試析電力系統(tǒng)在線安全穩(wěn)定分析技術(shù)

馮云

摘 要：電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定是維持人們正常生活、企業(yè)正常運行的重要保障。我國傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)在線安全穩(wěn)定性相對較差。為改善這種情況，目前我國電力系統(tǒng)正在進(jìn)行相關(guān)的穩(wěn)定分析，以求對以往的電力系統(tǒng)中存在的缺陷進(jìn)行一定的改善。本文將對電力系統(tǒng)在線安全穩(wěn)定分析技術(shù)做出簡要分析，希望能夠通過探討得出在電力系統(tǒng)工作過程中，值得參考的意見。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；在線；安全穩(wěn)定分析；技術(shù)

隨著我國社會各項事業(yè)的不斷發(fā)展，我國電力系統(tǒng)的相關(guān)工作也有了明顯的改善。國家電網(wǎng)逐漸引入了大型高壓交直流輸電技術(shù)，以期為我國的電力系統(tǒng)帶來全新的面貌。隨著居民及企業(yè)用電要求的不斷提高，電力系統(tǒng)的輸電工作也正不斷加大。為了保障用電安全，保證用電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行非常重要。而我國傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析技術(shù)存在這多種不足，可能會導(dǎo)致實際測量工作存在誤差。為了電力系統(tǒng)的健康發(fā)展，目前相關(guān)技術(shù)工作人員正對電力系統(tǒng)在線安全穩(wěn)定分析技術(shù)進(jìn)行完善。

1 電力系統(tǒng)在線安全穩(wěn)定分析技術(shù)的使用現(xiàn)狀

電力系統(tǒng)的建設(shè)需要融合多種技術(shù)，需要廣泛融入不同領(lǐng)域的技術(shù)型人才。近些年間，很多國家都開始了對電力系統(tǒng)在線安全穩(wěn)定分析技術(shù)的相關(guān)研究，并且這項技術(shù)在我國及美國已經(jīng)展開了應(yīng)用。目前，我國相關(guān)電力工作人員對在線安全穩(wěn)定分析技術(shù)的研究已經(jīng)有了一定的成果，對指導(dǎo)電力系統(tǒng)的運行有一定的成效。

2 電力系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度

電力系統(tǒng)的主要工作目標(biāo)是向電能使用者提供能夠持續(xù)、穩(wěn)定使用的電能。目前，隨著高新科技在電力系統(tǒng)的不斷引入，我國的供電網(wǎng)絡(luò)正在朝著智能化、科技化發(fā)展。如何通過新興的科學(xué)技術(shù)實現(xiàn)電能的持續(xù)、穩(wěn)定輸送，是相關(guān)技術(shù)人員必須通過研究解決的問題。以往我國采用的分析技術(shù)，很難對供電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實時的監(jiān)測。而在線安全穩(wěn)定分析技術(shù)則能夠及時檢測得出目前供電網(wǎng)絡(luò)中存在的問題，并通過及時的解決，避免問題的擴大，這也對用戶的安全用電提供有力的保障。

3 電力系統(tǒng)在線安全穩(wěn)定分析技術(shù)的工作原理

電力系統(tǒng)在線安全穩(wěn)定分析技術(shù)主要依賴互聯(lián)網(wǎng)云技術(shù)的相關(guān)工作而實現(xiàn)。這種技術(shù)需要將相關(guān)的穩(wěn)定性分析數(shù)據(jù)傳入到相應(yīng)系統(tǒng)中，之后輔助決策系統(tǒng)在根據(jù)實際工作需求進(jìn)行自動化、智能化的分析和改進(jìn)。之后再通過相應(yīng)的質(zhì)量檢查、分析、評估等過程，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定分析，進(jìn)而保障輸電安全。

3.1 數(shù)據(jù)整合生成。在線安全穩(wěn)定分析系統(tǒng)，首先通過接收電網(wǎng)系統(tǒng)提供的電網(wǎng)的各項運行數(shù)據(jù)、各種電力設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)、客戶的計量數(shù)據(jù)以及設(shè)置的靜態(tài)模擬數(shù)據(jù)，然后利用電網(wǎng)的動態(tài)模型計算各類參數(shù)，將計算結(jié)果經(jīng)過匯聚和整合就生成了在線的應(yīng)用數(shù)據(jù)。這些應(yīng)用數(shù)據(jù)不僅動態(tài)的顯示電網(wǎng)的運行狀況，而且也為穩(wěn)定性分析提供數(shù)據(jù)支持。

3.2 靜態(tài)安全性能分析。有別于在線安全的穩(wěn)定性分析的靜態(tài)安全性能分析，主要是分析在電網(wǎng)正常運行狀態(tài)下，對構(gòu)成電網(wǎng)系統(tǒng)的不同元件在預(yù)想指定故障后進(jìn)行靜態(tài)的開或斷，然后進(jìn)行開斷分析。根據(jù)分析結(jié)果，確定在靜止的故障條件下以及預(yù)想指定故障之后，整個電網(wǎng)系統(tǒng)是否會出現(xiàn)荷載過量的變壓器、路線，確定相應(yīng)的輔助措施，確n-1狀態(tài)下電流均不越過限定值。靜態(tài)安全分析是假定故障后，系統(tǒng)能否進(jìn)入正常狀態(tài)的一種分析計算，它是傳統(tǒng)靜態(tài)n-1故障條件下安全分析的進(jìn)一步延伸。

3.3 暫態(tài)穩(wěn)定性分析。暫態(tài)穩(wěn)定分析主要是分析暫態(tài)電壓、暫態(tài)功率以及暫態(tài)頻率這三方面，這些分析可以判斷出電力系統(tǒng)三方面的穩(wěn)定性，即電壓、功率、頻率。針對以上三方面的不穩(wěn)定故障或故障后阻力，給出應(yīng)對的輔助措施。暫態(tài)穩(wěn)定分析通過對系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析給出的仿真曲線進(jìn)行分析，確定某個預(yù)想故障的暫態(tài)穩(wěn)定裕度及主導(dǎo)模式、暫態(tài)頻率和電壓的安全穩(wěn)定裕度及其相關(guān)主導(dǎo)模式，為部門的電力系統(tǒng)調(diào)度員提供在線監(jiān)視手段。

3.4 小擾動穩(wěn)定分析。小擾動穩(wěn)定分析，分析電網(wǎng)受到小擾動后，在自動調(diào)節(jié)和控制裝置的作用下保持運行穩(wěn)定的能力，判斷斷面潮流的動態(tài)穩(wěn)定性。小擾動穩(wěn)定分析功能應(yīng)分析計算全網(wǎng)振蕩模式和阻尼比，并從中篩選出最關(guān)鍵的若干主導(dǎo)振蕩模式，給出當(dāng)前運行方式下系統(tǒng)存在的低頻振蕩模式，給出阻尼比、振蕩頻率和參與元件等信息，得出系統(tǒng)小擾動的動態(tài)穩(wěn)定性結(jié)論，同時給出提升阻尼比水平的輔助措施。

3.5 短路電流分析。短路電流分析是在某種故障下，求出流過短路點及各支路的故障電流，確定系統(tǒng)中各廠站的短路電流水平和短路容量。短路電流計算通過先求解網(wǎng)絡(luò)節(jié)點導(dǎo)納矩陣，再根據(jù)指定的短路節(jié)點，求取該節(jié)點在阻抗矩陣中對應(yīng)的一列元素，該列阻抗元素包含節(jié)點的自阻抗和與全網(wǎng)其它節(jié)點互阻抗，由此就可以求出該節(jié)點的短路電流及全網(wǎng)其它節(jié)點的短路電壓及其它支路的短路電流。而流經(jīng)斷路器的短路電流功能主要是通過分析短路母線所屬廠站內(nèi)部的設(shè)備連接關(guān)系，確定某物理母線短路后各斷路器上的電流。在潮流文件中，母線為邏輯母線；一條邏輯母線可以對應(yīng)有多條物理母線，物理母線之間通過開關(guān)設(shè)備連接成通路。

3.6 穩(wěn)定裕度評估。穩(wěn)定裕度評估，是用來對電網(wǎng)斷面的穩(wěn)定水平進(jìn)行評估的。在評估過程中，要分別計算出各個指定斷面的熱穩(wěn)定極限值、暫態(tài)穩(wěn)定極限值以及靜態(tài)穩(wěn)定極限值，然后用這三個極限值里的最小數(shù)值，來確定該斷面的電流傳輸極限，進(jìn)行穩(wěn)定裕度的評估。穩(wěn)定裕度評估通常用于實時監(jiān)控、檢修、用電調(diào)度等方面，為整個電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行的提供具有實際操作性的數(shù)據(jù)支持。

4 仿真分析

2013年某日，某地局部地區(qū)有雷雨天氣，統(tǒng)調(diào)用電負(fù)荷較高。16∶12∶07，500kV某輸電線跳閘，AC相故障，兩側(cè)兩套線路主保護(hù)動作；16∶12∶11，500kV輸電1線跳閘，BC相故障，兩側(cè)兩套線路主保護(hù)動作；該地電網(wǎng)500kV主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)遭到一定程度的破壞。以此故障為例，對500kV輸電線雙線相繼跳閘時，系統(tǒng)的暫態(tài)功角穩(wěn)定性、暫態(tài)電壓安全性和暫態(tài)頻率安全性進(jìn)行仿真計算，結(jié)果如圖1所示，并與WAMS系統(tǒng)中記錄的實際曲線進(jìn)行了對比。

由圖1可見，500kV輸電雙線相繼跳閘時系統(tǒng)的暫態(tài)功角、暫態(tài)電壓和暫態(tài)頻率均不會失穩(wěn)，且有較大的穩(wěn)定裕度，相關(guān)敏感機組的功角、敏感母線的電壓及頻率經(jīng)過兩次波動后，均能過渡到新的或恢復(fù)到原有的穩(wěn)定運行狀態(tài)。同時，DSA離線計算曲線與WAMS實際曲線的一致性證明了DSA離線計算模塊的準(zhǔn)確性。

結(jié)束語

電力系統(tǒng)的在線安全穩(wěn)定分析，是通過開展對系統(tǒng)靜態(tài)安全分析、暫態(tài)穩(wěn)定性分析、小擾動穩(wěn)定分析、短路電流分析、穩(wěn)定裕度評估，研究電力系統(tǒng)的在線安全穩(wěn)定特性。對電力系統(tǒng)進(jìn)行安全穩(wěn)定分析，能夠切實保障用戶電能使用工作的正常進(jìn)行。我國應(yīng)該進(jìn)一步完善在線安全穩(wěn)定分析技術(shù)，進(jìn)而為電網(wǎng)事故應(yīng)急處理提供相關(guān)理論依據(jù)。與此同時，使用在線安全穩(wěn)定分析技術(shù)，能夠縮短電網(wǎng)故障處理周期，為優(yōu)化我國電力系統(tǒng)做出貢獻(xiàn)。

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