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1、现代电力系统分析现代电力系统分析任课教师：王继东研究生学位课：?经过以上步骤，Ward等值后的网络接线，如图3-2所示。?Ward等值法存在以下缺点。(1)用等值网求解潮流时，选代次数可能过多或完全不能收敛。(2)等值网的潮流可能收敛在一个不可行解上。(3)潮流计算结果可能误差太大。这是由于求取等值是在基本运行方式下进行的，而在系统实时情况下，由于运行方式变化会导致外部系统实际注入变化和参数发生变化，因此造成潮流计算的误差。这种现象在无功功率方面表现得更为突出。二、Ward等值法的改进措施?针对Ward等值法的缺陷，近年来出现了许多改进型Ward等值法，它们主要在以下几方面作了改进。(1)等值
2、后的并联支路代表外部系统的对地电容与补偿电抗。由于外部系统串联电路阻抗小，所以等值后外部系统并联支路几乎全部集中在边界节点上。在大互联系统中，大量对地电容的集中，当边界节点电压变化时会造成很大的无功变化。而实际系统中外部系统各节点电压一般可以就地调整，与边界节点电压的变化并不一致。为了减小这一因素所造成的误差，等值时应尽量不用并联支路，而通过求边界的等值注入来计及其影响。(2)在等值时，如果外部系统中含有PV节点，则内部系统中发生事故开断时，应保持外部PV节点对内部系统提供的无功支援。而对于上述的Ward等值法由于PV节点已被消去了，这一要求在实际上难以满足，为此进行外部等值时，应保留那些无功
3、出力裕度较大，且与内部系统电气距离小的PV节点。(3)实现外部等值时，一般是根据某一基本运行方式的全网潮流解来进行的。在实时状况下，系统运行方式在不断变化，由于远动条件的限制在调度中心一般不能掌握全系统的实时网络结构与运行参数的变化，因而难以对基本运行方式的外部等值数据作实时状况的修正，由此产生的误差会大大超过工程计算所允许的范围。一种简易的校正方法是：?先以内部系统实时数据作状态估计，求出边界节点的电压模值与电压相角;?然后以所有边界节点作为平衡节点，对基本运行方式下的外部等值系统(由边界节点及保留的外部系统节点组成)作潮流计算。?计算时，外部系统的保留PV节点的有功注入可假定为零，因为这里
4、主要是求出保留PV节点给内部系统的无功支援。其电压模值为原来给定值，电压相角的初值可取边界节点电压相角的平均值，潮流计算所求得的边界注入就可用来校正基本运行方式的注入量。?若用校正后的边界注入再次进行状态估计时，与内部系统实时信息仍有较大残差，则可以修改边界节点电压模值与电压相角后再作一次潮流计算。通过重复2-3次后，即可取得比较满意的结果。(4)导纳阵稀疏性变差是Ward等值法的必然后果。?通常YEQ的稀疏性决定于消去范围的大小。如果一个1000节点1500条支路的系统等值成200个节点，而且其中100个是边界节点，则等值后的矩阵可能产生多达100 x 992=4950条等值支路。于是等值网
5、比原始网的支路数多了三倍左右。如此高的密度，当然无法发挥稀疏技术的作用，从而对分析计算起了不利的影响。?由此看出，消去外部节点后的稀疏性决定于边界和外部系统的连接关系。只有当边界节点数目较多的情况下，才必须考虑消去法对稀疏性的影响。?通常的监测标准是当消去节点后，等值网的支路数小于原来支路数的2倍加上节点数，如超过这一数值就应该停止这种等值。?根据以上所讨论的Ward等值法的一些改进方向，出现了若干种改进的Ward等值法，本节仅介绍其中的一种，即缓冲等值法。?根据同心松弛的概念，假如以发生预想事故的节点为中心，按各相关支路与中心联系的紧密程度可以把邻接的和非邻接的其余节点划分为若干节点层。同心
6、松弛就是指各节点层所受到的事故扰动影响将随着与中心的距离而逐步衰减。?对于静态安全分析来说，引起最大影响的开断事故，是发生在与边界母线相连的联络线上。因此，以边界母线为中心，可向外部系统确定若干节点层。通常若保留第一层各节点，略去该层各节点之间的联络线，加上用Ward等值法得到的边界等值支路与等值注入，就可形成图3-3(b)的缓冲等值网。第一层上的节点，称为缓冲母线，缓冲母线与边界母线间的支路，称为缓冲支路。?在缓冲等值中，边界节点之间的互连等值支路参数及边界节点的等值注入，可由常规的Ward等值法求出。为了在内部系统出现线路开断情况下，外部系统能向内部系统提供一定的无功功率支援，可把所有缓冲
7、母线m定为PV节点，并规定其有功注入为零，母线电压等于相连的边界母线电压，这样缓冲母线在任何情况下都不会提供有功功率。?此外，由于高压电网的特点，所以在基本运行方式下，缓冲母线也不向内部系统提供无功功率。只有内部系统出现事故开断后，缓冲母线才会作出提供无功功率的响应。?注意：构成等值时，边界母线的类型将按其实际情况定为PV母线或PQ母线。如果边界母线原来就是PV母线，由于其本身即具有无功增量响应，就不需要在这些边界处增添相应的缓冲节点。当边界母线有相邻接的PV节点时，也可以考虑不增添相应的缓冲节点。第三节 基本节点与基本支路?在外部系统中，对一定的运行状态，某些节点或支路对内部系统将有较强的关
8、联。这些节点或支路上的状态发生改变时，可对内部系统的潮流分配有着明显的影响。为此这种节点被称为基本节点，而由各基本节点连接起来的支路则称为基本支路。在建立外部等值模型时，为了保证内部系统在线潮流计算的精确性，原始网络中的基本节点与基本支路应该保留下来，并要求在这些节点与支路上装设远动测点，而外部系统中的其余部分则可以进行等值处理。?电力系统的基本节点可以用灵敏度分析的方法来加以确定。?对选出来的灵敏节点在进行等值时，是否应全部保留并配置远动测量装置，还应视系统的等值精度要求以及远动装置设置的可能性而定。显然，最少的基本节点就是边界节点，而最多的基本节点就是外部系统的全部节点和边界节点。第四节
9、支路开断模拟电力系统静态安全分析或称静态安全评估，是根据系统中可能发生的拢动来评定系统安全性的。预想事故通常包括支路开断与发电机开断两类。所谓支路开断模拟就是对基本运行状态的电力系统，通过支路开断的计算分析来校核其安全性。常用的计算方法有：直流法、补偿法、灵敏度分析法等。一、直流法电力系统基本运行状态下的直流潮流模型为注入功率恒定不变，如果发生某条支路开断，则 B0与0都将发生变化，它们偏离基本状态的方程式为(3-49)式中：分别为基本状态值，为直流潮流电钠矩阵。000 BP=)(000 +=BBP000、BP 0B 若节点k、m间的支路开断，而其开断的支路电纳为bkm，则式(3-49)中的B
10、为：将式(3-49)展开，并略去其中两个增量相乘的项，可得：（3-52）上式中给出了因支路km开断而导致的各节点电压相角的变化量。应用这一关系可以求出发生开断后任意支路ij中的潮流为：（3-53）用上式就可以确定是否会发生支路的有功潮流越限。为了便于计算，式(3-52)可以改写为（3-54）式中：为支路km开断后各节点电压相角的变化量。式(3-54)中的仅需在预想事故分析之前进行因子化一次，只要基本运行方式不变，在不同的支路开断下，均不必重作计算。在多重支路开断时，仍然可采用式(3-52)及式(3-53)。这是由于式(3-52)只是 B的线性函数，如果支路km及pq同时开断，此时的式(3-52
11、)可写成：10)(BkmTkmmkM=；0,1,1,0?kmkmkmkmMBb10)0()0()(=由此可见，直流法可以很方便地估算多重支路开断后的潮流，这是直流法的主要特点。缺点：精度差、只有有功。由此可见，直流法可以很方便地估算多重支路开断后的潮流，这是直流法的主要特点。缺点：精度差、只有有功。二、补偿法所谓补偿法，是指当网络中出现支路开断的情况时，可以认为该支路未被开断，而在其两端节点处引入了某一待求的电流增量或称为补偿电流，以此来模拟支路开断的影响。这样，就可以不必修改导纳矩阵，可以用原来的因子表来解算网络的状态。三、灵敏度分析法支路开断模拟的直流法误差较大，且只能适用于有功校验。补偿
12、法虽然可用在交流安全分析当中，但由于在多支路开断时耗费机时太长，有时也无法满足要求，因此，为了达到快速分析的目的，采用牛顿潮流的灵敏度矩阵，并以节点注入功率的增量来模拟相应的断线。优点：计算速度快，计算精度较修改导纳矩阵后的常规潮流有所降低。第五节 发电机开断模拟在电力系统运行中，发电机开断是一种可能发生的事故。因此，电力系统安全分析必须具备这种预想事故的模拟分析功能。目前，有许多种关于发电机开断模拟的分析方法(如直流法、分布系数法等)都是采用了线性迭加原理，精度较差。本书介绍了一种计及电力系统频率特性的静态频率特性法，这种方法的精确性与快速性已在实用中得到证实。在发电机开断时，由于受扰的内部
13、系统失去了一部分发电机，调速系统一次调节后，外部系统必然会提供一定的有功来给予支援，亦即内部系统边界的有功注入必须进行修正。除了外部有功的支援外，各联络线上的有功也要作相应调整。因此，发电机的频率响应特性FRC(Frequency Response Characteristics)及边界节点上的等值频率响应特性将是求解这些功率变化的依据。第六节 预想事故的自动选择在进行大型电力系统安全分析时，需要考虑的预想事故数目是相当可观的。一般预想事故至少是开断一条线路、一台发电机、二条线路或一机一线等，在某些情况下，也可能需要考虑更多重的复合故障。要给出预想事故的安全性评价，需要逐个对预想事故进行潮流分
14、析，然后校核其违限情况。因此安全分析的计算量很大，难以适应实时要求。?定义：所谓预想事故自动选择(ACS Automatic Contingency Selection)，就是在实时条件下利用电力系统实时信息，自动选出那些会引起支路潮流过载、电压违限等危及系统安全运行的预想事故，并用行为指标来表示它对系统造成的危害严重程度，按其顺序排队给出一览表。?这样就可以不必对整个预想事故集进行逐个详尽分析计算。因为有意义的预想事故，只占整个预想事故集的一小部分。因此，可以大大节省机时，加快安全分析的速度。自从1979年提出预想事故自动选择概念以来，已有许多论文介绍了各种自动选择的算法。某些方法已进入现场
15、考验与实施的阶段，但仍存在一些问题有待于进一步研究解决。为了表征各种开断情况下线路潮流违限与节点电压违限的严重程度，同时又考虑到网络中的有功功率与无功功率存在弱耦合这一物理现象，定义了两种行为指标(PI Performance Index)。(1)有功功率行为指标，是一种用来衡量线路有功功率过负荷程度的计算方式，表示为式中，P为有功功率权因子；Pl、Plmax分别分别为线路l 中有功潮流和限值；为有功功率过负荷的线路集合。2max=llPpPPPI (2)无功功率行为指标，是用来衡量电压与无功功率违限程度的计算公式，表示为：式中：Ui为节点i 的电压模值；为节点i 的电压模值限值；u为电压权因
16、子；Qi为节点i的无功注入；为节点i 的无功注入限值；q为无功功率权因子；为电压模值超过上、下限的节点集合；为无功超过上、下限的节点集合。limlimlimlimiiiqiiiuqQQQUUUPI+=+=limiUlimiQ?在上列两式中，、均只限于违限的线路或节点；P，u、q的值则取决于系统的运行经验和在不同违限情况下有关线路的重要程度；当权因子取为零时，即认为该线违限并不重要而可排除在集合之外。?在研究线路行为指标时，可将所有线路，不论是否过负荷，都参加PI计算：也可以只对支路潮流是增加的线路参加PI计算。?预想事故自动选择需要一种快速的开断模拟算法，并在精度上只要求能够满足排队的要求，亦
17、就是能够剔除不起作用的预想事故，并将起作用的预想事故按其严重程度排队。因此，它与前面介绍的开断模拟计算要求不同。?用ACS的开断模拟计算得出按行为指标排队的一览表后，选择其中排在前面的一些预想事故，用完全的交流潮流作进一步分析，以确定其对电力系统的影响。在选择这些需作精确计算的预想事故时，可引用所谓终止判据的概念。终止判据是指对一览表中的、需要进行详细交流潮流计算的预想事故数进行选择的判据，凡是属于终止判据范围以外的预想事故，就认为不会对电力系统引起违限或虽引起违限但影响并不重要，因而可以不必再用交流潮流进行校验。通常有两种：(1)只分析预想事故表中的前面N个。(2)采用不再出现违限的开断情况作为终止判据。这种方法可以降低出现遗漏严重情况的可能性，但增加了时间。