王世佳

（河海大學(xué)能源與電氣學(xué)院，江蘇南京,211100）

0 引言

隨著電力系統(tǒng)迅速向上百臺發(fā)電機、電動機或者更多發(fā)展，為了快速、準(zhǔn)確地對大型互聯(lián)電網(wǎng)進行分析，動態(tài)等值模型日益廣泛地應(yīng)用于電力系統(tǒng)暫態(tài)分析與計算。在動態(tài)等值模型確定之后，怎樣判斷一個系統(tǒng)的等值模型是可取的就變得非常重要，等值之后作暫態(tài)分析的計算量，與原系統(tǒng)相互比較后的等值精度等都會成為選定一個等值模型的重要因素。因此，如何正確選擇電力系統(tǒng)的分群方案是非常重要的。

層次分析法AHP(The Analytic Hierarchy Process)針對電力系統(tǒng)動態(tài)等值所要考慮的各種因素，很好地結(jié)合了其等值精度與對計算量的要求，為電力系統(tǒng)動態(tài)等值選擇最為合適的分群方案提供了決策方法。

1 動態(tài)等值概述

根據(jù)不同的狀態(tài)，電力系統(tǒng)動態(tài)等值方法主要分為3種：同調(diào)等值法、模式等值法、在線辨識等值法。同調(diào)等值法是我們研究動態(tài)等值一般采用的等值方法，它主要對大型電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性進行分析，將搖擺頻率相近的發(fā)電機劃分在同一個區(qū)域里面，以此來劃分系統(tǒng)的研究系統(tǒng)與外部系統(tǒng)。將轉(zhuǎn)子搖擺曲線相似的發(fā)電機聚合成一臺或者兩臺電動機，再基于電動機的機械、電氣動態(tài)特性來對整個外部系統(tǒng)內(nèi)的電動機負荷進行合理的聚合。將同調(diào)發(fā)電機母線進行合并化簡，同樣將機電特性相似的電動機母線也進行合并化簡。通過網(wǎng)絡(luò)化簡，可以將整個系統(tǒng)中大量的負荷節(jié)點進行消去，以此來減少整個暫態(tài)穩(wěn)定分析的計算量。最后，對發(fā)電機以及電動機作動態(tài)聚合，得聚合后等值機的參數(shù)。

本文系統(tǒng)發(fā)電機的劃分是根據(jù)整個發(fā)電機組的轉(zhuǎn)子搖擺曲線同調(diào)性來劃分的，將整個發(fā)電機組劃分為一臺或兩臺或三臺等值機。外部系統(tǒng)的負荷考慮為含電動機的動態(tài)負荷，其采用的等值方法是基于動態(tài)相似度與等值緩沖區(qū)的動態(tài)等值（DSBZE）方法，將電動機組劃分為一臺或兩臺或三臺等值機。綜合發(fā)電機與電動機不同的分群組合，在考慮其等值之后的精度與作暫態(tài)穩(wěn)定分析的計算量指標(biāo)，對不同的分群組合建立合理的評判標(biāo)準(zhǔn)。

2 基于層次分析法等值系統(tǒng)評估指標(biāo)

2.1 層次分析法簡介

層次分析法（AHP）這種方法的特點是在對復(fù)雜的決策問題的本質(zhì)、影響因素及其內(nèi)在關(guān)系等進行深入分析的基礎(chǔ)上，利用較少的定量信息使決策的思維過程數(shù)學(xué)化，從而為多目標(biāo)、多準(zhǔn)則或無結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜決策問題提供簡便的決策方法。它的分析方法是：將決策的目標(biāo)、準(zhǔn)則和對象分為最高層、中間層和最低層，采用“1-9標(biāo)度“方法，形成判斷矩陣。然后對判斷矩陣的一致性檢驗，逐層計算，得到方案層對目標(biāo)層的權(quán)重，最終得到解決該問題的最優(yōu)方案。

2.2 等值系統(tǒng)評估指標(biāo)

本文針對電力系統(tǒng)動態(tài)等值后對模型精度與暫態(tài)穩(wěn)定性分析的計算量的要求提出了五種不同的指標(biāo)：潮流誤差、可信度、發(fā)電機機電距離、電動機機電距離、簡化程度。根據(jù)這五項指標(biāo)，外部系統(tǒng)的分群組合大致可分為：發(fā)電機分1群電動機分1群，發(fā)電機分1群電動機分2群，發(fā)電機分2群電動機分1群，發(fā)電機分2群電動機分2群，發(fā)電機分2群電動機分3群，發(fā)電機分3群電動機分2群。根據(jù)層次分析法，利用上節(jié)所述的五個指標(biāo)進行綜合評判，其流程圖如圖1所示

圖1 等值模型選擇流程圖Fig.1 Procedure of equivalent model choice

潮流誤差是指系統(tǒng)等值之后外部系統(tǒng)與研究系統(tǒng)之間的邊界聯(lián)絡(luò)線的潮流功率絕對值之和與原系統(tǒng)的（聯(lián)絡(luò)線）潮流功率之差的絕對值；可信度指的是系統(tǒng)等值前后研究系統(tǒng)內(nèi)部及研究系統(tǒng)與外部系統(tǒng)之間動態(tài)影響的變化；發(fā)電機與電動機機電距離指的是系統(tǒng)各機之間機電聯(lián)系的強弱；簡化程度是指系統(tǒng)等值前后各機采用三階模型微分方程變化的個數(shù)。

3 實例驗證

以New England 10機39節(jié)點系統(tǒng)為例，G4，G5，G6，G7這4臺發(fā)電機同調(diào)性較好，如圖2所示劃分研究系統(tǒng)、外部系統(tǒng)，在負荷節(jié)點15,16,20,21,23,24接入6臺電動機。

最終得出該系統(tǒng)的綜合權(quán)重：

W=（0.0343,0.1032,0.0844,0.1818,0.3309,0.2642）

一致性比率為0.0102（＜0.1），可按照總排序權(quán)向量表示的結(jié)果進行決策，由其綜合權(quán)重可知，方案5（發(fā)電機分2群，電動機分三群）為最優(yōu)分群方案。

如圖2研究系統(tǒng)的劃分，根據(jù)不同的分群方法利用BPA仿真軟件對其做暫態(tài)穩(wěn)定仿真。

圖2 IEEE10機39節(jié)點算例系統(tǒng)Fig.2 10-generator and 39-bus test system

在交流線4-14處設(shè)置0.1-0.3秒三相接地故障，通過觀察不同的分群方案系統(tǒng)的發(fā)電機31節(jié)點的轉(zhuǎn)子功角曲線（圖中GiMj表示發(fā)電機與電動機的分群方案）。

圖3 31節(jié)點的轉(zhuǎn)子功角曲線Fig.1 Rotor power angle curve of 31 bus

由BPA動態(tài)仿真結(jié)果可知，基于層次分析法得出的分群方案5是精度最高的，說明了層次分析法的可行性。

4 結(jié)論

本文以層次分析法為基礎(chǔ)，通過電力系統(tǒng)動態(tài)等值效果的五個指標(biāo)，來確定大系統(tǒng)等值區(qū)域的合理劃分。在給定的一個系統(tǒng)的前提下，我們無需對該系統(tǒng)等值后的模型一一進行動態(tài)仿真，便能分析出最優(yōu)的等值分群方法。該方法有效、全面，可運用于大型的電力系統(tǒng)進行動態(tài)等值分析，具有很強的簡便性。

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