动态电力系统2

1、简单事例 G2：远方电网G1：地方电厂G22P+jQG11BMPC2VC121电压崩溃的简单事例电压崩溃的简单事例（2）System stress under power wheelingP-V 曲线选定负荷和发电机出力的增加方式和方向，决定基态与电压失稳的距离. 增加负荷和发电机出力是评价电压稳定最常用的方法 P-V 曲线考虑发电机无功极限PA负载极限VP-V 曲线随负荷变化的发电出力分配方式 系统负荷增加有多方面的因素负 区域交换也可能增加，从远方发电机和邻近电力网获取的功率增加， 负荷上升的方向还包括节点负荷的分配因子和发电机出力的分配计划等出力增加的方式与所研究的问题的时间间断有关 P

2、-V 曲线P-V 曲线得到的电压裕度指标具有物理量纲(MW)曲线的下半部主要对机理研究有意义，对实际系统没有什么意义P-V曲线显示：参数对负荷的灵敏度，如节点电压，稳定裕度潮流发散也可能是因为数值问题引起的P-V 曲线如何控制增加功率的步长计算一条曲线可描述系统稳定的情况即使在大步长的方式下，用快速分解法也可解接近崩溃点的潮流可以用连续潮流法得到曲线P-V 曲线可以用准稳态法计算得曲线可以在P-V曲线的各点，进一步进行小扰动分析可以进行故障前后的曲线比较V-Q 曲线V-Q曲线: 是经典的基于潮流的方法，可处理发散问题，在收敛性不好或发散的情况下获得解(V-Q方法是连续潮流的一个特例). 在选择

3、的节点加入一台虚拟调相机(rotary condenser)保持节点电压，改变后者的电压值，可以计算得节点的V-Q曲线. V-Q 曲线ABCDQ1VV-Q 曲线表示节点电压随节点负荷的鲁棒性.表示负荷节点电压和需要补偿的无功功率的关系.在稳定的情况下，V-Q曲线上调相机输出为零的点即为电网的解.曲线表示了某节点的无功裕度(曲线1：A), 在什么电压值失稳(曲线1：B)V-Q 曲线运行点母线电压对无功的灵敏度(曲线1：斜率D)十分容易在潮流计算中包含此计算功能发电机无功极限、变压器变化等非线性环节可以包括在内负荷的电压特性可以包括在内V-Q 曲线可以确定恢复某个运行点或取得某个电压值所需要的无功

4、补偿. 注意最少的补偿量不在底部(曲线3: B)而在（Q-V曲线与补偿装置特性曲线的）切线(曲线3: B)上，这说明与无功补偿装置的特性有关. 主要的缺点是它以不切实际的方式加重系统的运行状况(每次只有一个节点) 曲线的有效部分在电压为0.90-0.11之间，在这之外模型不准确V-Q 曲线虚构调相机的安置点的选择需要判断和电网知识, 从理论上来说，它应该装设在系统电压的薄弱点. 决定方法可以是：加重系统的运行，识别对应Jacobian阵的零特征值的特征向量的最大分量对于不同的扰动，系统的电压薄弱点不同对一个节点，进行多次潮流才能画出曲线，因而计算速度慢V-Q 曲线必须进行多次Q-V曲线计算才能

5、获得系统状况的真实面貌对于特殊的电网，如放射性电网，决定弱地区十分方便，但在网状的电网中，就不是易事了，其中一种方法是计算各点的Q-V曲线，将具有相近无功储备的点归为一群，从而识别可能的电压失稳区域.可以进行故障前后的曲线比较Q3B3QVBV-Q 曲线不同负荷模型下的曲线比较周围负荷变化后的曲线比较潮流计算 应用场合：常规潮流计算V-Q曲线P-V曲线长过程电压稳定分析潮流：模型模型的电压和频率适用范围平衡机的出力、地理变化注意，平衡机对研究问题的影响发电机出力的分配增加负荷和出力的方式潮流方程节点方程 其它（控制）方程： AGC二级电压控制发电机定子电流控制发电机转子电流控制变比控制HVDC线

6、路SVC控制实际计算时，使用基于功率的网络方程，通用形式为：常规讨论Y阵属稀疏矩阵常规节点类型：PQ，PV和平衡节点发电机无功极限的处理牛顿法 最通用和可靠的算法非线性潮流方程： Jacobian阵： 注意变量的排列方式有利于主对角占优在P-V和Q-V曲线的nose点，J阵奇异在P-V和Q-V曲线的nose点，灵敏度值改变符号初始值选取：平启动：V1j0直流潮流快速分解潮流迭代修正方程：Jacobian阵作为灵敏度阵文献讨论一些常规的潮流灵敏度分析常用于电压和无功的分析，但需谨慎。线性化的矩阵的分析只适合变化较少的范围发电机负载越限后，灵敏度可能发生剧变对在线电压安全分析来说，具有吸引力可讨论

7、的问题： 怎么区分潮流无解和潮流发散的问题 直流潮流忽略并联支路假设节点电压为1,快速分解法 （Fast decoupled load flow)定雅可比矩阵法PQ解偶快速分解法： 有功相角修正方程的系数矩阵用B代替， 无功电压修正方程的系数矩阵用B”代替， (具体见张伯明高等电力网络分析）连续潮流法：在崩溃点，潮流Jacobian阵奇异, 常规潮流计算法发散；连续潮流法重新形成潮流的方式，使得在任何可能的负荷状态下，Jacobian阵变为非奇异。有多种参数化的方法，基本方法是预估-校正的迭代过程。GV负荷ABDFEC从已知解(A)出发，按切线方向（行列式向量）预估随固定的负荷增加方向的新解(

8、B)在校正步，用常规潮流法，确定固定负荷下的解(C)用新的行列式向量决定新的负荷增量下的运行点(D)如果新估算的负荷在最大负荷之外，校正步中的常规潮流将发散这时选定某一点电压(?)在预测值，计算负荷量(E)为了获得准确的电压稳定极限值，需要进行多次计算绕过极限点后，又可以用常规的潮流计算下半段曲线基本算法的问题：如何选定节点和其电压值如何确定电压的下降幅度如何确定连续潮流下的发散问题最优乘子潮流法：张伯明高等电力网络分析p225在牛顿法的校正式中引入一个松驰因子，使得功率偏差量最小，在潮流无解的情况下，收敛到最小功率偏差量。使潮流问题变为一个优化问题进行灵敏度分析电压崩溃事故事例1987年1月

9、12日法国西部电力系统（袁季修p280-283)：事件发生在法国网的西部，时属冬季，气温较低. 由于照明和热力设备的原因，负荷对电压十分敏感. 初始状态下，有功/无功功率和电压都属正常状况. 从全国来说，峰荷为5800万，功率储备590万. 10:55到11:41之间，一些独立的事件使得区域内的3台在线机组(共四台)相继从网中脱离，留下一台机组运行. 11:28地区调度发出命令，开动燃汽轮机. 在损失了3台机组后的13秒(暂态稳定后)，第4机组由励磁电流保护动作而切机，引起地区电压急剧下降，400KV电压跌至380KV. 在30秒的平稳期后，电压继续下跌并波及法国电网的其它区域，在六分钟内，损

10、失另外9台常规火电机组和核电机组. 11:45到11:50时，损失发电容量900MW. 11:50时，区域的电压稳定在300KV，在最远端400KV的变电所，电压为180KV，在由调度中心发令切负荷之后(切断400KV/225KV的变压器后切150万负荷)电压恢复. 事故后的分析表明： 在规定的时间内，实现了紧急有功支援(起动燃汽轮机、增加水轮机的出力). 11:41后，第一次电压跌落，负荷减少，使系统能达到一个接近初始状态的运行点. 11:4211:45，LTC动作，调整中压电压(20KV)，使负荷稳定，但运行点在恶化，EHV系统电压下跌，损耗增加，无功出力接近极限. 11:45，交流发电机

11、达到无功极限，整个系统出现高度非线性，而且无法分地区控制电压，LTC使系统不稳定，大量发电机跳闸. 负荷随电压线性变化. 锁定超高压/高压网的LTC，系统会得到更好的保护. 同时，这种效果受负荷动态特性的影响，不能持续时间长，必须采取紧急措施(如切负荷)有些切负荷命令没有得以实现. 发现发电机最大励磁电流保护的设定和发电机保护的延迟设定的有问题. 在此事故中，常规的保护表现正常，只是在损失第四台发电机、系统超高压跌到380KV时，225KV高压网的高/中变压器变比动作、引起负荷增加，导致电压进一步下跌.分析结果表明，最好的措施是根据电压判据、利用自动设备尽可能快地锁定EHV/HV变压器变比，从

12、区域控制中心进行紧急状态下的远方负荷切除. EHV/HV的LTC锁定自动装置1990年投入实验，现在法国的七大区域调度的EMS中都配有此装置. 同时，事故也引起了EDF对在线电压安全分析的兴趣. 防止电压稳定破坏的控制策略（袁季修电力系统安全稳定控制p198-211）用于电压和无功功率控制的设施：同步发电机；静止无功补偿器（SVC）；串联或并联电容器组，电抗器；变压器有载分接开关切换装置；就地或远方切负荷；电压控制的分层分区控制原则（1）设置在发电厂、用户的一级电压控制 通常为快速反应的闭环控制，响应时间一般为秒级。例如：同步电机的无功控制，svc的控制，以及快速自动投切电容器或电抗器等。主要

13、调节由负荷波动、电网切换和事故引起的快速电压变化 。 （2）设置在系统枢纽点（区域的）的二级 电压控制： 二级电压控制响应速度一般在几分钟以内。二级控制系统协调一个区域内各就地一级控制设备的工作，如：改变发电机或svc的电压调节定值，投切电容器和电抗器，切负荷，以及必要时闭锁变压器有载分接开关切换装置等。这类控制也是自动闭环进行的，二级电压控制系统除了将上述实时控制命令从控制中心送到执行地点外，还可将各种电压安全监视信息送给有关值班人员。（3）设置在系统调度中心（全网）的三级电压控制： 三级电压控制为预防控制，包括的时间跨度为几十分钟。它的目的在于发现电压稳定性的劣化和采取必要的措施。这类控制主要协调各二级控制系统，指导值班人员的干预。除了安全监视和控制外，经济问题主要是在三级控制考虑。同步电机数学模型1.1.1 理想电机（1）电机磁铁部分的磁导率为常数，既忽略掉磁滞、磁饱和的影响，也不计涡流及集肤作用等的影响。（2）对于纵轴及横轴而言，电机转子在结构上是完全对称的。（3）定子的3个绕组的位置在空间互相相差120电角度，3个绕组在结构上完全相同。同时，它们均在气隙中产生正弦型分布的磁动势。（4）定子及转子的槽及通风沟等不影响定子及转子的电感。转子的等值阻尼绕组 从理论