基于PSASP的電網(wǎng)潮流與穩(wěn)定性計算分析

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(陜西理工大學(xué)電氣工程學(xué)院，陜西 漢中 723000)

1 引言

可靠、安全、經(jīng)濟是電力系統(tǒng)運行的基本要求。對于電力系統(tǒng)分析而言，潮流計算是電力系統(tǒng)中非常基本且重要的的一種分析計算。潮流計算可以通過電網(wǎng)給定的發(fā)電機、母線、樞紐點、負(fù)荷等各種已知條件，確定各個原件和節(jié)點未知參數(shù)如電壓、電流、有功功率、無功功率等，從而可以采取觀察各節(jié)點運行情況，調(diào)整電源容量，選擇正確的無功補償裝置等一系列措施，合理規(guī)劃電網(wǎng)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得電網(wǎng)運行更加安全，穩(wěn)定。在PSASP仿真軟件中，潮流計算還是短路計算，網(wǎng)損計算，靜態(tài)穩(wěn)定計算等諸多電力系統(tǒng)計算分析的基礎(chǔ)。

隨著近幾年電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，電網(wǎng)逐步從小型電網(wǎng)、區(qū)域電網(wǎng)邁向大型電網(wǎng)、綜合電網(wǎng)，未來，還計劃建成跨國電網(wǎng)、聯(lián)合電網(wǎng)。以前當(dāng)電網(wǎng)容量還比較小時，電壓等級還比較低，電網(wǎng)穩(wěn)定性問題并未引起廣泛關(guān)注。但隨著負(fù)荷逐年遞增，接入系統(tǒng)的容量逐漸增大，穩(wěn)定性問題日益突出。美國、加拿大等地在最近幾十年中多次爆發(fā)了由于電壓崩潰而造成的大規(guī)模停電事故，致使上千萬人的生活工作收到了嚴(yán)重影響，因此電壓穩(wěn)定性研究具有重大意義。電壓穩(wěn)定的分類迄今也沒有固定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，中國的分類標(biāo)準(zhǔn)和歐美不一樣，傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)在也不一樣，一般來說，根據(jù)功角穩(wěn)定將電壓穩(wěn)定分為三種： 靜態(tài)穩(wěn)定，暫態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定。靜態(tài)穩(wěn)定是指系統(tǒng)收到小干擾擾動時系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定的能力，也稱作小干擾穩(wěn)定。暫態(tài)穩(wěn)定是指系統(tǒng)系統(tǒng)收到大規(guī)模擾動后系統(tǒng)在一兩個周期內(nèi)的穩(wěn)定性問題。動態(tài)穩(wěn)定是指系統(tǒng)經(jīng)過小干擾擾動或大干擾擾動后采取措施的系統(tǒng)穩(wěn)定性。PSASP軟件的電壓穩(wěn)定分析模塊屬于靜態(tài)穩(wěn)定分析范疇[1]。本文以CEPRI 7節(jié)點為例進(jìn)行靜態(tài)電壓穩(wěn)定性分析。

2 PSASP潮流計算和電壓穩(wěn)定模塊特點

電力系統(tǒng)分析綜合程序(Power System Analysis Software Package)簡稱PSASP，是一款歷史悠久，功能強大，使用方便，使用范圍廣的電力系統(tǒng)仿真軟件程序。它具有我國完全自主知識產(chǎn)權(quán)，是資源共享，高度集成，具有自行建模功能的軟件包。PSASP基于電網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，固定模型庫及用戶自定義建模的支持，可進(jìn)行電力系統(tǒng)(發(fā)電、輸電、供電、配電系統(tǒng))的常規(guī)潮流，最優(yōu)潮流，短路電流和暫態(tài)穩(wěn)定等計算。在設(shè)計電路時通過預(yù)先分析的方式預(yù)測系通的開發(fā)方案，繪制地理接線圖，單線圖，廠站接線圖等，并通過多種模擬方案研究電網(wǎng)設(shè)計是否可行，從而能在設(shè)計真實電網(wǎng)系統(tǒng)時能夠盡可能快的完成，提出電網(wǎng)設(shè)計的工作效率。也可通過MATLAB軟件或者C語言調(diào)用相應(yīng)的模塊，不再編寫這些功能的代碼，從而直接利用仿真結(jié)果進(jìn)一步分析。同時，該軟件還具備數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫灩δ?，可以效驗?zāi)K仿真中的相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)計算的結(jié)果以Excel及TxT的文件形式輸出[2]。

2.1 PSASP 潮流計算模塊特點

PSASP 潮流計算模塊具有強大的計算分析功能，可進(jìn)行PQ分解法，最優(yōu)因子法、PQ分解轉(zhuǎn)牛頓法、牛頓法(功率式)、牛頓法(電流式)等計算選擇，以保證計算結(jié)果收斂。PSASP強大的圖形繪制功能，可以在繪制好的單線圖和地理接線圖上顯示潮流初始參數(shù)數(shù)據(jù)和計算結(jié)果，并且可以非常方便的修改潮流方式。可自動統(tǒng)計計算全網(wǎng)總發(fā)電量，總負(fù)荷等各種參數(shù)并選擇參數(shù)單位，精度以及變量類型報表輸出[3]。

2.2 PSASP電壓穩(wěn)定計算模塊特點

PSASP電壓穩(wěn)定計算主要考慮負(fù)荷、發(fā)電機、發(fā)電機勵磁系統(tǒng)、有載調(diào)壓電壓器分接頭等與電壓穩(wěn)定性密切相關(guān)的動態(tài)原件特性[4]。在基于潮流計算的基礎(chǔ)上，選擇發(fā)電機、負(fù)荷、變壓器的運行過度方式，控制信息進(jìn)行常規(guī)潮流，病態(tài)潮流，主導(dǎo)負(fù)荷點，步長等選擇設(shè)置。可以充分考慮負(fù)荷靜特性，變壓器有載調(diào)壓等因素，計算結(jié)果以完整PV曲線或PQ曲線輸出。報表結(jié)果內(nèi)容顯示電壓的穩(wěn)定裕度以及當(dāng)前電力系統(tǒng)距離電壓不穩(wěn)定點的距離，進(jìn)而分析可以引發(fā)系統(tǒng)電壓崩潰的薄弱區(qū)域與薄弱點，計算電壓失穩(wěn)臨界點，保證電網(wǎng)正常運行[5]。

3 算例分析

3.1 系統(tǒng)單線圖

本文以CEPRI 7 節(jié)點系統(tǒng)為例進(jìn)行計算分析，本系統(tǒng)由三臺發(fā)電機，四個雙繞組變壓器，一個并聯(lián)電抗器組成，其中S1是平衡節(jié)點，G1為PQ節(jié)點，G2為PV節(jié)點，負(fù)荷所連母線的節(jié)點是PQ節(jié)點兩臺變壓器的接線方式是三角形/三角形接線，系統(tǒng)的參數(shù)分布圖如圖1所示。

圖1 CEPEI7節(jié)點系統(tǒng)單線圖

3.2 潮流分布圖

在系統(tǒng)單線圖完成之后，進(jìn)行系統(tǒng)的潮流計算，系統(tǒng)的潮流分布如圖2 所示。

圖2 CEPEI7節(jié)點系統(tǒng)潮流分布圖

3.3 潮流分析及報表

潮流結(jié)果報表以Excel 報表形式輸出系統(tǒng)中所有元件的結(jié)果，包括總的有功發(fā)電，總的有功負(fù)荷，總的有功損耗。以下報表數(shù)據(jù)均為標(biāo)么值輸出，本系統(tǒng)部分元件輸出結(jié)果如表1～表3 所示。

表1 結(jié)果綜述表

表2 負(fù)荷結(jié)果報表

表3 發(fā)電機結(jié)果報表

3.4 電壓穩(wěn)定計算設(shè)置

在潮流計算的基礎(chǔ)上，分析負(fù)荷B2-220電壓穩(wěn)定情況，負(fù)荷過度方式按初值設(shè)置，范圍為全網(wǎng)，設(shè)定對象為PL、QL。常規(guī)潮流方法設(shè)置為牛頓功率法，步長設(shè)置為0.1，以變壓器T2W9和T2W10為斷面觀察PV曲線，結(jié)果如圖3所示。

圖3 負(fù)荷B2-220PV曲線

3.5 電壓穩(wěn)定計算結(jié)果輸出

電壓穩(wěn)定計算報表以Excel 報表形式輸出系統(tǒng)中所有結(jié)果，包括發(fā)電機穩(wěn)定極限結(jié)果，負(fù)荷穩(wěn)定極限結(jié)果，以下報表數(shù)據(jù)均為標(biāo)么值輸出，本系統(tǒng)部分元件輸出結(jié)果如表4～表7所示。

表4 發(fā)電機穩(wěn)定極限報表

表5 負(fù)荷穩(wěn)定極限報表

表6 電壓靈敏度分析表

表7 電壓穩(wěn)定模態(tài)分析報表

PV曲線的頂點(|Z|=|ZS|)就是電壓穩(wěn)定臨界點，對應(yīng)著電力系統(tǒng)的負(fù)荷極限狀態(tài)[7]，由表6和表7可看出各節(jié)點的靈敏度和參與因子，靈敏度越大，參與因子越多的區(qū)域越薄弱，即G1為系統(tǒng)的薄弱節(jié)點和薄弱區(qū)域。

4 結(jié)語

本文利用PSASP電力系統(tǒng)仿真程序?qū)EPRI7節(jié)點系統(tǒng)潮流計算和電壓穩(wěn)定性分析，通過仿真計算可以求得系統(tǒng)潮流計算結(jié)果以及發(fā)電機穩(wěn)定極限，負(fù)荷穩(wěn)定極限，電壓靈敏度等。從而證明PSASP 能夠很好地分析實際電網(wǎng)的潮流分布和電壓穩(wěn)定情況，能夠滿足電力系統(tǒng)運行分析與規(guī)劃的仿真需要，從而保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。