（石河子天富能源股份有限公司電力調(diào)度中心，石河子市，832000） 杜偉偉

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石河子電網(wǎng)的潮流計(jì)算及分析

（石河子天富能源股份有限公司電力調(diào)度中心，石河子市，832000） 杜偉偉

摘要以石河子電網(wǎng)的潮流計(jì)算為基礎(chǔ)，闡述PSASP的用法以及應(yīng)用PSASP對(duì)復(fù)雜的電力網(wǎng)進(jìn)行潮流計(jì)算。PSASP進(jìn)行潮流計(jì)算時(shí)首先在同一數(shù)據(jù)組中建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，定義方案及潮流作業(yè)，然后執(zhí)行計(jì)算。

關(guān)鍵詞潮流；潮流計(jì)算；暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算；PSASP

1　緒論

1.1潮流計(jì)算的意義

潮流計(jì)算是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況的一種基本計(jì)算，常規(guī)潮流計(jì)算的任務(wù)是根據(jù)給定的運(yùn)行條件和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)確定整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如各母線上的電壓（幅值及相角）、網(wǎng)絡(luò)中的功率分布以及功率損耗等。潮流計(jì)算的結(jié)果是電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算和故障分析的基礎(chǔ)。

1.2潮流計(jì)算的目的

潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)重要的分析計(jì)算，用以研究系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行中提出的各種問(wèn)題。對(duì)規(guī)劃中的電力系統(tǒng)，通過(guò)潮流計(jì)算可以檢驗(yàn)所提出的電力系統(tǒng)規(guī)劃方案能否滿足各種運(yùn)行方式的要求：對(duì)運(yùn)行中的電力系統(tǒng)，通過(guò)潮流計(jì)算可以預(yù)知各種負(fù)荷變化和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的改變會(huì)不會(huì)危及系統(tǒng)的安全，系統(tǒng)中所有母線的電壓是否在允許的范圍以內(nèi)，系統(tǒng)中各元件（線路、變壓器等）是否會(huì)出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷，以及可能出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷時(shí)應(yīng)事先采取哪些預(yù)防措施等。

2　潮流計(jì)算方法

由于潮流計(jì)算是否收斂，不僅與被計(jì)算的系統(tǒng)有關(guān)，而且和所選用的計(jì)算方法也緊密相關(guān)。因此PSASP潮流計(jì)算程序提供了下列方法供用戶選擇。2.1PQ分解法

此方法基于牛頓法原理，再根據(jù)電力系統(tǒng)線路參數(shù)R/X比通常很小的情況，對(duì)求解修正量的修正方程系數(shù)矩陣加以簡(jiǎn)化，使其變?yōu)槌?shù)陣（即所謂的等斜率），且P、Q迭代解耦。這樣可減少每次迭代的計(jì)算時(shí)間，提高計(jì)算速度，又不影響最終結(jié)果，因此是通過(guò)選用的一種方法。但在低電壓配電網(wǎng)中，當(dāng)線路R/X比值很大時(shí)，可能出現(xiàn)不收斂情況，此時(shí)應(yīng)考慮更換其它方法。

2.2牛頓法（功率式）

此方法的數(shù)學(xué)模型是基于節(jié)點(diǎn)功率平衡方程式，再應(yīng)用牛頓法形成修正方程，求每次迭代的修正量。此方法通常收斂性很好。

2.3最佳乘子法（非線性規(guī)劃法）

此方法首先將潮流計(jì)算求解非線性方程組的問(wèn)題化為無(wú)約束的非線性規(guī)劃問(wèn)題。在求解是把用牛頓法所求的修正量作為搜索方向，再根據(jù)所求出最佳步長(zhǎng)加以修正。此方法屬非線性規(guī)劃原理，原則上能出其解（若存在）或斷定問(wèn)題無(wú)解，但由于數(shù)值計(jì)算的因素比較復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用時(shí)并非完全理想化。通常在迭代過(guò)程發(fā)生振蕩的情況，若最佳乘子μ逼近于0，說(shuō)明問(wèn)題無(wú)解；若最佳乘子保持在1附近則要考慮其它的因素。

2.4牛頓法（電流法）

此方法與牛頓法（功率式）的區(qū)別是其數(shù)學(xué)模型基于節(jié)點(diǎn)電流平衡方程。此方法通常收斂性很好。

2.5PQ分解轉(zhuǎn)牛頓法

牛頓法迭代的特點(diǎn)是要求初值較好，且在迭代接近真解時(shí)，收斂速度非?？欤瑸榇嗽O(shè)計(jì)了PQ分解轉(zhuǎn)牛頓法。該方法是先用PQ分解法，當(dāng)?shù)_(dá)到一定精度時(shí)，轉(zhuǎn)牛頓法，使牛頓法能獲得較好的初值，這樣可改善其收斂性，加快計(jì)算速度。

3　石河子電網(wǎng)簡(jiǎn)介

目前石河子電網(wǎng)已形成以市區(qū)為核心，東至瑪納斯涼州戶，西至沙灣、小拐鄉(xiāng)，南至石場(chǎng)鎮(zhèn)，北到西古城鎮(zhèn)。以110KV、220KV電壓等級(jí)為主體覆蓋的輸、配電網(wǎng)絡(luò)。電網(wǎng)東西伸展約120㎞、南北約150㎞，覆蓋地域約7 762㎞2。220KV與110KV等級(jí)電網(wǎng)已基本形成大環(huán)套小環(huán)多環(huán)網(wǎng)運(yùn)行的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，電網(wǎng)內(nèi)部基本實(shí)現(xiàn)自給自足，現(xiàn)石河子電網(wǎng)僅通過(guò)110KV瑪東一、二線與新疆電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。

截止到2015年底，電網(wǎng)總裝機(jī)容量為4 437.6MW，其中：火電4 230MW，水電171MW，垃圾焚燒發(fā)電15MW，光伏電站21.6MW。天富公司裝機(jī)2 337.6MW；其它公司裝機(jī)2 100MW,其中天鋁自備電廠裝機(jī)容量1 400MW，合盛自備電廠裝機(jī)容量660MW。發(fā)電資源以火電為主，占比95.3%（4 230MW），水電占比3.9%（171MW），新能源占比0.5%（21.6MW）。

220KV降壓變電站10座，變壓器43臺(tái)，總變電容量4 080MWA。其中，天富公司220KV降壓變電站4座，變壓器7臺(tái)，變電容量1 440MWA。用戶220KV降壓變電站6座，變壓器36臺(tái)，變電容量2 640MWA。110KV降壓變電站22座，變壓器44臺(tái)，總變電容量1 886MWA。其中天富公司110KV降壓變電站21座，變壓器42臺(tái)，變電容量1 736 MWA。用戶110KV降壓變電站1座，變壓器2臺(tái)，變電容量150MWA。35KV降壓變電站27座，變壓器50臺(tái)，總變電容量442.6MWA。220KV線路29條，長(zhǎng)度312.24㎞；110KV線路61條，長(zhǎng)度866.28㎞；35KV線路共64條，長(zhǎng)度為474.62㎞。

其地理接線圖如圖1所示：

圖1　石河子電網(wǎng)地理接線圖

4　潮流計(jì)算

4.1潮流計(jì)算基礎(chǔ)方案的建立

做電力系統(tǒng)分析計(jì)算之前，首先要確定潮流計(jì)算的基礎(chǔ)方案。即定義待計(jì)算電網(wǎng)的規(guī)模、結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式，以便從已建立的電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中抽取數(shù)據(jù)，建立潮流計(jì)算的基礎(chǔ)電網(wǎng)模型。

方案定義窗口如圖2所示：

圖2　方案定義窗口

窗口左上方的方案框中列出了已定義的方案，當(dāng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊后，該方案的內(nèi)容（數(shù)據(jù)組）即顯示在窗口下部右側(cè)的已選項(xiàng)框中。

點(diǎn)擊“描述”按鈕，可對(duì)所定義的方案給予簡(jiǎn)短的注釋說(shuō)明。

點(diǎn)擊“瀏覽”按鈕，列出已定義的全部方案，其中包括“方案名”、“數(shù)據(jù)組數(shù)”和“描述”三項(xiàng)。

點(diǎn)擊“確定”按鈕，本次在環(huán)境下所做的方案定義和編輯生效，并退出該方案定義窗口。

4.2潮流計(jì)算作業(yè)的定義

在執(zhí)行潮流計(jì)算之前，還需要定義潮流計(jì)算的作業(yè)。

4.2.1潮流計(jì)算作業(yè)的構(gòu)成

潮流計(jì)算的基礎(chǔ)方案給出了待計(jì)算電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和各節(jié)點(diǎn)發(fā)電、負(fù)荷等基本數(shù)據(jù)，再配以不同的計(jì)算控制信息（包括發(fā)電、負(fù)荷按比例修改等），即可得到不同的潮流計(jì)算作業(yè)。

4.2.2潮流作業(yè)的定義方法

按上述潮流作業(yè)必備的內(nèi)容，在文本和圖形環(huán)境下均可以定義不同潮流計(jì)算作業(yè)，每一作業(yè)需給定一個(gè)作業(yè)號(hào)。

點(diǎn)擊“作業(yè)”下拉菜單中的“潮流”或點(diǎn)擊工具條中的按鈕，彈出潮流計(jì)算信息窗口。（如圖3所示）

圖3　作業(yè)定義窗口

在該窗口中選擇或定義作業(yè)號(hào)后，即可點(diǎn)擊“確定”按鈕，確認(rèn)所定義的作業(yè)。

本次計(jì)算采用牛頓法（功率式），因?yàn)榕ｎD法較PQ分解法的精度稍高一些。

4.3執(zhí)行計(jì)算和結(jié)果顯示

當(dāng)完成作業(yè)選擇后，無(wú)論是否對(duì)系統(tǒng)的接線和運(yùn)行方式進(jìn)行修改，均可執(zhí)行潮流計(jì)算。

選擇菜單“計(jì)算│潮流”項(xiàng)或者點(diǎn)擊工具條中的“潮流計(jì)算”按鈕，執(zhí)行潮流計(jì)算，彈出計(jì)算過(guò)程的窗口，顯示迭代過(guò)程，計(jì)算結(jié)束關(guān)閉該窗口后，若本次計(jì)算收斂則自動(dòng)將結(jié)果顯示在單線圖上，如圖4所示：

圖4　潮流計(jì)算結(jié)果

5　PSASP潮流結(jié)果的處理

5.1電力系統(tǒng)潮流不收斂調(diào)整方法

(1)對(duì)作業(yè)方案數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，查看發(fā)電出力和負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

(2)數(shù)據(jù)檢查發(fā)現(xiàn)負(fù)荷數(shù)據(jù)不與電網(wǎng)相連，原因是三繞組變壓器中心點(diǎn)母線未建立。則在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中建立中心點(diǎn)母線數(shù)據(jù)。

(3)更換計(jì)算方法，加大迭代次數(shù)上限。由默認(rèn)值增大到100次。迭代過(guò)程信息中的最大誤差母線檢查與該母線相關(guān)數(shù)據(jù)，如線路參數(shù)、變壓器阻抗和變比、發(fā)電出力和負(fù)荷等。如果仍然不收斂則需進(jìn)一步檢查數(shù)據(jù)。

5.2潮流結(jié)果的分析

由于數(shù)據(jù)中仍存在問(wèn)題所以潮流收斂到不合理的解（電壓過(guò)高或過(guò)低），則需要進(jìn)行潮流分析，潮流結(jié)果分析主要是對(duì)電壓的調(diào)整。當(dāng)點(diǎn)擊“瀏覽潮流結(jié)果”后，顯示潮流結(jié)果，越限數(shù)值以紅色標(biāo)識(shí),將越限數(shù)值進(jìn)行修改后再次進(jìn)行潮流計(jì)算。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類(lèi)號(hào)：TM727

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1008-0899（2016）06-0053-03