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摘要:本文针对潮流不收敛问题,结合电网分析计算的实际工作,提出一种实用的潮流调整算法。通过对EPRI36节点系统及某省电网的数据,论证该方法的正确性和有效性。
关键词:电力系统;潮流计算;不收敛;调整方法
近年来,优化技术发展迅速。人们逐步将潮流无解调整作为潮流调整的内部过程,不在于注重潮流是否有解,而是根据最终目标函数,用优化算法进行求解。其中典型的方法为内点法,最终将电网运行方式调整至运行域。但该类方法会将计算的节点数扩大几倍,且其求解过程同样存在收敛性问题,在实际应用中还存在困难。还有一些学者结合工作实际提出了一些实用化的调整方法,但在实际应用中可推广性不强,尚需进一步研究。
1潮流近似解及电网特性指标
1.1潮流近似解
当潮流计算不收敛时,如何找到有效的信息对电网进行分析是调整过程的关键点,一个与原电网相近似的潮流解可以提供可供分析的信息。从物理原理上分析,电网潮流不收敛主要有2个因素:①电网中部分线路或断面的有功或无功需求超过输送能力;②原方式的安排会造成系统电压稳定问题,其解不在PV曲线的上半段。因此,需找的近似潮流应能反映原电网的主要特征,且原初始运行方式中造成电网无解的薄弱点不变为最佳。
在电力系统电压稳定分析中,经常引入系数λ作为发电机出力及负荷水平的一个系数,在潮流计算中用λ乘以发电机出力及负荷有功、无功。采用该系数后得到的潮流方程组如下:f(x,λ)=0,如果初始潮流计算不收敛,则λ取值范围为0~1。应用连续潮流法或者二分法都可确定使得上述方程式有解的最大λ值。该λ值下的系统运行方式称之为系统潮流不收敛临界方式。该临界方式的潮流解就是该文寻找的近似潮流解。
1.2电网潮流无解与输电线路输电极限分析
正常情况下,电网中线路的输电功率随着电网中发电机出力及负荷有功、无功的变化而变化。以有功为例,输电线路有功变化与负荷及发电机有功出力变化关系为
1.3电网输电特性分析
在电压稳定分析中,PV和VQ曲线法是较为常用的2种分析方法,采用这2种方法可以计算出电网的静态负荷极限。以EPRI36节点系统为例,通过改变系统中各点的注入功率,绘制出线路BUS33-BUS34的Pδ曲线、系统的PV及VQ曲线。由理论分析可知,电网接近静态稳定极限,为电网中某条线路达到输送极限或者某个节点PV或QV曲线达到鼻尖点。从仿真计算结果也能反应相同的趋势。因此,电网接近静态稳定极限,其薄弱节点的Pδ、PV、QV曲线斜率可以作为反应线路或节点接近静态稳定极限的指标。斜率越大,则线路或节点越接近静态稳定极限。
1.4电网薄弱点指标
典型的输电线路模型可采用π模型,。线路参数与传输功率的计算公式如下:
式(6)、(7)中Ui、Uj为输电线路两端电压幅值;G+jB为线路导纳;Yij为输电线路导纳幅值;αij为输电线路导纳角。以该线路为例,Pδ斜率、线路末端点的PV、QV曲线斜率为
上述公式即为电网接近静态极限的特性指标,根据该指标找到系统薄弱节点,通过改变潮流方程注入功率(发电机出力、负荷水平、无功补偿设备等),可达到使该线路或节点远离其静态极限的目的。
2潮流不收敛调整流程及其物理解释
2.1潮流不收敛调整流程
根据上述理论分析,该文潮流不收敛调整的思路如下:①寻找不收敛潮流的近似解。该解保留了电网薄弱点的特征,但是负荷水平较原潮流有所下降。②通过电网薄弱点指标,寻找近似潮流的薄弱点。③通过灵敏度计算,找到并选取电网注入功率的调整方向,优先调整发电机出力,发电机开机,电网无功调整设备。④通过对电网注入功率的调整,使得电网薄弱点远离电网静态稳定极限。⑤重新寻找不收敛潮流的近似解,此时其负荷系数λ将增大。系统负荷水平接近原始潮流,当λ=1时,即系统负荷水平恢复至原初始方式时,潮流调整结束。原方式潮流计算收敛。
2.2调整过程物理解释
该文潮流不收敛调整方法的实质为在负荷水平不变的要求下,在功率注入空间中由不可解域调整至有解域的过程。。初始潮流计算不收敛,位于空间中的不收敛域(S0点)。近似潮流点S1点,处在可解域的边界点上。调整后再次求得的近似点为S2点,同样,在可解域的边界点上,此时λ更加接近于1。经过多次调整后,最终达到Send点,次状态点可在可解域边界上,也可在可解域内。Send距离可解域边界越远,则系统的静态稳定裕度越大。
3算例分析
3.1EPRI36节点系统
EPRI36节点系统如图1所示,首先在该系统上验证算法的可行性。在EPRI36节点的原始数据基础上,成比例增加系统的负荷水平及发电机出力,使系统潮流不收敛。此时系统负荷水平达到基础数据的1.4倍。使用该文算法进行调整,同时,计算出第1步调整前、后节点19的PV曲线,如图2所示。经过该文算法的调整,在负荷水平不变的前提下,调整后潮流计算由不收敛变为收敛。从图2可以看出,调整过后系统的静态稳定裕度明显提高,证明了调整方向的正确性。
3.2实际电网系统算例
以某实际电网为例,验证该文算法的有效性。该系统数据含母线666个(大部分厂站为双母线运行)、输电线路300条、发电机90台。总负荷水平为10215.6MW。初始方式为自动生成,原则上尽量开启容量大的机组及水电机组,损耗按总负荷的3%计算。初始系统潮流计算不收敛,按照该文算法进行调整,在调整过程中,λ值一直在向1的方向变化,证明了调整方向的正确性,也证明了该算法对于实际电网的适应性。
结语
综上所述,本文分析了潮流计算不收敛的物理内涵,提出了电网输电特性的特征指标,研究了电网潮流计算不收敛的自动调整算法,并用小系统及实际电网算例验证了该算法的正确性。该算法不仅可以自动进行潮流不收敛调整,调整过程中的信息也可为手动调整提供方向。
参考文献:
[1]李智欢,韩云飞,苏寅生,等.基于节点类型转换的潮流收敛性调整方法[J].电力系统自动化,2015.
[2]杜正春,张睿,王毅,等.获取电力系统运行方式的约束潮流方法[J].中国电机工程学报,2015,35(4).
作者简介:
赵永刚(1984.02.28),性别:男;籍贯:内蒙古;民族:汉;学历:大专;职称:中级工程师;职务:调度计划专责;研究方向:系统运行
论文作者:赵永刚,周茜,校淑佩,贾中义,李琼,胡丹
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/5
标签:电网论文; 潮流论文; 节点论文; 系统论文; 负荷论文; 线路论文; 算法论文; 《电力设备》2018年第22期论文;