基于BPA的電網(wǎng)解環(huán)后輸電能力研究

(廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院，廣西 柳州 545002)

0 引言

在電力系統(tǒng)中，潮流計算是一種最基本同時也最重要的電氣計算，是電力系統(tǒng)運(yùn)行中的一個關(guān)鍵性指標(biāo)，想要對電壓穩(wěn)定性進(jìn)行深入分析，必須完全了解電力系統(tǒng)的潮流分布，配合切實(shí)可行的措施和方法，遏制電壓穩(wěn)定事故的發(fā)生。最近幾年，電壓穩(wěn)定事故的頻繁發(fā)生，使得學(xué)術(shù)界對其重視程度不斷提高，以BPA為基本工具，可以就電網(wǎng)的潮流分布狀況進(jìn)行全面細(xì)致分析，監(jiān)控電網(wǎng)的運(yùn)行情況。

1 BPA概述

BPA是一種泛用型電力系統(tǒng)分析軟件，最初是由美國邦納維爾電力局開發(fā)的潮流與暫態(tài)穩(wěn)定程序，今天則多指PSD-BPA程序，即中國版本的BPA，其大致內(nèi)涵，是電科院電力系統(tǒng)在吸收消化美國BPA的基礎(chǔ)上，制作出的富有中國特色的BPA，屬于PSD系列軟件的一個模塊，負(fù)責(zé)潮流和穩(wěn)態(tài)計算。經(jīng)過較長時間的發(fā)展，PSD-BPA已經(jīng)形成了以PSD電力系統(tǒng)軟件包命名的一種大型商用電力系統(tǒng)分析軟件，有著豐富的功能，如電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)、電磁穩(wěn)態(tài)、中長期動態(tài)、電壓穩(wěn)定計算以及短路電流計算等。

2 基于BPA的電網(wǎng)解環(huán)后輸電能力研究

2.1 電網(wǎng)解環(huán)方案

以某省級電網(wǎng)為例，對其電網(wǎng)解環(huán)方案進(jìn)行分析，可以分為2種，一是斷開現(xiàn)有的部分線路，將220 V電網(wǎng)分為江南和江北兩個片區(qū)，強(qiáng)化部分區(qū)域的受電通道，提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性；二是斷開現(xiàn)有部分線路，對線路進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，將其推向電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)以及分層分區(qū)的發(fā)展方向。

2.2 電量平衡對比

電力電量平衡指標(biāo)能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)和分區(qū)的發(fā)電用電平衡關(guān)系進(jìn)行反映，可以借助區(qū)域內(nèi)電力系統(tǒng)負(fù)荷及處理情況是否平衡的比較實(shí)現(xiàn)。方案一中，將省電網(wǎng)分成了2個組成部分，對比系統(tǒng)出力和區(qū)域負(fù)荷，發(fā)現(xiàn)實(shí)際出力具備一定裕度，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，一定范圍內(nèi)的負(fù)荷增長可以承受；方案二中，電網(wǎng)被分成了3個區(qū)域，北區(qū)和南區(qū)的系統(tǒng)出力超過負(fù)荷，中區(qū)則存在出力不足的問題，從電力系統(tǒng)整體角度分析，系統(tǒng)實(shí)際出力超過區(qū)域負(fù)荷，在運(yùn)行中留有一定裕度，即便負(fù)荷有所增長，只要增長幅度不超過相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，就依然可以保持穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)過分區(qū)電力電量平衡對比分析，發(fā)現(xiàn)方案一較方案二更加優(yōu)越，因此后續(xù)僅對方案一進(jìn)行分析和討論。

2.3 輸電能力分析

為了對電網(wǎng)解環(huán)后的輸電能力進(jìn)行分析，BPA系統(tǒng)采用了4次PQ分解法，再配合牛頓-拉夫遜法，制定迭代次數(shù)20，迭代次數(shù)為6，最終的潮流計算結(jié)果收斂。方案一中，解環(huán)后系統(tǒng)220 kV及以上節(jié)點(diǎn)共有11個出現(xiàn)了電壓超限問題，其中包含了3個500 kV節(jié)點(diǎn)。對照相關(guān)數(shù)據(jù)信息，在夏季，電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓水平較低，而對比解環(huán)前，部分電壓節(jié)點(diǎn)的電壓水平有所下降，電壓超限狀況有所好轉(zhuǎn)，將上述11個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排序，以此為i=1，2，…，11。同時，在夏季高峰運(yùn)行工況下，依照40度的標(biāo)準(zhǔn)對線路額定電流進(jìn)行整理，一共存在203條線路，線路平均負(fù)載率為40.24%，超過80%負(fù)載率的線路有6條，超過100%負(fù)載率的線路則有4條。對比解環(huán)前后的線路負(fù)載率數(shù)據(jù)，可以明確幾點(diǎn)：①解環(huán)后，線路平均負(fù)載率為40.24%，較原本的39.91%有所上升。②負(fù)債率超過80%的線路沒有出現(xiàn)變化。③解環(huán)對電力系統(tǒng)線路運(yùn)行情況的影響集中在解環(huán)點(diǎn)周邊的線路，影響相對較大。

N-1校驗(yàn)同樣是電網(wǎng)解環(huán)后輸電能力分析的一個重要內(nèi)容，具體來講，需要首先做好單一元件故障狀況的分析。對照相關(guān)數(shù)據(jù)信息，在出現(xiàn)過載問題的線路中，部分線路過載現(xiàn)象較為頻繁，最多達(dá)到10次，也有部分線路僅出現(xiàn)1～2次過載現(xiàn)象，就夏季高峰運(yùn)行方式下N-1開斷結(jié)果信息進(jìn)行分析，有65條線路因?yàn)镹-1開斷出現(xiàn)了過負(fù)荷現(xiàn)象，其中以斷開合橋4 846線路為例，其會引發(fā)4 845線路的嚴(yán)重過載，過載率達(dá)到72.5%。相鄰線路或者雙回線在開斷時，會引發(fā)其他線路過載30%～50%，而對過載線路的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察，可以明確，N-1情況下，系統(tǒng)失去某條線路時，很容易引發(fā)其他線路的過載問題。電力系統(tǒng)在N-1情況下，線路過載問題頻繁發(fā)生，因某條線路開斷引發(fā)其他線路過載的問題比較嚴(yán)重，會導(dǎo)致事故隱患的增大。另外，應(yīng)該關(guān)注平行元件同時掉閘情況(N-2檢驗(yàn))，考慮數(shù)據(jù)和運(yùn)行環(huán)境的差異性，同樣依照夏季高峰和冬季高峰運(yùn)行方式來對系統(tǒng)失去雙回220 kV線路的過載情況進(jìn)行分析。夏季高峰運(yùn)行方式下，N-2分析結(jié)果表明，出現(xiàn)過載現(xiàn)象的線路數(shù)量有392條，負(fù)載率超過100%的線路有232條，超過120%的線路有38條，明顯高于冬季高峰運(yùn)行方式，而因?yàn)檫^載線路負(fù)載率較高，超過額定電流100%的情況較多，部分線路的負(fù)載率甚至達(dá)到了246.4%。

2.4 電壓穩(wěn)定性分析

一是基于有裕度指標(biāo)的電壓安全穩(wěn)定性分析。選擇某個220 kV節(jié)點(diǎn)，將節(jié)點(diǎn)帶所有的110 kV和10 kV負(fù)荷依照等功率因數(shù)增加至臨界狀態(tài)，對220 kV母線節(jié)點(diǎn)的電壓變化情況進(jìn)行計算。有功裕度指標(biāo)Kp能夠?qū)⒏鱾€節(jié)點(diǎn)承受負(fù)荷擾動的能力以及繼續(xù)承受負(fù)荷增長的能力反映出來，也能夠從側(cè)面反映節(jié)點(diǎn)的帶負(fù)荷情況。結(jié)合計算分析情況進(jìn)行研究，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加到一定極限值時，安慶、高河等承受負(fù)荷擾動能力較差的母線很容易出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定的問題。二是基于無功裕度指標(biāo)的電壓安全穩(wěn)定性分析。同樣選擇某220 kV母線節(jié)點(diǎn)，對節(jié)點(diǎn)電壓進(jìn)行擾動，直至達(dá)到臨界，通過對節(jié)點(diǎn)無功出力情況的監(jiān)測，得到其無功裕度指標(biāo)Kv值以及相應(yīng)的V-Q曲線。無功裕度指標(biāo)代表了各個節(jié)點(diǎn)對于電壓擾動的承受能力，以及電壓下降時節(jié)點(diǎn)無功對于電壓的支撐能力，對于部分Kv值薄弱的節(jié)點(diǎn)區(qū)域，因?yàn)椴痪邆錁?gòu)成區(qū)域形成的條件，并沒有能夠在薄弱區(qū)域圖中體現(xiàn)出來，不過即便如此，也應(yīng)該利用薄弱節(jié)點(diǎn)符號進(jìn)行標(biāo)注。

3 結(jié)語

電力系統(tǒng)常規(guī)潮流計算是對電壓系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況進(jìn)行研究的基本電力計算，以此為基礎(chǔ)，電力技術(shù)人員可以對其他一系列系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行分析。對于潮流計算算法的研究由來已久，不過伴隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和進(jìn)步，各種新情況層出不窮，潮流計算算法需要在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進(jìn)行更加深入的研究，對一些新出現(xiàn)的問題進(jìn)行考慮，借助BPA軟件，對電網(wǎng)解環(huán)后的輸電能力進(jìn)行分析，找出網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，采取有效措施避免電力系統(tǒng)破壞，提升電力系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。