電力系統中負負荷等值對暫態穩定仿真的影響

鄭曉雨，鄭靜媛，萬 雄，武 力，周才期

（1.國家電力調度控制中心，北京 100031；2.北京市電力公司 豐臺供電公司運維檢修中心，北京 100161）

在大型電力系統計算中，往往只針對高電壓等級的網絡進行分析，而對于低壓受電網，通常采用等值為負荷的方法進行處理［1-9］。但隨著電力系統規模的擴大，電網特性越來越復雜，小型風力、光伏、燃氣發電等分布式電源迅猛發展，自備電廠也大量出現，傳統仿真中的低壓等值負荷節點很多時候在滿足當地負荷的同時，開始向主網供電，然而在目前的仿真當中仍然把這些低電壓等級的節點等值為負荷節點來處理［10-12］，只不過此時的負荷節點消耗的功率為負，即通常所說的負負荷。例如，在河北南網的仿真當中就有新蔚站、周村站、南宮站等15個站點被當做負負荷來處理。這種處理方法在一定程度上簡化了計算過程，但由此而帶來仿真上的誤差卻很少被人們所關注。本文以EPRI-36節點系統為例，對負負荷等值前后系統的暫態穩定計算結果進行比較。

1 仿真系統

EPRI-36節點系統等值前結構圖見圖1。系統的骨干網架為500kV和220kV，在220kV的BUS20上搭建了一個110kV的低壓網絡，如圖1中圓圈所示；110kV網絡中含有一臺出力400MW的機組和一個193MW的負荷，110kV網絡通過一臺主變與主網相連，向220kV側輸送功率為200MW。

為了比較負負荷等值前后系統的暫態穩定特性，將圖1中的低壓網絡進行等值，等值為一個負負荷，負荷值為-200MW。等值前后系統中重要節點的電壓和聯絡線功率如表1和表2所示。

圖1 EPRI-36節點系統等值前結構圖

從表1和表2可以看出，等值前后系統的潮流及電壓幾乎完全相同，因此可以認為負負荷等值前后兩個系統在潮流方面是完全等價的。

表1 等值前后系統中各支路功率

2 等值前后系統的暫穩結果比較

隨著風電、光伏以及其他分布式電源的發展，主變倒送功率的現象越來越普遍。通過上面介紹可以看出，將倒送功率的節點等值為負負荷節點在潮流計算方面是完全可以的，但等值為負負荷后的系統在暫態穩定分析方面的特性是否也與等值前相同需要進行分析。下面以圖1所示系統為例，比較等值前后系統的暫態穩定性能。

表2 等值前后系統中各節點電壓

所采用的擾動是：1.0s時在線路13（BUS20—BUS22）距BUS20側20%的地方，A相發生金屬接地故障，1.1s后故障切除，BUS3—BUS4間的功角、線路8（BUS16—BUS20）上的功率、BUS16的電壓變化如圖3至圖5所示。

圖3 BUS3-BUS4間的功角

圖4 線路8（BUS16-BUS20）上的功率

圖5 BUS16的電壓變化

從圖3至圖5可看出，等值前系統在經受擾動后，功角發生持續震蕩，電壓也出現持續波動，而等值后系統在經受擾動后很快恢復穩定，出現這種情況的原因是在等值之前。BUS20的110kV側含有出力為400MW的發電機，在系統受到擾動后，發電機已經失穩了，其功角曲線見圖6。發電機失穩會造成全網功率和電壓波動，按照暫態穩定的判定標準，此系統在當前擾動下是暫態失穩的，而等值后的系統因低壓側電源和負荷被等值成一個負負荷，不具有動態特性，因此低壓側發電機失穩的特性就不會被仿真出來，所以等值后系統在同樣地擾動下是暫態穩定的。

圖6 110kV側發電機功角

從圖6可以看出，同樣系統在負負荷等值前后，雖然潮流是相同的，但是暫態穩定結果卻截然相反。

3 結語

在大電網仿真當中將低壓網絡等值為負負荷主要是基于兩個考慮：一是受計算手段的限制，以往受硬件或者算法限制無法計算由成千上萬節點組成的系統；二是以往系統結構比較簡單，組成比較單一，等值為負負荷后仿真結果不會變化很大。但是隨著電網變得越來越復雜，同時系統分析的手段也越來越先進，PSASP等軟件可以計算上萬節點的系統，完全可以滿足精細仿真的需要，負負荷的存在已經嚴重影響到了仿真的準確度。因此，為了精確把握系統的運行特性，需要將建模延伸到110kV側甚至10kV側，只有這樣才能適應日益發展的智能電網的需要。

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