考慮牽引負荷模型的暫態(tài)穩(wěn)定計算

張 敏

（國網(wǎng)廣安供電公司，四川 廣安 638000）

一、牽引負荷數(shù)學模型

（一）牽引負荷整體結構

牽引負荷模型總功率平衡關系如下，主要包括三部分，牽引電機、感應電動機負荷、靜態(tài)負荷。

其中，Q、P是電網(wǎng)中綜合負荷吸收的無功功率和總有功功率，Ps、Qs是電網(wǎng)中靜態(tài)負荷吸收的有功和無功功率；Qim和Pim是電網(wǎng)中感應電機吸收的無功功率和有功功率；Ptm是電網(wǎng)中牽引電機吸收的有功功率。

（二）數(shù)學描述牽引負荷

1 牽引電機數(shù)學模型

牽引電機方程式如下：

其中，R、L是牽引回路的電阻和電感；ω和Id是牽引電機轉速以及電流；J是轉動慣量；CT和CM是牽引電機廣義參數(shù)；Ud是牽引電機端電壓；TL是機械負載轉矩，可以利用二次函數(shù)轉速模型表示：

2 數(shù)學描述靜態(tài)負荷和感應電動機

利用三階模式的感應電動機，其中需要忽略電磁暫態(tài)，因此，感應電動機模型相向量參數(shù)是[Rs，Xs，Rr ，Xr，Xm，Rm，Tj，n]，靜態(tài)負荷恒阻抗模型如下：

3 系統(tǒng)模型變化關系

系統(tǒng)側和牽引負荷模型基準變換關系如下：

二、分析牽引負荷模型的暫態(tài)穩(wěn)定計算

依據(jù)電力機車實際運行情況，牽引負荷可以分為牽引、惰行、停車以及制動四種典型負荷結構，下面把EPRI36結點作為基本案例，分析不同負荷模型對系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響。結點參數(shù)模型如下：

（一）不同工況參數(shù)

在系統(tǒng)模型中19母線適當接入牽引負荷，并在此處適當設置三相短路，從O s 的時候開始出現(xiàn)故障，經(jīng)過16個周期后切除故障。利用相應兩種工況參數(shù)合理計算，以此得到一定的仿真結果。經(jīng)過分析可以發(fā)現(xiàn)，在使用第一種工況參數(shù)的過程中，能夠穩(wěn)定恢復母線電壓，在使用第二種工況參數(shù)的過程中，會很大程度降低母線電壓，并且出現(xiàn)相應震蕩，不能及時恢復，導致失去穩(wěn)定性?？梢?，采用不同的參數(shù)模型可以形成不同仿真結果，第二種參數(shù)模型在出現(xiàn)大擾動的情況下很難穩(wěn)定恢復，可以以此類參數(shù)模型來分析和研究其他負荷模型與牽引負荷模型之間的差異。

（二）不同負荷模型

在EPRI系統(tǒng)中，19母線的位置上合理設置三相接地短路故障，故障時間在1s～1.28s之內(nèi)，1.28s的時候切除故障。在母線21上接入牽引符合模型，使用的實際參數(shù)見表1。使用不同負荷模型來接入母線21電壓。HZK是恒阻抗模型；QY是牽引負荷模型，35%HZK+IM是感應電動機與35%恒阻抗并聯(lián)，利用三階模型分析感應電機，典型參數(shù)錄入PSASP仿真。從圖2可以發(fā)現(xiàn)，在出現(xiàn)故障的時候，不同時段負荷模型母線電壓具有一致的下降幅度，因此，主要區(qū)別方式實際上就是恢復以后的電壓特性，也就是電壓擾動存在的敏感程度。從清除故障曲線可以發(fā)現(xiàn)，恒阻抗模型具有比較快的恢復電壓速度，牽引負荷模型第二，35%HZK+IM模型具有最慢的速度。在大部分牽引負荷模型中，需要利用恒阻抗來合理平衡無功功率，在恒阻抗模型中，牽引負荷無功功率具有很大的作用。因此，牽引負荷模型具有二者之間的電壓恢復特性，在完成故障以后，對于不同模型具有一致平息電壓震蕩曲線時間，能夠恢復到相同水準的電壓值。

圖1 系統(tǒng)結構

表1 不同情況模型參數(shù)

（三）不同比例牽引負荷

圖2 恢復特性

在原來潮流基礎作業(yè)上，適當改變其中某部分負荷結點類型，把全網(wǎng)中牽引符合提高到20%、35%、50%，分析不同比例牽引負荷給暫態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)造成的影響。故障一：母線22-23中，在鄰近母線22一側的出口形成短路，切除故障0.2s。經(jīng)過分析可以發(fā)現(xiàn)，在不斷提高牽引負荷比例的時候，會增加系統(tǒng)功角阻尼比，并且也會適當增加擺動功角曲線的幅度，能夠看出相比較恒阻抗模型來說，牽引符合模型功角阻尼模型在計算暫態(tài)穩(wěn)定的時候具有相對優(yōu)越的特性。并且越高比例的牽引負荷模型，就會擁有更大的阻尼特性。

故障二：母線9-23的位置鄰近母線9時候，設置一定的三相短路故障。因此，可以發(fā)現(xiàn)，在計算系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的時候，不同牽引符合比例具有不同參數(shù)情況，在電網(wǎng)中不斷增加牽引負荷比重，就會降低切除故障極限時間，利用牽引負荷模型的過程中，會在一定程度上增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。

總之，可以得出以下結論：（1）在電力機車不同運行工況的過程中計算系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定，需要利用機車多種運行工況實際參數(shù)進行穩(wěn)態(tài)仿真，參數(shù)的選擇會很大程度影響電網(wǎng)的整體暫態(tài)穩(wěn)定計算結果。（2）在不同引負荷模型中計算系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的時候，母線電壓恢復的過程中具有很大差異，對于電壓擾動敏感度來說，牽引負荷模型處于感應電動機模型和恒阻抗模型之間。（3）在穩(wěn)定計算的時候，不斷提高電網(wǎng)中牽引負荷端計算比例，最大限度降低切除故障極限的時間，可以在一定程度上增加阻尼比和搖擺功角幅度。但如果僅僅只是少量改變母線負荷類型的過程中，會有限的影響系統(tǒng)穩(wěn)定計算仿真結果。

結語

通過不同參數(shù)來分析電力機車牽引負荷模型對電網(wǎng)產(chǎn)生影響的過程時，需要充分考慮動態(tài)負荷差異、負荷比例等因素，選擇合適的計算參數(shù)和負荷模型，能夠通過PSASP得出較準確的牽引負荷暫態(tài)穩(wěn)定仿真計算結果，在含有電力牽引負荷的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計算分析中有重要意義。

[1]李金鑫，李欣然，張永旺，等.考慮牽引負荷模型的暫態(tài)穩(wěn)定計算[J].電力自動化設備，2013，33（04）：109-113.

[2]徐家俊，王曉茹，王天鈺，等.基于ADPSS 的電力系統(tǒng)和牽引供電系統(tǒng)機電-電磁暫態(tài)混合仿真[J].電網(wǎng)技術，2014，38（07）.