張雙梅,王國城,劉瑞超(.國網(wǎng)天津市電力公司 寶坻供電分公司,天津 30800;.光大生物能源(天津薊縣)有限公司,天津 30907)
電力系統(tǒng)源網(wǎng)間的協(xié)同調控問題是電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟、可靠運行的核心問題。然而,由于系統(tǒng)運行的不均勻性[1-2],導致了源網(wǎng)非同調現(xiàn)象的產生,該現(xiàn)象是指網(wǎng)的安全制約了最經(jīng)濟源的運行,使部分網(wǎng)不隨源而變化或變化趨勢相反的現(xiàn)象。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展,風、光、儲等可再生能源以分散或集中的方式大規(guī)模的并入電網(wǎng),源的類型、網(wǎng)的規(guī)??涨褒嫶蠛蛷碗s,導致該現(xiàn)象將進一步加劇。
與此同時,等值簡化對異常復雜的電力系統(tǒng)顯得尤為必要[3-4],簡單且精確的模型可以極大地提高系統(tǒng)的計算效率。近年來,國內外專家學者對此展開了大量的研究[5-6],在動態(tài)等值中,同調機群識別、電動機、發(fā)電機、原動機等參數(shù)簡化一直是研究的熱點。靜態(tài)等值中的系統(tǒng)結構分區(qū)、網(wǎng)絡等值簡化等方面也出現(xiàn)了大量的研究成果[7-8]。但這些方法或僅對某一特定元件參數(shù)或僅對系統(tǒng)網(wǎng)絡結構展開研究,沒有考慮源網(wǎng)間的非同調關系,且簡化后的等效模型存在依賴于運行點、網(wǎng)絡潮流模式變化較大等問題[9-10]。
針對上述情況,本研究提出源網(wǎng)同調和非同調的指標、判別源網(wǎng)同調的方式,以及利用源網(wǎng)同調特點實現(xiàn)電網(wǎng)分類簡化的方法。
根據(jù)功率分布理論,電網(wǎng)中任意支路中的潮流為具有不同系數(shù)的電源提供的功率分量的代數(shù)和,功率分量的歸屬電源明確,體現(xiàn)了源網(wǎng)之間的耦合關系。然而,對應負荷曲線中某點,電源最經(jīng)濟運行方式受網(wǎng)的制約而出現(xiàn)非同調的現(xiàn)象。本研究采用三節(jié)點系統(tǒng)對此情況進行說明,如圖1所示。
圖1 三節(jié)點系統(tǒng)
系統(tǒng)負荷運行模式如表1所示。
表1 負荷運行模式(單位:MW)
在負荷模式一情況下,對其進行連續(xù)潮流計算,得到系統(tǒng)各電源及網(wǎng)絡潮流變化情況如表2所示。負荷最大時系統(tǒng)運行如圖2所示。此時恰好滿足網(wǎng)的制約(支路1-2達輸電限值)。
結果顯示,在該負荷模式下,隨著負荷的增加,源網(wǎng)保持同步增加,源的最經(jīng)濟運行方式不受網(wǎng)的制約,源網(wǎng)同調。
表2 負荷模式一下系統(tǒng)有功變化情況(單位:MW)
在負荷模式二下,節(jié)點1、節(jié)點3處的負荷保持不變,節(jié)點2處的負荷由60 MW增長至116 MW,對其進行連續(xù)潮流計算,可得系統(tǒng)各電源及網(wǎng)絡潮流變化情況如表3所示。
負荷最大時系統(tǒng)運行如圖3所示。
圖2 負荷模式一最值時系統(tǒng)運行
負荷1負荷2負荷3電源A電源B電源C電源D支路1-2潮流支路1-3潮流支路2-3潮流初值5060225502850012615966終值501162252228508412613110
圖3 負荷模式二最值時系統(tǒng)運行
此時,隨著節(jié)點2負荷增大,受網(wǎng)的制約,電源A、支路1-3、支路2-3有功減小,電源D有功增大,支路1-2有功保持不變,網(wǎng)不隨電源D同調變化。
與源網(wǎng)非同調相反,同調的源和網(wǎng)指的是源網(wǎng)有功變化同步增大或減小,表現(xiàn)了源網(wǎng)內部無制約和擠兌,可分為一類,顯示源的屬性;而部分網(wǎng)在源的變化過程中保持不變,相對獨立,也可分為一類,顯示網(wǎng)的特性;若同調源與其互聯(lián)的網(wǎng)非同調,則網(wǎng)將其分為獨立的類。經(jīng)過此劃分,原電力系統(tǒng)可簡化為由同類的源與網(wǎng)組成的簡化系統(tǒng)。
同調屬性是一個動態(tài)變化識別的過程,設當前時刻為t0,定義超前時刻t1時,源網(wǎng)非同調的識別指標為:
(1)
在不同時刻電力系統(tǒng)的負荷可能不同,服從隨機變化規(guī)律,而蒙特卡羅模擬預測法[11]是一種利用隨機數(shù)來解決具有動態(tài)隨機性質問題的方法,在電力系統(tǒng)分析中已得到廣泛應用[12]。
假設系統(tǒng)的發(fā)電、負荷服從區(qū)間內的均勻分布,即:
(2)
(3)
(4)
(5)
根據(jù)潮流計算結果,設t1時刻得到的系統(tǒng)源網(wǎng)功率分別為:
(6)
式中:n—系統(tǒng)節(jié)點數(shù);b—支路數(shù)。
設t0時刻系統(tǒng)潮流分布已知,表示為:
(7)
則t1時刻相對于t0時刻源和支路的有功變化量分別為:
(8)
其中:
(9)
(10)
根據(jù)式(8)的數(shù)據(jù),使用(1)的識別指標可識別出系統(tǒng)的同調源和同調網(wǎng),進一步對式(8)進行計算,可得到識別源網(wǎng)同調的矩陣:
C=(ΔP)T?(ΔPl)′
(11)
在上述計算過程中,存在部分源節(jié)點保持不變的情況,這部分節(jié)點為聯(lián)絡性節(jié)點,可根據(jù)系統(tǒng)結構將其分類。
筆者采用IEEE118進行仿真,以驗證本研究的算法,系統(tǒng)結構參數(shù)參考文獻[13]。
經(jīng)過本研究第1及第2部分分類算法,將系統(tǒng)分為3類的距離比分為兩類的小,所以將系統(tǒng)分為3類為最優(yōu)的分類,分為3類的結果如表4、圖4所示。
表4 IEEE118母線系統(tǒng)分為3類結果
圖4 IEEE118母線系統(tǒng)分為三類示意圖
按圖4所示的分類結果將系統(tǒng)簡化為如圖5所示的三母線系統(tǒng)。
圖5 IEEE118母線系統(tǒng)簡化為三母線系統(tǒng)示意圖
其中,母線Ⅰ與Ⅱ之間有83-84、83-85、94-93、94-92、100-92、100-101、100-103、100-104、100-106共9條并行支路,母線Ⅱ與Ⅲ之間有21-20、23-32、26-30、27-32、28-29、49-42、45-44、65-38、114-31共9條并行支路。
根據(jù)文獻[14]算法計算圖8所示簡化電網(wǎng)PTDF矩陣Hr及節(jié)點有功注入Pr分別為:
筆者使用本文所提方法對圖5所示簡化系統(tǒng)進行潮流計算,與文獻[14]的比較結果如表5所示。
表5 簡化IEEE118母線系統(tǒng)潮流結果比較/MW
本研究根據(jù)電網(wǎng)各個電源具有同調的特點提出了一種新的電網(wǎng)簡化方法。通過使用本研究所提方法,在算例部分可以看出,可以極大簡化電網(wǎng)的分析和調度,有助于提高電網(wǎng)監(jiān)視的效率,且可以達到與原始電網(wǎng)相同的調度結果。
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