電壓穩(wěn)定在線智能預警技術研究的內容

摘要：從實際系統(tǒng)運行的安全性來說，人們不僅關心系統(tǒng)的某一運行方式是否穩(wěn)定，而且更關心這一運行方式是否有足夠的穩(wěn)定裕度。前者涉及到電壓穩(wěn)定性的判別方法，后者則屬于電壓穩(wěn)定極限的計算。本文對信陽電網在線智能預警技術研究的內容進行了全面的介紹，系統(tǒng)的運行實踐證明此項技術的應用對電網的在線安全控制具有重要的作用。

關鍵詞：電網穩(wěn)定在線預警研究內容

0 引言

近年來，世界各地以電壓崩潰為特征的事故頻繁發(fā)生，如1978法國發(fā)生電網崩潰事件，1987年日本東京電壓失穩(wěn)，1996年美國連續(xù)兩次電壓失穩(wěn)等都造成了巨大的損失。我國雖然還未發(fā)生類似的電壓崩潰事故，但因電壓失穩(wěn)而導致的局部地區(qū)停電事故時有發(fā)生，這些使得眾多學者越來越關注對電壓穩(wěn)定問題的分析，研究多側重于探討電壓失穩(wěn)的判定、極限點的求取及對輸電網的電壓穩(wěn)定性分析。隨著我國經濟的快速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴大，用電負荷不斷增加，處于電網末端的地區(qū)電網的電壓穩(wěn)定問題將逐漸凸顯。

1 問題的提出

信陽供電區(qū)地處河南南部，是鄂豫聯(lián)網的重要通道，電網現(xiàn)以220kV網絡為主網架，結構呈東西狹長狀，主干輸電網環(huán)網運行，僅有的兩處電源-華豫電廠和平橋電廠集中在西部，因此形成了西電東送的格局，同時，信陽電網擔負著信陽市及周邊八縣的供電任務，負荷較重。隨著我國高速鐵路的大規(guī)模興建，牽引負荷已經成為電力系統(tǒng)中特殊的重要負荷。信陽電網也存在大量牽引變負荷，信陽電網現(xiàn)有牽引變七座，牽引變負荷的間斷性和不對稱性對系統(tǒng)電壓水平和電壓質量都會產生較大影響。此外，隨著風電場的容量越來越大，風電的隨機性給系統(tǒng)運行帶來許多困難。信陽電網目前規(guī)劃風電廠四座，風電的并網將使信陽電網的電源結構發(fā)生較大變化，由此產生的電壓穩(wěn)定性問題也將突顯出來。

2 研究目的

基于采用中國電科院的電力系統(tǒng)分析綜合程序(簡稱“PSASP”)為核心計算程序，實現(xiàn)了信陽電網在線電壓穩(wěn)定智能預警的功能，同時對牽引負荷及風電場進行了建模，分析沖擊性負荷及分布式發(fā)電接入對系統(tǒng)的影響，實時監(jiān)視電網電壓穩(wěn)定性，使調度運行人員及時掌握系統(tǒng)運行狀態(tài)，迅速做出相應判斷，保證采取措施的及時性和有效性。

3 主要研究內容

①通過導入當前系統(tǒng)EMS，對運行數(shù)據(jù)進行整合，形成一套在線的PSASP潮流數(shù)據(jù)，實現(xiàn)預防性電壓穩(wěn)定預警計算，即在日常運行過程中實現(xiàn)分析層面上的電網電壓穩(wěn)定計算。

②在整合后的電網模型及數(shù)據(jù)基礎上，對當前系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性進行指標計算及報警，使得工作人員可在分鐘級時間內監(jiān)視當前系統(tǒng)電壓穩(wěn)定指標值，并在地理圖上觀測電網電壓穩(wěn)定的薄弱廠站。

③對在線電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的在線監(jiān)視結果進行分析，可為電網進行準確的決策提供數(shù)據(jù)支持，指導電網規(guī)劃建設，確保電網投資效益。

④對系統(tǒng)內風電場及牽引站進行了建模，可分析分布式電源接入及沖擊性負荷擾動對系統(tǒng)的影響，實現(xiàn)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定預防性監(jiān)控。

3.1 數(shù)據(jù)接口模塊

近年來，標準電網模型、計算機網格等新技術的出現(xiàn)為建立調度中心統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺提供了可能，各類應用程序有可能通過連接數(shù)據(jù)總線的方式接入系統(tǒng)，避免了大量多對多私有數(shù)據(jù)接口。在此基礎上，應用綜合潮流計算技術，可將在線潮流引入到傳統(tǒng)的離線分析計算中，在離線/在線數(shù)據(jù)之間架起一座橋梁，實現(xiàn)了基于在線運行數(shù)據(jù)的穩(wěn)定仿真計算。

在電力系統(tǒng)分析綜合程序(PSASP)和調度自動化系統(tǒng)的基礎上，通過研究開發(fā)實時數(shù)據(jù)庫，網絡拓撲分析和狀態(tài)估計，通過數(shù)據(jù)接口，將在線數(shù)據(jù)引入到PSASP數(shù)據(jù)庫中，使得PSASP的各項計算分析提升到在線水平，實現(xiàn)在線和離線計算的完美結合。本項目開發(fā)基于中間數(shù)據(jù)文件方式的與信陽地調SCADA/EMS系統(tǒng)的在線數(shù)據(jù)接口。

3.2 地區(qū)電網靜態(tài)電壓穩(wěn)定性分析模塊

本項目對信陽地區(qū)電網進行了靜態(tài)電壓穩(wěn)定性分析，通過對包含系統(tǒng)動態(tài)特性的潮流雅可比矩陣的模態(tài)分析，指出了此地區(qū)電網的電壓穩(wěn)定薄弱點并繪制了其薄弱節(jié)點的PV曲線圖，同時對比分析了算例所述電網在不同運行條件下的電壓穩(wěn)定裕度值，計算了關鍵斷面的靜態(tài)傳輸極限，最后給出了提高地區(qū)電網電壓穩(wěn)定裕度的一些可行性建議。

3.3 牽引負荷建模模塊

近年來，隨著數(shù)字仿真技術的發(fā)展，國內外針對不同模型的牽引供電系統(tǒng)進行了大量建模及仿真試驗，以期準確模擬牽引負荷引起的諧波電流及負序電流；但牽引負荷對電網的影響應為綜合性而非單一注入諧波電流或單一產生負序電流。目前建立牽引網的整體負荷模型，且存在大量需辨識的參數(shù)，不適用工程應用。

本項目從牽引負荷的實際運行工況出發(fā)，提出了一種用等效故障變換模擬牽引負荷的模型，能夠反映牽引負荷非線性、不對稱性及沖擊性的三大特性，通過對牽引網二次側負荷的簡化及等效故障變換處理，易于搭建該模型；最后通過對信陽地區(qū)電網的仿真驗證模型的有效性。

3.4 雙饋直驅風機的建模模塊

隨著風電場的容量越來越大，對系統(tǒng)的影響也越來越明顯，分析風電并網對系統(tǒng)的影響成為電網運行的必要課題。風電的隨機性給發(fā)電和運行計劃的制定都帶來許多困難，諸如風電場出力變化對系統(tǒng)頻率的影響；風力發(fā)電功率及無功特性對系統(tǒng)電壓的影響；風力發(fā)電對電網暫態(tài)電壓穩(wěn)定的影響；電網某一接入點能夠接納風電的最大容量等內容都亟需深入研究。

本項目建立詳細的雙饋直驅風機的模型，通過建立風機模型分析對大容量并網風電場進行暫態(tài)電壓穩(wěn)定計算分析，研究風電接入對地區(qū)電網電壓穩(wěn)定的影響。

3.5 電壓穩(wěn)定預警界面模塊

電壓穩(wěn)定分析界面模塊根據(jù)在線分析潮流數(shù)據(jù)，計算電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定裕度和關鍵節(jié)點P-V曲線，采用圖數(shù)一體、拓撲自動生成、表格和三維圖形等技術，實現(xiàn)了電壓穩(wěn)定分析結果的綜合展示，提供了電壓穩(wěn)定設置，計算信息提交和電壓極限值顯示，以及靈敏度查看，斷面監(jiān)視曲線，P-V曲線的展示等功能，滿足了電壓穩(wěn)定計算結果的展示需求。

4 結束語

通過電壓穩(wěn)定預警系統(tǒng)的運行證明，計算系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度指標，從電壓穩(wěn)定的角度判斷某一運行方式是否有足夠的穩(wěn)定裕度。系統(tǒng)關鍵節(jié)點和區(qū)域的判斷確定系統(tǒng)的關鍵節(jié)點和區(qū)域。