類型。而此次的研究與分析過程中，存在極限點(diǎn)鞍結(jié)型分岔點(diǎn)和極限誘導(dǎo)型分岔點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，通過分析分岔點(diǎn)類型，精確計(jì)算了各節(jié)點(diǎn)注入功率對電壓穩(wěn)定裕度的影響程度。

在風(fēng)電場波動區(qū)間內(nèi)，驗(yàn)證其中是否有不同的分岔點(diǎn)，得到更合理的裕度區(qū)間。若兩次計(jì)算分岔點(diǎn)類型一致，則認(rèn)為波動區(qū)間內(nèi)，沒有出現(xiàn)其他分岔點(diǎn);反之若分岔點(diǎn)類型不一致，則可以考慮波動區(qū)間內(nèi)，出現(xiàn)了其他分岔點(diǎn)。如果與期望結(jié)果不同，可以通過分段的方式來，分析分岔點(diǎn)是否出現(xiàn)類型改變這一現(xiàn)象，將該類型與風(fēng)電出力相對應(yīng)，然后將出力區(qū)間分為兩段，實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度的計(jì)算。

4結(jié)束語

本文提出電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度計(jì)算方法通過確定等值參數(shù)和靜態(tài)穩(wěn)定電壓極限點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度計(jì)算，但此次提出的計(jì)算方法，還存在些許不足之處，即默認(rèn)電力系統(tǒng)的出電時，極限點(diǎn)最多發(fā)生一次改變，忽略了極限點(diǎn)出現(xiàn)多次變化的情況，因此在今后的研究中，針對極限點(diǎn)多次變化展開討論，使計(jì)算結(jié)果更加精準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

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