莫衍毅

（廣西電網(wǎng)公司橫縣供電公司，廣西 橫縣 530003）

1 引言

目前的中國(guó)電力市場(chǎng)化改革不斷深入，電力市場(chǎng)的運(yùn)行前提是必須保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，電力市場(chǎng)化改革決不能以犧牲電力系統(tǒng)的安全和可靠性為代價(jià)，電力體制改革成功與否的重要標(biāo)志是電網(wǎng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性［1－4］，電力市場(chǎng)化進(jìn)程是電力工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，安全性與穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)運(yùn)行中最重要的因素［5－9］。

2 電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行條件

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，為了保障大電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，各種信息系統(tǒng)在電力系統(tǒng)領(lǐng)域里得到了廣泛應(yīng)用，圖1為現(xiàn)代電力系統(tǒng)整體框架。

圖1 現(xiàn)代電力系統(tǒng)整體框架

電力系統(tǒng)的運(yùn)行條件可描述如下:

功率平衡約束方程，即等式約束條件，包括系統(tǒng)的有功功率和無(wú)功功率平衡:

式中:PGi、QGi—電源的有功與無(wú)功功率；

PLj、QLj—負(fù)荷的有功與無(wú)功功率；

ΔPs、ΔQs—有功與無(wú)功的總損耗。

運(yùn)行約束條件，即不等式約束條件，包括節(jié)點(diǎn)電壓約束、發(fā)電機(jī)有功約束和無(wú)功約束、線路潮流約束為:

2 電力系統(tǒng)的靜態(tài)電壓安全裕度

電壓安全準(zhǔn)則基于電壓安全裕度，一般是指系統(tǒng)需要保持多少的電壓安全裕度才認(rèn)為其電壓安全裕度是符合電壓安全準(zhǔn)則的。

計(jì)算電壓安全裕度是進(jìn)行電壓安全評(píng)估的一個(gè)重要步驟，即電壓當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)到崩潰點(diǎn)之間的距離，關(guān)鍵是如何確定電壓崩潰點(diǎn)，計(jì)算崩潰點(diǎn)的方法有很多種，概括起來(lái)可以分為以下幾類(lèi)。

（1）崩潰點(diǎn)法

崩潰點(diǎn)法的數(shù)學(xué)模型為:

式中:f—潮流方程組成的方程組向量；

x=［δ，V］T—系統(tǒng)狀態(tài)變量；

μ—負(fù)荷參數(shù)；

re、le—右、左特征值向量。

崩潰點(diǎn)法的理論基礎(chǔ)是分歧理論和雅可比矩陣奇異理論，是通過(guò)直接求解系統(tǒng)在電壓崩潰點(diǎn)所滿(mǎn)足的非線性方程組獲得電壓崩潰點(diǎn)的值。

（2）最小奇異值法

矩陣的最小奇異值分解公式為:

式中:A∈Rm×m；

U、A—m×m正交矩陣；

ui、vi—U、V的左右奇異向量；

B—對(duì)角矩陣。

則當(dāng)負(fù)荷和發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的注入功率改變時(shí)δmin變化量的近似表達(dá)式為:

式中:J—雅可比矩陣。

常規(guī)潮流雅可比矩陣的奇異度與電壓穩(wěn)定之間有著密切關(guān)系，用潮流雅可比矩陣的最小奇異值作為定量衡量系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)與電壓崩潰點(diǎn)臨近程度的指標(biāo)。

（3）最優(yōu)潮流法

潮流方程和雅可比矩陣奇異為約束條件的最優(yōu)化模型為:

條件如下:

式中:wT—拉格朗日乘子向量。

最優(yōu)潮流法是直接法的一種，直接計(jì)算運(yùn)行點(diǎn)到崩潰點(diǎn)之間的負(fù)荷增量，不要求基礎(chǔ)運(yùn)行情況到極限點(diǎn)的解軌線。

3 電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型

以發(fā)電成本最小為目的的電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型:

目標(biāo)函數(shù)為:

式中:NG—系統(tǒng)中的機(jī)組臺(tái)數(shù)；

T—優(yōu)化時(shí)段數(shù)；F（）—機(jī)組i的發(fā)電成本函數(shù)；

—機(jī)組i在時(shí)段t的出力。

約束條件為:

（1）系統(tǒng)功率平衡約束

式中:T—調(diào)度周期的時(shí)段數(shù)；

—時(shí)段t的負(fù)荷量。

（2）線路有功功率傳輸限制約束

其中:l=1，…，L；t=1，…，T。

式中:—線路l在時(shí)段t的有功功率；

Pfl.max、Pfl.max—線路l有功的上、下限。

（3）機(jī)組出力約束

式中:PGi.min、PGi.max—機(jī)組出力上、下限。

（4）機(jī)組爬坡速率約束

式中:—優(yōu)化前一時(shí)段的機(jī)組出力；

UGi、DGi—機(jī)組上、下爬坡速率限制。

處理線路有功功率傳輸限制時(shí)，當(dāng)采用直流潮流方程作為約束條件時(shí)，一般采用節(jié)點(diǎn)功率轉(zhuǎn)移因子將線路有功功率表示為節(jié)點(diǎn)注入功率的線性函數(shù)。直流潮流計(jì)算方法如下:

式中:Sfl－k—節(jié)點(diǎn)k對(duì)線路l的轉(zhuǎn)移因子；

Pfij—直流潮流中線路有功功率；

θi、θj—節(jié)點(diǎn)i、j的電壓相角；

xij—線路ij的電抗。由于:

則:

節(jié)點(diǎn)功率轉(zhuǎn)移矩陣可表示為:

在已確定的電力系統(tǒng)中，線路阻抗參數(shù)固定，系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)功率轉(zhuǎn)移因子為常數(shù)，則有功功率可表示為節(jié)點(diǎn)注入功率的線性函數(shù):

4 電力系統(tǒng)的暫態(tài)失穩(wěn)概率

一般認(rèn)為電力系統(tǒng)中發(fā)生故障的概率基本服從泊松分布，其表達(dá)式為:

式中:P（Ei）—線路發(fā)生故障的概率；

λi—線路i的故障率。

故障類(lèi)型的概率為:

式中:fi—第i種歷史故障發(fā)生的次數(shù)；

M—4，表示四種常見(jiàn)故障。

故障清除時(shí)間的兩種表達(dá)形式為:

重合閘失敗的概率公式為:

式中:Pr—重合閘失敗的概率；

P（L）、P（O）—雷擊和其他原因引起的故障概率；

P（U|L）、P（U|O）—雷擊和其他原因引起的重合閘失敗概率。

5 總結(jié)

目前，隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及電力市場(chǎng)化改革的深入，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定問(wèn)題受到越來(lái)越多的關(guān)注和重視，對(duì)電力市場(chǎng)環(huán)境下的電網(wǎng)安全性與穩(wěn)定性的研究十分必要和迫切。我國(guó)的電力工業(yè)的市場(chǎng)化改革剛剛起步，電力市場(chǎng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)的安全性與穩(wěn)定性造成何種影響，以及在市場(chǎng)環(huán)境下如何更好地提高電網(wǎng)的安全性與穩(wěn)定性，這些都是必須認(rèn)真考慮的問(wèn)題。

［1］余貽鑫，陳禮義.電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性［M］.北京:科學(xué)出版社，1988.

［2］袁季修.電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制［M］.北京:中國(guó)電力出版社，1996.

［3］袁季修.電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的規(guī)劃和應(yīng)用［J］.中國(guó)電力.1999，32（5）:29 －32.

［4］孫元章，楊新林，王海風(fēng).考慮暫態(tài)穩(wěn)定性約束的最優(yōu)潮流問(wèn)題［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005，29（16）:56 －59，53.

［5］夏清，彭濤，江健健.兼顧經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展和電網(wǎng)安全的區(qū)域共同市場(chǎng)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，28（19）:1 －5.

［6］譚倫農(nóng)，張保會(huì)，劉海濤.市場(chǎng)環(huán)境下電力系統(tǒng)的安全可靠性問(wèn)題［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2002，26（6）:11 －14.

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［9］王錫凡，王秀麗，別朝紅.電力市場(chǎng)條件下電力系統(tǒng)的可靠性問(wèn)題［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2000，25（1）.