薛飛 袁淵 王紫鑫

（國網(wǎng)河南省電力公司檢修公司靈寶換流站，河南三門峽 472500）

實(shí)用化電力系統(tǒng)潮流穩(wěn)定分析系統(tǒng)

薛飛 袁淵 王紫鑫

（國網(wǎng)河南省電力公司檢修公司靈寶換流站，河南三門峽 472500）

潮流計(jì)算是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況的一種計(jì)算，是根據(jù)給定的運(yùn)行條件及系統(tǒng)接線情況確定整個電力系統(tǒng)各個部分的運(yùn)行狀態(tài)，如各母線的電壓、各元件中流過的功率、系統(tǒng)的功率損耗等等。電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是計(jì)算系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定和靜態(tài)穩(wěn)定的基礎(chǔ)#在電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和現(xiàn)有電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的研究中，都需要利用電力系統(tǒng)潮流計(jì)算來定量的比較供電方案或運(yùn)行方式的合理性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

實(shí)用化電力系統(tǒng) 潮流穩(wěn)定 重要性

1 潮流分析的基本原理

電力系統(tǒng)潮流計(jì)算是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況的一種計(jì)算，它的任務(wù)是根據(jù)給定的運(yùn)行條件及系統(tǒng)接線情況確定整個電力系統(tǒng)各部分的運(yùn)行狀態(tài)，如各母線的電壓（幅值及相角），各元件中流過的功率分布，系統(tǒng)的功率損耗等等。潮流計(jì)算是研究電力系統(tǒng)的一種最基本和最重要的計(jì)算。

2 發(fā)展實(shí)用化電力系統(tǒng)潮流穩(wěn)定分析系統(tǒng)的重要性

隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，社會對電力的需求量也逐漸增大，因此，電力系統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)模也在隨之?dāng)U張，這也就造成當(dāng)前電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)日漸復(fù)雜，龐大數(shù)據(jù)需要一套完善科學(xué)的管理系統(tǒng)作為支撐，以保障電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，進(jìn)行潮流的計(jì)算與穩(wěn)定的分析，這也是現(xiàn)階段電力系統(tǒng)管理相關(guān)人員需要做的主要工作之一。而當(dāng)前飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)，也為更加實(shí)用化電力系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)層面的支持與保障，很多新型的方法相繼出現(xiàn)，以及相關(guān)數(shù)據(jù)庫技術(shù)的科學(xué)使用，保障了電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理方面的正常運(yùn)行，工作人員能夠有針對性的對系統(tǒng)數(shù)據(jù)完成檢索、修改、刪除等動作。

3 實(shí)用化電力系統(tǒng)潮流穩(wěn)定分析系統(tǒng)的概述

整個程序主要運(yùn)用的設(shè)計(jì)方法為模塊化，大體上由四個相關(guān)模塊組成，分別為數(shù)據(jù)管理模塊、潮流數(shù)據(jù)計(jì)算模塊、穩(wěn)定數(shù)據(jù)計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)輸出模塊等。

3.1 系統(tǒng)原始文件的形成

在電力系統(tǒng)中，潮流穩(wěn)定的相關(guān)計(jì)算主要與發(fā)電機(jī)、電網(wǎng)負(fù)荷、相關(guān)線路等數(shù)據(jù)有關(guān)，其中涉及到的數(shù)據(jù)龐雜、系統(tǒng)眾多，在傳統(tǒng)的方法中，通常都需要在進(jìn)行計(jì)算之前，對相關(guān)數(shù)據(jù)做出相應(yīng)文件，但在數(shù)據(jù)如此龐雜的條件下，不僅工作量很大，且很容易出現(xiàn)誤差多錯漏，且在數(shù)據(jù)的日常維護(hù)方面也相對繁瑣，不利于相關(guān)數(shù)據(jù)的檢索與修改。而使用數(shù)據(jù)庫方法進(jìn)行管理便能夠有效解決這一問題，利用這種方法建立起多個不同的數(shù)據(jù)庫文件，并將與之配套的數(shù)據(jù)管理程序應(yīng)用其中。這種方法具備方便檢索、輸入、修改、整合、打印等優(yōu)勢，能夠在很大程度上提升系統(tǒng)操作的靈活性，為日后數(shù)據(jù)的管理工作帶來便利。

3.2 漢化潮流穩(wěn)定計(jì)算

隨著電力系統(tǒng)要求的不斷提高，系統(tǒng)運(yùn)行的相關(guān)操作人員對軟件的計(jì)算速度與軟件使用的方面行也提出了更高的要求。而實(shí)用化潮流穩(wěn)定分析系統(tǒng)采用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來自工程軟件，將漢字顯示融入到傳統(tǒng)的西文系統(tǒng)中去，并實(shí)現(xiàn)了全屏幕的操作菜單，這也就在很大程度上方便了相關(guān)操作人員的使用，工作人員不僅能夠通過移動光標(biāo)來操作窗口，還能夠完成系統(tǒng)下的多種交互功能，以保障電力系統(tǒng)的潮流穩(wěn)定極端能夠正常進(jìn)行。相應(yīng)的，潮流計(jì)算主要有牛頓-拉弗遜法、最優(yōu)乘子法以及PQ快速分析法等三種；而穩(wěn)定計(jì)算主要有動穩(wěn)、靜穩(wěn)、暫穩(wěn)等三種子窗口，而相應(yīng)的計(jì)算方法主要有改進(jìn)Euler法、隱式積分法、Rung-Kutta等。

3.3 系統(tǒng)相關(guān)結(jié)果可視化

該系統(tǒng)主要提供了自由、圖形、表格等三種主要的輸出方式，以供使用者進(jìn)行選擇。其中，潮流計(jì)算所采用的主要輸出的形式為表格式與自由式，對系統(tǒng)進(jìn)行使用的工作人員可以根據(jù)自身需求與客觀需要，對自由式輸出中顯示的相關(guān)數(shù)據(jù)運(yùn)用適合的數(shù)據(jù)編程進(jìn)行操作。而穩(wěn)定計(jì)算可以采用自由、圖形、表格等任意一種輸出方式。針對動態(tài)與暫態(tài)的穩(wěn)定子窗口，普遍采用的是圖形輸出。相關(guān)的使用者完全可以根據(jù)自身的需求與習(xí)慣選擇適合的輸出方式，以便相關(guān)人員獲得更加直觀、更加滿意的輸出結(jié)果。

4 實(shí)用化電力系統(tǒng)潮流穩(wěn)定分析方法

4.1 數(shù)值積分法

數(shù)值積分法是研究大擾動后暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的最準(zhǔn)確實(shí)用的方法，其研究的時域范圍小于10s，涉及到發(fā)電機(jī)機(jī)電暫態(tài)過程、勵磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、快速無功補(bǔ)償裝置、HVDC和異步電動機(jī)的動態(tài)響應(yīng)過程。

4.2 中長期時域仿真

許多影響電壓穩(wěn)定性的系統(tǒng)元件的響應(yīng)時間會持續(xù)數(shù)分鐘，歷史上的電壓崩潰事故也證實(shí)了這一點(diǎn)，典型的影響中長期電壓穩(wěn)定的因素有投切電容器、勵磁限制、有載調(diào)壓變壓器、負(fù)荷恢復(fù)特性等。此外，影響暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的發(fā)電機(jī)等因素，對中長期電壓穩(wěn)定性也會產(chǎn)生影響。這種方法在運(yùn)用時通常采用以下三種方式：一是采用足夠小的步長進(jìn)行數(shù)值積分；二是在快動態(tài)過程結(jié)束后加大積分步長；三是根據(jù)系統(tǒng)行為自動調(diào)整步長。第1種方法與暫態(tài)穩(wěn)定分析方法沒有區(qū)別，后兩種方法中變量的變化率可作為調(diào)整步長的判據(jù)。

4.3 基于微分方程定性理論的小擾動分析方法

電壓穩(wěn)定問題涉及時間范圍通常較寬，同時涉及到幾乎所有的電力系統(tǒng)機(jī)電和機(jī)械動態(tài)過程。如果對所有動態(tài)元件建立模型并進(jìn)行線性化，則會帶來極大的分析難度。因而，如何根據(jù)研究目的建立盡可能簡化，又能準(zhǔn)確反映系統(tǒng)動態(tài)過程的模型，成為小擾動分析的關(guān)鍵。嚴(yán)格來說，即使研究局部性質(zhì)時，一次線性近似系統(tǒng)也不是總能替代原系統(tǒng)，附近的局部穩(wěn)定性，才可以由線性化方法來分析，而對于系統(tǒng)的非雙曲平衡點(diǎn)，則需要采用中心流形理論來分析其局部穩(wěn)定。

5 結(jié)語

實(shí)用化電力系統(tǒng)潮流穩(wěn)定分析系統(tǒng)運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫技術(shù)，不僅保障了電力管理工作的準(zhǔn)確與效率，還能夠完成數(shù)據(jù)文件的自動生成，使電力系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)工作簡單化；運(yùn)用了多窗口的相關(guān)技術(shù)，完成了工作部門之間的交互，使系統(tǒng)的操作更富有靈活性；漢化的操作節(jié)目也更有利于工作人員的操作，是當(dāng)前比較好的電力管理系統(tǒng)。

［1］張尚.電力系統(tǒng)潮流、短路電流、動態(tài)穩(wěn)定等應(yīng)用程序考評計(jì)算中的幾個問題［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2013，11（05）：78-80.

［2］張艷萍.基于特征值優(yōu)化理論的小干擾穩(wěn)定約束最優(yōu)潮流研究［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014，1（01）：156-158.

［3］楊靜.電力系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)與負(fù)荷模型辨識及其在電壓穩(wěn)定分析中的應(yīng)用［D］.天津大學(xué)，2013.