动态电力系统讲义

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）Systemstressunderpowerwheeling

P-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-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:是经典的的基于潮潮流的方方法，可可处理发发散问题题，在收收敛性不不好或发发散的情情况下获获得解(V-Q方法是连连续潮流流的一个个特例).在选择的的节点加加入一台台虚拟调调相机(rotarycondenser)保持节点点电压，，改变后后者的电电压值，，可以计计算得节节点的­V-Q曲线.V-Q曲线ABCDQ1VV-Q曲线表示节点点电压随随节点负负荷的鲁鲁棒性.表示负荷荷节点电电压和需需要补偿偿的无功功功率的的关系.在稳定的的情况下下，V-Q曲线上调调相机输输出为零零的点即即为电网网的解.曲线表示示了某节节点的无无功裕度度(曲线1：A),在什么电电压值失失稳(曲线1：B)V-Q曲线运行点母母线电压压对无功功的灵敏敏度(曲线1：斜率D)十分容易易在潮流流计算中中包含此此计算功功能发电机无无功极限限、变压压器变化化等非线线性环节节可以包包括在内内负荷的电电压特性性可以包包括在内内V-Q曲线可以确定定恢复某某个运行行点或取取得某个个电压值值所需要要的无功功补偿.注意最少少的补偿偿量不在在底部(曲线3:B’’)而在（Q-V曲线与补补偿装置置特性曲曲线的））切线(曲线3:B’’’’)上，这说说明与无无功补偿偿装置的的特性有有关.主要的缺缺点是它它以不切切实际的的方式加加重系统统的运行行状况(每次只有有一个节节点)曲线的有有效部分分在电压压为0.90-0.11之间，在在这之外外模型不不准确V-Q曲线虚构调相相机的安安置点的的选择需需要判断断和电网网知识,从理论上上来说，，它应该该装设在在系统电电压的薄薄弱点.决定方法法可以是是：加重重系统的的运行，，识别对对应Jacobian阵的零特特征值的的特征向向量的最最大分量量对于不同同的扰动动，系统统的电压压薄弱点点不同对一个节节点，进进行多次次潮流才才能画出出曲线，，因而计计算速度度慢V-Q曲线必须进行行多次Q-V曲线计算算才能获获得系统统状况的的真实面面貌对于特殊殊的电网网，如放放射性电电网，决决定弱地地区十分分方便，，但在网网状的电电网中，，就不是是易事了了，其中中一种方方法是计计算各点点的Q-V曲线，将将具有相相近无功功储备的的点归为为一群，，从而识识别可能能的电压压失稳区区域.可以进行行故障前前后的曲曲线比较较Q3B’’3QVB’’’V-Q曲线不同负荷荷模型下下的曲线线比较周围负荷荷变化后后的曲线线比较潮流计算算应用场合合：常规潮流流计算V-Q曲线P-V曲线长过程电电压稳定定分析潮流：模模型模型的电电压和频频率适用用范围平衡机的的出力、、地理变变化注意，平平衡机对对研究问问题的影影响发电机出出力的分分配增加负荷荷和出力力的方式式潮流方程程节点方程程＋其其它（（控制））方程：：AGC二级电压压控制发电机定定子电流流控制发电机转转子电流流控制变比控制制HVDC线路SVC控制实际计算算时，使使用基于于功率的的网络方方程，通通用形式式为：常规讨论论Y阵属稀疏疏矩阵常规节点点类型：：PQ，PV和平衡节节点发电机无无功极限限的处理理牛顿法最通用和和可靠的的算法非线性潮潮流方程程：Jacobian阵：注意变量量的排列列方式有有利于主主对角占占优在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，灵敏度度值改变符符号初始值选取取：平启动：V＝1＋j0直流潮流快速分解潮潮流迭代修正方程：：Jacobian阵作为灵敏敏度阵文献讨论一一些常规的的潮流灵敏敏度分析常用于电压压和无功的的分析，但但需谨慎。。线性化的矩矩阵的分析析只适合变变化较少的的范围发电机负载载越限后，，灵敏度可可能发生剧剧变对在线电压压安全分析析来说，具具有吸引力力可讨论的问问题：怎么区分潮潮流无解和和潮流发散散的问题直流潮流忽略并联支支路假设节点电电压为1,快速分解法法（Fastdecoupledloadflow)定雅可比矩矩阵法PQ解偶快速分解法法：有功相角修修正方程的的系数矩阵阵用B’代替，无功电压修修正方程的的系数矩阵阵用B”代替，(具体见张伯伯明《高等电力网网络分析》）连续潮流法法：在崩溃点，，潮流Jacobian阵奇异,常规潮流计计算法发散散；连续潮流法法重新形成成潮流的方方式，使得得在任何可可能的负荷荷状态下，，Jacobian阵变为非奇奇异。有多种参数数化的方法法，基本方方法是预估估-校正的迭代代过程。GV负荷ABDFEC从已知解(A)出发，按切切线方向（（行列式向向量）预估估随固定的的负荷增加加方向的新新解(B)在校正步，，用常规潮潮流法，确确定固定负负荷下的解解(C)用新的行列列式向量决决定新的负负荷增量下下的运行点点(D)如果新估算算的负荷在在最大负荷荷之外，校校正步中的的常规潮流流将发散这时选定某某一点电压压(?)在预测值，，计算负荷荷量(E)为了获得准准确的电压压稳定极限限值，需要要进行多次次计算绕过极限点点后，又可可以用常规规的潮流计计算下半段段曲线基本算法的的问题：如何选定节节点和其电电压值如何确定电电压的下降降幅度如何确定连连续潮流下下的发散问问题最优乘子潮潮流法：张伯明《高等电力网网络分析》p225在牛顿法的的校正式中中引入一个个松驰因子子，使得功功率偏差量量最小，在在潮流无解解的情况下下，收敛到到最小功率率偏差量。。使潮流问题题变为一个个优化问题题进行灵敏度度分析电压崩溃事事故事例1987年年1月12日法国西部部电力系统统（袁季修修p280-283)：事件发生在在法国网的的西部，时时属冬季，，气温较低低.由于照明和和热力设备备的原因，，负荷对电电压十分敏敏感.初始状态下下，有功/无功功率和和电压都属属正常状况况.从全国来说说，峰荷为为5800万，功率储储备590万.10:55到11:41之间，一些些独立的事事件使得区区域内的3台在线机组组(共四台)相继从网中中脱离，留留下一台机机组运行.11:28地区调度发发出命令，，开动燃汽汽轮机.在损失了3台机组后的的13秒(暂态稳定后后)，第4机组由励磁磁电流保护护动作而切切机，引起起地区电压压急剧下降降，400KV电压跌至380KV.在30秒的平稳期后后，电压继继续下跌并并波及法国国电网的其其它区域，，在六分钟钟内，损失失另外9台常规火电电机组和核核电机组.11:45到11:50时，损失发发电容量900MW.11:50时，区域的的电压稳定定在300KV，在最远端400KV的变电所，，电压为180KV，在由调度中中心发令切切负荷之后后(切断400KV/225KV的变压器后后切150万负荷)电压恢复.事故后的分分析表明：：在规定的时时间内，实实现了紧急急有功支援援(起动燃汽轮轮机、增加加水轮机的的出力).11:41后，第一次次电压跌落落，负荷减减少，使系系统能达到到一个接近近初始状态态的运行点点.11:42－11:45，LTC动作，调整整中压电压压(20KV)，使负荷稳定定，但运行行点在恶化化，EHV系统电压下下跌，损耗耗增加，无无功出力接接近极限.11:45，交流发电电机达到无无功极限，，整个系统统出现高度度非线性，，而且无法法分地区控控制电压，，LTC使系统不稳稳定，大量量发电机跳跳闸.负荷随电压压线性变化化.锁定超高压压/高压网的LTC，系统会得到到更好的保保护.同时，这种种效果受负负荷动态特特性的影响响，不能持持续时间长长，必须采采取紧急措措施(如切负荷)有些切负荷荷命令没有有得以实现现.发现发电机机最大励磁磁电流保护护的设定和和发电机保保护的延迟迟设定的有有问题.在此事故中中，常规的的保护表现现正常，只只是在损失失第四台发发电机、系系统超高压压跌到380KV时，225KV高压网的高高/中变压器变变比动作、、引起负荷荷增加，导导致电压进进一步下跌跌.分析结果表表明，最好好的措施是是根据电压压判据、利利用自动设设备尽可能能快地锁定定EHV/HV变压器变比比，从区域域控制中心心进行紧急急状态下的的远方负荷荷切除.EHV/HV的LTC锁定自动装装置1990年投入实验验，现在法法国的七大大区域调度度的EMS中都配有此此装置.同时，事故故也引起了了EDF对在线电压压安全分析析的兴趣.防止电压稳稳定破坏的的控制策略略（袁季修《电力系统安安全稳定控控制》p198-211））用于电压和和无功功率率控制的设设施：同步发电机机；静止无功补补偿器（SVC）；；串联或并联联电容器组组，电抗器器；变压器有载载分接开关关切换装置置；就地或远方方切负荷；；电压控制的的分层分区区控制原则则（1）设置在发发电厂、用用户的一级级电压控制制通常为快速速反应的闭闭环控制，，响应时间间一般为秒秒级。例如如：同步电电机的无功功控制，svc的控制，以以及快速自自动投切电电容器或电电抗器等。。主要调节节由负荷波波动、电网网切换和事事故引起的的快速电压压变化。（2）设置在系系统枢纽点点（区域的的）的二级级电电压控制：：二级电压控控制响应速速度一般在在几分钟以以内。二级级控制系统统协调一个个区域内各各就地一级级控制设备备的工作，，如：改变变发电机或或svc的电压调节节定值，投投切电容器器和电抗器器，切负荷荷，以及必必要时闭锁锁变压器有有载分接开开关切换装装置等。这这类控制也也是自动闭闭环进行的的，二级电电压控制系系统除了将将上述实时时控制命令令从控制中中心送到执执行地点外外，还可将将各种电压压安全监视视信息送给给有关值班班人员。（3）设置在系系统调度中中心（全网网）的三级级电压控制制：三级电压控控制为预防防控制，包包括的时间间跨度为几几十分钟。。它的目的的在于发现现电压稳定定性的劣化化和采取必必要的措施施。这类控控制主要协协调各二级级控制系统统，指导值值班人员的的干预。除除了安全监监视和控制制外，经济济问题主要要是在三级级控制考虑虑。同步