電氣距離計(jì)算在風(fēng)電故障分析中的應(yīng)用解析

張德新

摘 要：該文主要通過(guò)對(duì)幾種不同的電氣距離計(jì)算方式進(jìn)行對(duì)比分析，通過(guò)軟件仿真驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)在實(shí)踐中應(yīng)用傳統(tǒng)的阻抗法表示的電氣距離在其整體功率變化相對(duì)較大的狀況之下，無(wú)法對(duì)于地表征節(jié)點(diǎn)間的電氣距離進(jìn)行表示；而靈敏度法雖然在實(shí)踐中對(duì)于物理意義缺乏明確性，但是其針對(duì)性相對(duì)較強(qiáng)，同時(shí)靈敏法表征的電氣距離在進(jìn)行電網(wǎng)的分區(qū)以及其相鄰的風(fēng)電場(chǎng)故障的防范過(guò)程中，相對(duì)于傳統(tǒng)的方式其精準(zhǔn)度更加顯著。

關(guān)鍵詞：電氣距離計(jì)算 風(fēng)電故障分析 應(yīng)用解析

中圖分類號(hào)：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）06（c）-0071-02

在實(shí)踐中，各種風(fēng)電連鎖事故屢見不鮮，其是否引起一定的連鎖事故與節(jié)點(diǎn)間電氣距離的實(shí)際大小有著較為密切的關(guān)系，其中電氣距離自身的意義嚴(yán)格上來(lái)說(shuō)就是對(duì)于相關(guān)系統(tǒng)中的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的實(shí)際電氣關(guān)系進(jìn)行表征的一種物理量，是一種能量的有效傳遞，對(duì)此在實(shí)踐中其要通過(guò)恰當(dāng)?shù)闹笜?biāo)，對(duì)于其反映能量傳遞的實(shí)際距離以及大小進(jìn)行清晰的反映。但是此種方式在功率變化相對(duì)較大的狀況之下，是無(wú)法保障其結(jié)果的精準(zhǔn)度的，對(duì)此該文主要通過(guò)靈敏度法對(duì)于電氣距離進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而有效地彌補(bǔ)傳統(tǒng)方式的弊端與不足。

1 電氣距離的計(jì)算方法

在實(shí)踐中對(duì)于電氣距離進(jìn)行計(jì)算主要可以分為三類：靈敏度法、阻抗法以及相角法。

1.1 靈敏度法

針對(duì)線性是不變系統(tǒng)，要想對(duì)系統(tǒng)元件對(duì)于網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的相關(guān)影響進(jìn)行衡量，就要對(duì)靈敏度的概念進(jìn)行定義。

在實(shí)踐中靈敏度法在電網(wǎng)的分區(qū)中較常應(yīng)用，其中較為常見的靈敏度計(jì)算方式主要有：

電壓幅值基于無(wú)功功率變化的靈敏度；電壓相角基于有功功率而產(chǎn)生變化的靈敏度。其靈敏度相對(duì)較大，就表明其在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的電氣距離相對(duì)較小，節(jié)點(diǎn)的耦合關(guān)系也就越來(lái)越強(qiáng)。在實(shí)踐中可以通過(guò)PQ分解方式獲得潮流的無(wú)功迭代方程為：

在整個(gè)方程中，表示的就是系統(tǒng)的潮流計(jì)算的計(jì)算機(jī)解法雅克比矩陣中與電壓以及無(wú)功幅值相關(guān)的內(nèi)容與部分。

在此公式中，表示的就是電壓對(duì)于無(wú)功的實(shí)際靈敏度，我們?cè)趯?shí)踐中將其稱之為電壓（無(wú)功）靈敏度矩陣。

如果在實(shí)踐中節(jié)點(diǎn)j之外的其他系統(tǒng)中的相關(guān)節(jié)點(diǎn)都沒(méi)有無(wú)功功率發(fā)生相關(guān)變化，那么就意味著則節(jié)點(diǎn)i以及j之間的實(shí)際電氣距離可以這樣定義：

在公式中，其中α2ij表示的就是在節(jié)點(diǎn)j之上的實(shí)際電壓大小變化為Uj的時(shí)候，其對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)i上面的實(shí)際電壓大小變化為Ui=αij，在大多數(shù)的狀況之下，αijαji，對(duì)此可以保障其矩陣的實(shí)際穩(wěn)定性，同時(shí)也可以保障電氣距離的整體對(duì)稱性。但是靈敏度法在物理意義上具有一定的固有缺陷，無(wú)論是還是都不具有量綱，其本質(zhì)只能反映變化的實(shí)際程度以及快慢，其偏導(dǎo)數(shù)自身的原函數(shù)也不具有物理意義。通過(guò)進(jìn)行電氣距離的計(jì)算過(guò)程中，要默認(rèn)兩點(diǎn)之間開展的功率傳輸是絕對(duì)封閉的，但是在實(shí)踐中嚴(yán)格來(lái)說(shuō)系統(tǒng)中全部的節(jié)點(diǎn)之間都具有功率耦合的關(guān)系，對(duì)此靈敏度方式的實(shí)際精準(zhǔn)度尚待驗(yàn)證。

1.2 阻抗法

抗阻通過(guò)歐姆定律可以了解，其就是電壓與電流的實(shí)際比值，對(duì)于阻抗法的實(shí)際計(jì)算方式，其電氣距離可以通過(guò)節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣中的非對(duì)角兒素Zij進(jìn)行表示。其實(shí)際的電壓的物理合義為：節(jié)點(diǎn)j注入一定的單位電流，當(dāng)其他的相關(guān)節(jié)點(diǎn)都不進(jìn)行電流的注入的時(shí)候，節(jié)點(diǎn)i的電壓，如圖1所示。

線路阻抗的實(shí)際大小無(wú)法真實(shí)地反映實(shí)際的功率傳輸狀況，其具體如圖2所示。

如果假設(shè)圖中的Z1=Z2，在當(dāng)負(fù)荷S1=2S2的時(shí)候，其節(jié)點(diǎn)ij的實(shí)際傳輸功率就是ik的2倍。

1.3 相角法

在實(shí)踐中，通過(guò)相角θ表征兩節(jié)點(diǎn)間實(shí)際電氣距離：，其中l(wèi)表示的是輸電線路的實(shí)際幾何距離；f表示的是系統(tǒng)的頻率；v表示的就是此線路之上的相關(guān)電磁波傳遞的實(shí)際速度；t表示的就是功率傳播需求的相關(guān)實(shí)踐；θ表示的就是輸電線路傳輸引起的實(shí)際相角偏差。

2 電氣距離計(jì)算法的選擇與比較

靈敏度法中表述的電氣距離是電壓以及無(wú)功不同單位中的變量關(guān)系，可以杜宇單一節(jié)點(diǎn)的注入無(wú)功功率產(chǎn)生相關(guān)變化過(guò)程中的節(jié)點(diǎn)電壓變化的內(nèi)在關(guān)系。靈敏度法計(jì)算在實(shí)踐中就是把整個(gè)系統(tǒng)性化處理，也就是說(shuō)在小干擾中較為適宜，基于CEPRI-36節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析通過(guò)對(duì)于這兩種電氣距離的實(shí)際計(jì)算方法進(jìn)行對(duì)比分析。

在實(shí)踐中通過(guò)選擇節(jié)點(diǎn)50作為其主要參考節(jié)點(diǎn)，其中通過(guò)計(jì)算節(jié)點(diǎn)50到不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中的實(shí)際電氣距離Z50jin以及D50j（j=1，2，3，4，5，…，36），然后再通過(guò)PSASP的暫態(tài)模式計(jì)算其對(duì)應(yīng)的母線短路時(shí)候的BUS50的相關(guān)暫態(tài)最低電壓數(shù)據(jù)。通過(guò)實(shí)際的對(duì)比分析可以了解，在應(yīng)用阻抗法電氣距離開展計(jì)算的時(shí)候，其母線最低電壓的實(shí)際大小與電氣距離實(shí)際大小具有線性關(guān)系；在應(yīng)用靈敏度方式的時(shí)候，母線的最低電壓與電氣距離之間缺乏直接的聯(lián)系，主要就是因?yàn)樵趹?yīng)用靈敏度方式對(duì)其進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，其公式具體如下：Q=（）Q，在節(jié)點(diǎn)50為PQ節(jié)點(diǎn)的時(shí)候，可以假設(shè)其有功變化量為P=0，則可以獲得如下公式：Q=（L-KH-1N）U，在實(shí)踐中可以了解其對(duì)于PQ節(jié)點(diǎn)的無(wú)功變化對(duì)于電壓的大小的靈敏度進(jìn)行了表現(xiàn)，但是PU節(jié)點(diǎn)以及平衡節(jié)點(diǎn)的靈敏度并沒(méi)有獲得，主要就是因?yàn)樵诰帉懛匠痰某跏紬l件過(guò)程中，其假設(shè)PU以及平衡節(jié)點(diǎn)的電壓復(fù)制為不產(chǎn)生變化。但是在實(shí)踐中這些節(jié)點(diǎn)自身的無(wú)功在產(chǎn)生一定的變化過(guò)程中，即便其電壓數(shù)值保持不變，PQ自身的節(jié)點(diǎn)電壓也會(huì)產(chǎn)生一定的變化。顯然，靈敏度在對(duì)多節(jié)點(diǎn)特征進(jìn)行研究過(guò)程中具有較為顯著的劣勢(shì)。

3 電氣距離靈敏度法在風(fēng)電中應(yīng)用

3.1 相鄰風(fēng)場(chǎng)連鎖故障的可能性分析

在多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)相鄰的時(shí)候，如果其中一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的近端出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的問(wèn)題與故障，通過(guò)撬棒投入，可以使風(fēng)機(jī)進(jìn)入到普通的異步機(jī)運(yùn)行模式。同時(shí)此風(fēng)場(chǎng)在低電壓穿越的時(shí)候，就會(huì)對(duì)其相鄰的風(fēng)電場(chǎng)產(chǎn)生一定的影響，甚至?xí)?dǎo)致相鄰的風(fēng)電場(chǎng)廠連鎖運(yùn)動(dòng)。其中對(duì)于其連鎖故障的衡量指標(biāo)就是在對(duì)相鄰風(fēng)場(chǎng)對(duì)撬棒運(yùn)動(dòng)風(fēng)場(chǎng)中的無(wú)功靈敏度，也就是相關(guān)靈敏度電氣的實(shí)際距離的大小。

3.2 含風(fēng)電的電壓分區(qū)

電網(wǎng)分區(qū)的基本原則就是，把電網(wǎng)安裝電氣聯(lián)系的實(shí)際緊密程度對(duì)其進(jìn)行合并以及解耦，對(duì)于分區(qū)控制策略進(jìn)行制定，進(jìn)而在實(shí)踐中加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)潮流的控制。

電壓分區(qū)在實(shí)踐中主要就是對(duì)于電壓以及無(wú)功靈敏度進(jìn)行分析，在實(shí)踐中通過(guò)靈敏度的雅閣比矩陣對(duì)其進(jìn)行計(jì)算求解，在基于最優(yōu)化的方式對(duì)其進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于含風(fēng)電的電網(wǎng)在進(jìn)行分區(qū)過(guò)程中，其關(guān)鍵就是對(duì)于異步發(fā)電機(jī)的模型進(jìn)行處理，相對(duì)于普通異步發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，其在一般狀況之下，將其作為PQ的節(jié)點(diǎn)。

由于風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際輸出有功與實(shí)際的風(fēng)速有著密切的關(guān)系，對(duì)此在實(shí)踐中可以將有功P作為恒定，其無(wú)功、轉(zhuǎn)差率以及機(jī)端的電壓有著一定的關(guān)系，如果忽略轉(zhuǎn)差率之間的影響，那么就可以獲得其無(wú)功對(duì)電壓的實(shí)際關(guān)系。

4 結(jié)語(yǔ)

該文主要對(duì)于三種不同的電氣距離計(jì)算方法進(jìn)行了簡(jiǎn)單探究，對(duì)于電氣距離計(jì)算在風(fēng)電故障分析中的應(yīng)用進(jìn)行了解析。

通過(guò)以上的分析以及獲得的結(jié)論，希望可以為今后的風(fēng)電故障分析研究提供理論參考。

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