基于相似分區(qū)快速求取節(jié)點(diǎn)負(fù)荷等效阻抗模的研究

張鳳杰

（遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院，遼寧沈陽110023）

0 引言

隨著電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大和電力系統(tǒng)間互聯(lián)的增加，電壓穩(wěn)定問題越來越受到關(guān)注。利用阻抗解析法判斷電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，在定量、定性和機(jī)理分析上，都是一種切實(shí)有效的方法。文獻(xiàn)[1-2]應(yīng)用求取的網(wǎng)絡(luò)阻抗模值估計(jì)電壓穩(wěn)定極限；文獻(xiàn)[3]提出了運(yùn)用負(fù)荷等效阻抗模來判定電壓穩(wěn)定的臨界狀態(tài)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)負(fù)荷的阻抗模等于系統(tǒng)內(nèi)阻抗模時(shí)，可以判斷該節(jié)點(diǎn)的電壓是臨界穩(wěn)定的。在電力系統(tǒng)供需矛盾尖銳的緊急狀態(tài)下，電力系統(tǒng)電壓將會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)問題，此時(shí)節(jié)點(diǎn)負(fù)荷阻抗模的求取方法和計(jì)算速度也就顯得尤為重要。目前，節(jié)點(diǎn)負(fù)荷阻抗模的求取主要有潮流算法、靈敏度算法、功率算法等多種方法。

1 定義相似區(qū)的概念

在電力系統(tǒng)中，將節(jié)點(diǎn)負(fù)荷阻抗模對(duì)負(fù)荷的靈敏度相近的節(jié)點(diǎn)劃分為一個(gè)區(qū)域，稱此區(qū)域?yàn)橄嗨茀^(qū)。在每個(gè)相似區(qū)中，只取其中一個(gè)最具代表性的靈敏度作為該相似區(qū)中節(jié)點(diǎn)負(fù)荷阻抗模對(duì)負(fù)荷的靈敏度。設(shè)系統(tǒng)共有N個(gè)節(jié)點(diǎn)，第i個(gè)節(jié)點(diǎn)為待研究節(jié)點(diǎn)，其阻抗模的值記為。其中m個(gè)節(jié)點(diǎn)負(fù)荷不斷增長，節(jié)點(diǎn)負(fù)荷阻抗模對(duì)負(fù)荷的靈敏度記為?/?Sj，即把?/?Sj相近的節(jié)點(diǎn)劃分在一個(gè)區(qū)域內(nèi)。

2 利用相似區(qū)求取節(jié)點(diǎn)負(fù)荷阻抗模

2.1 節(jié)點(diǎn)負(fù)荷阻抗模的求取

節(jié)點(diǎn)負(fù)荷阻抗模是指節(jié)點(diǎn)負(fù)荷電壓模值的平方與其視在功率值之比，它不僅包含節(jié)點(diǎn)的電壓，而且與節(jié)點(diǎn)的有功和無功負(fù)荷相關(guān)，因此它是一個(gè)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)綜合量的信息。設(shè)系統(tǒng)共有N個(gè)節(jié)點(diǎn)，第i個(gè)節(jié)點(diǎn)為待研究節(jié)點(diǎn)，其阻抗模的值為。以往采用先進(jìn)行潮流計(jì)算，求出待研究節(jié)點(diǎn)的電壓Vi，然后再求出節(jié)點(diǎn)負(fù)荷阻抗模的方法。

式中，Si為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的視在功率。

2.2 相似分區(qū)法求取節(jié)點(diǎn)負(fù)荷阻抗模

首先把某一種運(yùn)行工況定為基態(tài)，此時(shí)待研究節(jié)點(diǎn)負(fù)荷的阻抗模記為0。當(dāng)系統(tǒng)中某些節(jié)點(diǎn)負(fù)荷改變?yōu)棣時(shí)，相應(yīng)的待研究節(jié)點(diǎn)負(fù)荷阻抗模的變化量為Δ。此時(shí)求取在當(dāng)前運(yùn)行工況下節(jié)點(diǎn)負(fù)荷阻抗?！錇椋?/p>

把系統(tǒng)中第j個(gè)節(jié)點(diǎn)的視在功率記為Sj，其變化量記為ΔSj，則有：

若系統(tǒng)中有k個(gè)節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷改變，利用相似區(qū)將節(jié)點(diǎn)負(fù)荷劃分為若干個(gè)區(qū)域，同一個(gè)區(qū)域中的?/?Sj用?/?Sl代替，那么待研究節(jié)點(diǎn)負(fù)荷阻抗模的變化量Δ則為：

3 相似分區(qū)法求取等效阻抗模的步驟

按照本文所提出的方法，求取節(jié)點(diǎn)負(fù)荷等效阻抗模的步驟如下：（1）把某一種運(yùn)行工況定為基本運(yùn)行狀態(tài)，然后進(jìn)行潮流計(jì)算，利用公式（1）求出此運(yùn)行工況下節(jié)點(diǎn)負(fù)荷阻抗模（2）利用相似區(qū)的概念將負(fù)荷變化性質(zhì)相似的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相似分區(qū)；（3）利用公式（3）求出節(jié)點(diǎn)負(fù)荷阻抗模變化量每個(gè)相似區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)負(fù)荷阻抗模對(duì)負(fù)荷的靈敏度取同一值；（4）利用公式（2）求得負(fù)荷變化時(shí)節(jié)點(diǎn)負(fù)荷等效的阻抗模。

4 實(shí)例仿真分析

以IEEE30節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)為例，表1是讓7、15、16、17、18、19、20、21、23、24、26節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷不斷改變時(shí)，求取第26節(jié)點(diǎn)負(fù)荷阻抗模的計(jì)算數(shù)據(jù)。利用相似區(qū)將以上11個(gè)節(jié)點(diǎn)劃分為3個(gè)區(qū)域，即7、15、20、26節(jié)點(diǎn)劃分為一個(gè)區(qū)域，16、18、19節(jié)點(diǎn)劃分為一個(gè)區(qū)域，17、21、23、24節(jié)點(diǎn)劃分為一個(gè)區(qū)域。取基態(tài)時(shí)S26=0.370 3，此種工況下26節(jié)點(diǎn)的阻抗模0=2.074 5表示用本文所提出的方法求出的11節(jié)點(diǎn)負(fù)荷阻抗模，′表示用修正方法求出的節(jié)點(diǎn)負(fù)荷阻抗模，表示用潮流方法求出的節(jié)點(diǎn)負(fù)荷阻抗模的真實(shí)值。

表1 IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)第26節(jié)點(diǎn)負(fù)荷的阻抗模

表2為本文算法、修正算法和潮流算法求取節(jié)點(diǎn)負(fù)荷阻抗模的計(jì)算時(shí)間及其比較。提高倍數(shù)1為本文算法與潮流算法計(jì)算時(shí)間倍數(shù)比較，提高倍數(shù)2為本文算法與修正算法計(jì)算時(shí)間倍數(shù)比較。

表2 IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)負(fù)荷阻抗模計(jì)算時(shí)間

5 結(jié)語

由IEEE提供的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)的算例表明，采用本文所提出的利用相似分區(qū)方法求取的節(jié)點(diǎn)負(fù)荷的等效阻抗模與修正算法和潮流方法相比，三種算法之間的誤差都非常小，但是在計(jì)算速度上，本文所提出的方法更占優(yōu)勢(shì)。大量算例表明，采用本文所述方法的計(jì)算速度比潮流算法快10倍以上，比修正算法快1倍以上，因而本文算法對(duì)電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析具有較高實(shí)用價(jià)值。

[1]VU K,BEGOVIC M M,NOVOSEL D,et al.Use of local Measurements to Estimate Voltage Stability Margin[C]//International Conference on Power Industry Computer Applications,1997:318-323.

[2]HAQUE M H.A Fast Method for Determining the Voltage Stability Limit of a Power System[J].Electric Power Systems Research,1995,32(1):35-43.

[3]葛維春.電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性與電壓崩潰的研究[D].北京：華北電力大學(xué)，1992.