處于擴展模型基礎之上的潮流電力系統的穩定性探討

張 宇

（四川省電力公司廣安電業局，四川 廣安 638000）

隨著社會經濟的迅速發展，國內外用電量規模不斷擴大。電力系統電壓穩定性分析是目前具有討論性的話題，有時候經常大停電，這很明顯的說明了電力系統運行不穩定。一種追蹤系統PV 曲線的判斷方法以擴展模型為基礎，采用新型的計算方法，能夠直接處理電機的電流流動速度。潮流模型在電力電流運算中的精確度不夠導致電壓運行不穩定或是出現事故的危險，因此采用的是連續潮流的方法在此基礎上進行改進，把其中比較重要的步驟選用合理的方程進行求解計算，保證計算結果精確度，提高運算效率，保證電力系統穩定性增強。

1 電力系統模型

電力系統的新型求解法中采用的連續潮流模型方法、線性規劃法等方法已經被廣泛的研究或是應用。擴展潮流模型的算法中將傳統的潮流模型優點基于一身，再此基礎上創新出一種比較優越的符合當前社會電力系統電壓穩定性測定或是運算的功能。文章中提出的是在擴展潮流模型的基礎上改進的連續潮流法對電驢里系統的電壓進行計算分析。

關于m 個發電機和n 個節點的電力系統一般采用的計算方程式：

X=F（X,Y,λ,U）0=G（X,Y,λ,U）方程式中的X 表示的是電力系統中狀態變量向量，Y 是代數變量向量，U 是控制設定值向量。其中F 主要描述的是電力系統中同步發電機、負荷頻率和負荷動態的特性以及電壓控制系統的變化情況，G 是傳統的潮流模型方程，λ 是代表負荷水平的參數值變化。擴展潮流模型方程中的U 是給定的控制向量，它隨著λ 負荷參數的變化而變化。為了保證穩定性分析分準確性系統中的給出了計算平衡點運算方程：

0=F（X,Y,λ，U）0=G（X,Y,λ,U）

這是擴展潮流方程的第二種計算方程式。

2 電力系統電壓穩定性計算改進的方法

2.1 發電機約束條件的解決方法

運用擴展潮流模型改進方法中的連續潮流求解系統PV 曲線能夠確定電壓崩潰點，但是發電機的約束條件處理方法比較復雜也是目前對電力系統穩定性研究中的關鍵問題。圖1 和圖2 中是發電機電子功率和轉子電流約束的系統控制線路圖。

圖1

圖2

發電機的電子有功功率是通過調速器對條件進行約束，如果電速器的值達到最大時，就需要調速器的保持輸出的最大值不變。轉子電流約束采用的是AVR，在保證穩定狀態的AVR 輸出電壓正比與轉子電流時，就要求忽略勵磁系統中的飽和作用，此時轉子電流的輸出值能夠達到最大，AVR 的輸出值就保持不變，達到的也是最大輸出值。傳統潮流模型中電壓穩定性分析和運算時根據AVR 的輸出值變化而對潮流迭代進行調整，保持輸出值不變并達到最大值狀態。傳統的定子電流約束處理方法能夠保證定子電流在潮流計算中最大值不超越約束限制，如果對PV 曲線進行完整的描述是很難的，因此其計算出的精確度也達不到要求，在電壓穩定性方面還存在一定的問題。下圖中的a 代表的運行開始點，并隨著負荷電流的增加其系統就會到達b 點,Gì 定子電流極限。

圖3

圖3 中這些帶你和曲線就是PV 形成曲線，可以看出每條曲線上都有一點，這個點代表的是發電機Gì 定子電流的極限位置。這種PV 曲線的在連續潮流計算方法中存在一定的困難，發電機的定子電流達到極限時，其他曲線上的定在電流潮流解和另一個定子電流潮流解所處的位置不在同一點曲線上。圖中的曲線1 和2這種情況使得潮流不易于崩潰點進行處理，同時也會出現新的解而且參數值還要小于已經求出的負荷參數值，使得求出的PV 曲線不光滑。圖中的曲線3 所對應的潮流解，也是難以分別出此點是否為分岔點，求出的最大負荷參數值所對應的點也是無法利用潮流進行求解。

由于傳統的潮流求解存在的問題，難以使電力系統中的電壓電流穩定運行，因而在此基礎上提出了一種新型的定在電流約束的方法。如上圖所示，當發電機定子電流到達極限位置時，就可以利用PV曲線方程直接在曲線b 位置上的曲線上進行，能夠快速的描述出PV 曲線的并求出崩潰點，其精確度比較高。主要求解過程中要保持定子電流輸出不變，此時發電機Gì 給系統輸入有功和無功，并應用相關計算方程來代替其解，新的潮流房中的帶球變量就不存在了，從而增加了該發電機的電壓和電流夾角的新變量。

2.2 分岔點識別

上述的曲線圖中的分岔點是當系統中的狀態變量發生了變化并達到了極限而引起的。如圖4 中初始點a 運行開始并并負荷增加時，達到b 點就會出現分岔點，發電機的各種運行狀態已經達到了約束點位置，此時就改變了潮流方程，其中某一狀態的變量也已經達到了極限。而b點潮流方程雅客比矩形在潮流方程前后無變化的情況下也發生了改變，其變化后b 點就位于β 恒等于潮流方程雅客比矩形極限值描繪出的PV 曲線下半支。此時PV 曲線的追蹤過程是ab 到bc，將PV 曲線進行改變之后的追蹤方向為cbd 并在b發生分岔。

圖4

表1

以下是識別極限誘導分岔方法：如果要判斷β 到達極限位置時會不會出現誘導分岔，PV 曲線的追蹤過程如上圖所示，從初始點考試運行后，如果β 已經到達極限，PV 追蹤曲線由上到下β 到達系統的負荷λ1就小于最大負荷可解λ2表明了β 極限時引起了誘導分岔。

將發電機的轉子電流和定子電流的限制增加到1%的情況下追蹤曲線的潮流解如表1，這種求解的方式是傳統的方法并在負荷參數值小于極限誘導分岔點所對應的負荷參數值，此時潮流不收斂也就識別不出誘導分岔點，此傳統方法利用PV 曲線也是搜索不到鞍節分岔點。

結語

文中對PV 曲線的描述和分析，它具有準確的描述系統和運行狀態的擴展潮流模型，能夠直接對定子電流進行約束，使其計算量減小，并能夠完整的描述PV曲線，同時在連續潮流能夠簡便準確的確定PV 曲線上的極限誘導分岔點，對系統操作人員有極大的幫助。

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