實用化電力系統(tǒng)潮流穩(wěn)定分析系統(tǒng)

薛飛 袁淵 王紫鑫

（國網(wǎng)河南省電力公司檢修公司靈寶換流站，河南三門峽 472500）

實用化電力系統(tǒng)潮流穩(wěn)定分析系統(tǒng)

薛飛 袁淵 王紫鑫

（國網(wǎng)河南省電力公司檢修公司靈寶換流站，河南三門峽 472500）

潮流計算是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行情況的一種計算，是根據(jù)給定的運行條件及系統(tǒng)接線情況確定整個電力系統(tǒng)各個部分的運行狀態(tài)，如各母線的電壓、各元件中流過的功率、系統(tǒng)的功率損耗等等。電力系統(tǒng)潮流計算是計算系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定和靜態(tài)穩(wěn)定的基礎#在電力系統(tǒng)規(guī)劃設計和現(xiàn)有電力系統(tǒng)運行方式的研究中，都需要利用電力系統(tǒng)潮流計算來定量的比較供電方案或運行方式的合理性、可靠性和經(jīng)濟性。

實用化電力系統(tǒng) 潮流穩(wěn)定 重要性

1 潮流分析的基本原理

電力系統(tǒng)潮流計算是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行情況的一種計算，它的任務是根據(jù)給定的運行條件及系統(tǒng)接線情況確定整個電力系統(tǒng)各部分的運行狀態(tài)，如各母線的電壓（幅值及相角），各元件中流過的功率分布，系統(tǒng)的功率損耗等等。潮流計算是研究電力系統(tǒng)的一種最基本和最重要的計算。

2 發(fā)展實用化電力系統(tǒng)潮流穩(wěn)定分析系統(tǒng)的重要性

隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，社會對電力的需求量也逐漸增大，因此，電力系統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)模也在隨之擴張，這也就造成當前電網(wǎng)系統(tǒng)的結構日漸復雜，龐大數(shù)據(jù)需要一套完善科學的管理系統(tǒng)作為支撐，以保障電力系統(tǒng)在運行過程中，進行潮流的計算與穩(wěn)定的分析，這也是現(xiàn)階段電力系統(tǒng)管理相關人員需要做的主要工作之一。而當前飛速發(fā)展的計算機技術，也為更加實用化電力系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了技術層面的支持與保障，很多新型的方法相繼出現(xiàn)，以及相關數(shù)據(jù)庫技術的科學使用，保障了電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理方面的正常運行，工作人員能夠有針對性的對系統(tǒng)數(shù)據(jù)完成檢索、修改、刪除等動作。

3 實用化電力系統(tǒng)潮流穩(wěn)定分析系統(tǒng)的概述

整個程序主要運用的設計方法為模塊化，大體上由四個相關模塊組成，分別為數(shù)據(jù)管理模塊、潮流數(shù)據(jù)計算模塊、穩(wěn)定數(shù)據(jù)計算模塊、數(shù)據(jù)結構輸出模塊等。

3.1 系統(tǒng)原始文件的形成

在電力系統(tǒng)中，潮流穩(wěn)定的相關計算主要與發(fā)電機、電網(wǎng)負荷、相關線路等數(shù)據(jù)有關，其中涉及到的數(shù)據(jù)龐雜、系統(tǒng)眾多，在傳統(tǒng)的方法中，通常都需要在進行計算之前，對相關數(shù)據(jù)做出相應文件，但在數(shù)據(jù)如此龐雜的條件下，不僅工作量很大，且很容易出現(xiàn)誤差多錯漏，且在數(shù)據(jù)的日常維護方面也相對繁瑣，不利于相關數(shù)據(jù)的檢索與修改。而使用數(shù)據(jù)庫方法進行管理便能夠有效解決這一問題，利用這種方法建立起多個不同的數(shù)據(jù)庫文件，并將與之配套的數(shù)據(jù)管理程序應用其中。這種方法具備方便檢索、輸入、修改、整合、打印等優(yōu)勢，能夠在很大程度上提升系統(tǒng)操作的靈活性，為日后數(shù)據(jù)的管理工作帶來便利。

3.2 漢化潮流穩(wěn)定計算

隨著電力系統(tǒng)要求的不斷提高，系統(tǒng)運行的相關操作人員對軟件的計算速度與軟件使用的方面行也提出了更高的要求。而實用化潮流穩(wěn)定分析系統(tǒng)采用的設計標準來自工程軟件，將漢字顯示融入到傳統(tǒng)的西文系統(tǒng)中去，并實現(xiàn)了全屏幕的操作菜單，這也就在很大程度上方便了相關操作人員的使用，工作人員不僅能夠通過移動光標來操作窗口，還能夠完成系統(tǒng)下的多種交互功能，以保障電力系統(tǒng)的潮流穩(wěn)定極端能夠正常進行。相應的，潮流計算主要有牛頓-拉弗遜法、最優(yōu)乘子法以及PQ快速分析法等三種；而穩(wěn)定計算主要有動穩(wěn)、靜穩(wěn)、暫穩(wěn)等三種子窗口，而相應的計算方法主要有改進Euler法、隱式積分法、Rung-Kutta等。

3.3 系統(tǒng)相關結果可視化

該系統(tǒng)主要提供了自由、圖形、表格等三種主要的輸出方式，以供使用者進行選擇。其中，潮流計算所采用的主要輸出的形式為表格式與自由式，對系統(tǒng)進行使用的工作人員可以根據(jù)自身需求與客觀需要，對自由式輸出中顯示的相關數(shù)據(jù)運用適合的數(shù)據(jù)編程進行操作。而穩(wěn)定計算可以采用自由、圖形、表格等任意一種輸出方式。針對動態(tài)與暫態(tài)的穩(wěn)定子窗口，普遍采用的是圖形輸出。相關的使用者完全可以根據(jù)自身的需求與習慣選擇適合的輸出方式，以便相關人員獲得更加直觀、更加滿意的輸出結果。

4 實用化電力系統(tǒng)潮流穩(wěn)定分析方法

4.1 數(shù)值積分法

數(shù)值積分法是研究大擾動后暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的最準確實用的方法，其研究的時域范圍小于10s，涉及到發(fā)電機機電暫態(tài)過程、勵磁系統(tǒng)、調速系統(tǒng)、快速無功補償裝置、HVDC和異步電動機的動態(tài)響應過程。

4.2 中長期時域仿真

許多影響電壓穩(wěn)定性的系統(tǒng)元件的響應時間會持續(xù)數(shù)分鐘，歷史上的電壓崩潰事故也證實了這一點，典型的影響中長期電壓穩(wěn)定的因素有投切電容器、勵磁限制、有載調壓變壓器、負荷恢復特性等。此外，影響暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的發(fā)電機等因素，對中長期電壓穩(wěn)定性也會產(chǎn)生影響。這種方法在運用時通常采用以下三種方式：一是采用足夠小的步長進行數(shù)值積分；二是在快動態(tài)過程結束后加大積分步長；三是根據(jù)系統(tǒng)行為自動調整步長。第1種方法與暫態(tài)穩(wěn)定分析方法沒有區(qū)別，后兩種方法中變量的變化率可作為調整步長的判據(jù)。

4.3 基于微分方程定性理論的小擾動分析方法

電壓穩(wěn)定問題涉及時間范圍通常較寬，同時涉及到幾乎所有的電力系統(tǒng)機電和機械動態(tài)過程。如果對所有動態(tài)元件建立模型并進行線性化，則會帶來極大的分析難度。因而，如何根據(jù)研究目的建立盡可能簡化，又能準確反映系統(tǒng)動態(tài)過程的模型，成為小擾動分析的關鍵。嚴格來說，即使研究局部性質時，一次線性近似系統(tǒng)也不是總能替代原系統(tǒng)，附近的局部穩(wěn)定性，才可以由線性化方法來分析，而對于系統(tǒng)的非雙曲平衡點，則需要采用中心流形理論來分析其局部穩(wěn)定。

5 結語

實用化電力系統(tǒng)潮流穩(wěn)定分析系統(tǒng)運用先進的數(shù)據(jù)庫技術，不僅保障了電力管理工作的準確與效率，還能夠完成數(shù)據(jù)文件的自動生成，使電力系統(tǒng)的相關數(shù)據(jù)工作簡單化；運用了多窗口的相關技術，完成了工作部門之間的交互，使系統(tǒng)的操作更富有靈活性；漢化的操作節(jié)目也更有利于工作人員的操作，是當前比較好的電力管理系統(tǒng)。

［1］張尚.電力系統(tǒng)潮流、短路電流、動態(tài)穩(wěn)定等應用程序考評計算中的幾個問題［J］.電網(wǎng)技術，2013，11（05）：78-80.

［2］張艷萍.基于特征值優(yōu)化理論的小干擾穩(wěn)定約束最優(yōu)潮流研究［J］.中國電機工程學報，2014，1（01）：156-158.

［3］楊靜.電力系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡與負荷模型辨識及其在電壓穩(wěn)定分析中的應用［D］.天津大學，2013.