基于電力系統(tǒng)潮流計(jì)算方法的基本介紹

楊艷

摘? 要：隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展、生活水平的進(jìn)一步提高，人類社會(huì)對(duì)電能的需求以及依賴程度正不斷加深。與此同時(shí)，電力系統(tǒng)自身關(guān)注的焦點(diǎn)也從早期的規(guī)劃設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)移到發(fā)電調(diào)度、潮流控制、安全分析、最優(yōu)運(yùn)行等與電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行密切相關(guān)的領(lǐng)域中去。近年來(lái)，伴隨著一些諸如電氣化鐵路、新能源發(fā)電等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)和發(fā)展，整個(gè)工業(yè)體系對(duì)電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行以及優(yōu)質(zhì)供電的要求越來(lái)越強(qiáng)烈。因此，如何在日趨復(fù)雜的電力系統(tǒng)中保證其安全、穩(wěn)定及可靠運(yùn)行，成為了電力行業(yè)當(dāng)前亟待解決的一大難題。

關(guān)鍵詞：潮流? 節(jié)點(diǎn)? 控制? 穩(wěn)定

中圖分類號(hào)：TM74 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）09（a）-0028-02

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性應(yīng)有著牢固的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，因此，可以從電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的物理特性的角度出發(fā)，各學(xué)者應(yīng)了解與其嚴(yán)格的數(shù)學(xué)定義相一致的物理概念。如何從電力系統(tǒng)安全校正控制方法進(jìn)行研究，針對(duì)系統(tǒng)中出現(xiàn)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓越限和支路有功潮流越限的情況，采取相關(guān)的策略進(jìn)行安全校正控制研究特別重要。以保證可以及時(shí)消除電網(wǎng)越限，保證電網(wǎng)正常運(yùn)行提供幫助。

1? 穩(wěn)態(tài)潮流節(jié)點(diǎn)分類

近年來(lái)，世界上的一些國(guó)家相繼發(fā)生了電壓崩潰事故，雖然事故的起因各有不同，但無(wú)疑都造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失與社會(huì)紊亂，電壓穩(wěn)定問(wèn)題的研究引起了人們?cè)絹?lái)越廣泛地關(guān)注。目前，電壓失穩(wěn)的機(jī)理、指標(biāo)、防止電壓崩潰發(fā)生的策略以及鄰近電壓崩潰點(diǎn)的控制，已成為研究的重點(diǎn)。電壓穩(wěn)定裕度分析是評(píng)估電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的有效手段，它可以給出從系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)到電壓崩潰點(diǎn)的距離，這一距離可以表現(xiàn)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定水平。當(dāng)采用系統(tǒng)可承擔(dān)的最大負(fù)荷量來(lái)衡量電壓穩(wěn)定裕度時(shí)，即為靜態(tài)電壓穩(wěn)定的負(fù)荷裕度分析。電力系統(tǒng)分析中，一般需要4個(gè)方面的節(jié)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行求解分析，傳統(tǒng)的潮流中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有4個(gè)變量來(lái)描述：注入的有功功率、注入的無(wú)功功率、電壓幅值和電壓相角。通常情況下，系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)根據(jù)給定量的不同而分為3類：PQ、PV和平衡節(jié)點(diǎn)，我們可以把電壓幅值和相角作為狀態(tài)變量，把有功功率和無(wú)功功率作為控制變量。

2? 裕度指標(biāo)分析

給出的電力系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)和崩潰點(diǎn)之間的距離度量比狀態(tài)指標(biāo)更為實(shí)用，裕度指標(biāo)給出的值與前文提到的距離成正比，這樣就可以考慮負(fù)荷增長(zhǎng)方式等各種限制條件和相關(guān)因素。鑒于裕度指標(biāo)容易考慮各種約束條件以及為人們供了一個(gè)直觀的評(píng)估電壓穩(wěn)定數(shù)值這些優(yōu)點(diǎn)，使電壓穩(wěn)定的裕度指標(biāo)評(píng)估方法比狀態(tài)指標(biāo)更加受到電力界的廣泛青睞和重視。有文獻(xiàn)指中裕度指標(biāo)是指從某一個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)出發(fā)，以設(shè)定的負(fù)荷增長(zhǎng)模式與發(fā)電機(jī)出力模式計(jì)算電壓崩潰點(diǎn)，從給定的系統(tǒng)操作狀態(tài)，按照一定的負(fù)荷增長(zhǎng)模式的安排發(fā)電機(jī)模型來(lái)計(jì)算電壓崩潰點(diǎn)，所得當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)到電壓崩潰點(diǎn)的距離的電壓穩(wěn)定指數(shù)。從上述描述中可知， 計(jì)算模型的選擇、電壓崩潰點(diǎn)的確定和從電力系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)到崩潰點(diǎn)的路徑的選取問(wèn)題是求取裕度指標(biāo)的3個(gè)重要環(huán)節(jié)。

而電壓穩(wěn)定裕度，又稱負(fù)荷裕度的定義與裕度指標(biāo)的相似，它是指從當(dāng)前電力系統(tǒng)某一運(yùn)行點(diǎn)出發(fā)，使負(fù)荷按照事先給定方向增長(zhǎng)直至系統(tǒng)電壓崩潰所增加的負(fù)荷總量。進(jìn)行靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析的重要目的之一就是找到系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定裕度，而決定負(fù)荷裕度的關(guān)鍵因素是臨界點(diǎn)的確定。

3? 牛頓-拉夫遜算法

式中，k=1，…，n;m=1，…，n，但不包括松弛節(jié)點(diǎn)。而且，PV母線中與無(wú)功功率和電壓幅值有關(guān)的行和列都放棄來(lái)了。當(dāng)母線k和m不是被輸電線直接相連時(shí)，其雅可比行列式中對(duì)應(yīng)的k-m項(xiàng)是空值。在實(shí)際的電力系統(tǒng)中，大多數(shù)節(jié)點(diǎn)不是直接相連的，因此雅可比矩陣式高度稀疏的，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上對(duì)稱，但是在數(shù)值上不對(duì)稱。

預(yù)測(cè)、校正、參數(shù)化和步長(zhǎng)控制是電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的4個(gè)基本環(huán)節(jié)。參數(shù)化的核心是構(gòu)造增補(bǔ)方程，并與含參數(shù)方程組聯(lián)立求解，其貫穿于整個(gè)預(yù)測(cè)校正過(guò)程的始終;預(yù)測(cè)過(guò)程是指保持解曲線的追蹤方向，計(jì)算出下一個(gè)潮流解即預(yù)測(cè)點(diǎn);校正過(guò)程則是構(gòu)造方程，采用迭代法求準(zhǔn)確解或稱解交點(diǎn);步長(zhǎng)控制是指對(duì)預(yù)測(cè)步長(zhǎng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)提高計(jì)算效率的目標(biāo)。其中，選取不同的預(yù)測(cè)方法、參數(shù)的選擇策略和校正方法是不會(huì)相互影響的，但選擇的步長(zhǎng)控制策略通常取決于其他3個(gè)的選擇。

4? 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)潮流計(jì)算方法的基礎(chǔ)知識(shí)，結(jié)合數(shù)學(xué)運(yùn)算，推導(dǎo)出一種微分靈敏度。在牛頓法的基礎(chǔ)上，引入發(fā)電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，使方程數(shù)與變量數(shù)相等，通過(guò)聯(lián)立求解，建立聯(lián)立求解模型。在聯(lián)立求解模型中，將約束條件分為：變量型約束和函數(shù)類約束。電壓越限問(wèn)題可歸為變量型約束，可以采用微分靈敏度方法處理，支路潮流越限問(wèn)題可歸結(jié)為函數(shù)類約束，可以采用聯(lián)立求解的方式處理。

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