基于P-Q仿真的供電網絡模型研究

孫宇航　閆凱

（1.國網朝陽供電公司電力調度控制中心，遼寧 朝陽 122000；2.國網內蒙古東部電力有限公司檢修分公司變電運檢中心，內蒙古 通遼 028000）

基于P-Q仿真的供電網絡模型研究

孫宇航1閆凱2

（1.國網朝陽供電公司電力調度控制中心，遼寧 朝陽 122000；2.國網內蒙古東部電力有限公司檢修分公司變電運檢中心，內蒙古 通遼 028000）

為提高電力調度自動化系統的調度效能，本文在改進形牛頓潮流計算方程的基礎上，給出具體供電網絡運行模型的實現方法。通過現場線路操縱情況與仿真運行實例證明了該整定方案的現實可行性，并對電力調度自動化系統的同類研究方案具備可移植性。

潮流分析；電網絡；牛頓法；供電系統；母線；負荷

電網系統中通常存在電壓偏高致使電容器不能投入等原因造成系統在夏、秋季無功容量能夠滿足系統要求，而在春、冬季，在有功負荷增長的情況下，無功補償度不能滿足要求。伴隨網絡技術的發展，電力調度自動化系統不再是一個單一、封閉的系統，它與站所綜合自動化系統實現網絡連接，可提高整體調度效能。

1　潮流計算方法及數學模型

對于潮流計算方法的牛頓法可具體分為分功率偏差型算法和電流偏差型算法兩種，下面分別作以介紹。

1.1功率偏差型算法

在極坐標系下，令Ui=Uiejδ1，每個PQ節點及PV節點，有：

對每個PQ節點，有：

1.2電流偏差型算法

修正方程式由復電流偏差量構成，以直角坐標形式表示。當網絡中只有PQ節點和所有節點都為零注入的情況下，方程式為：

式中：ΔIr、ΔIm分別代表節點i電流偏差的實部和虛部。

牛頓法是自發展代以來應用比較廣泛的方法。各種形式牛頓法的共同優點是：（1）收斂速度快，具有平方收斂特性，其迭代次數與系統規模基本無關；（2）能求解大部分有病態條件的問題［1-2］；（3）利用了保持稀疏性技術，所需內存適中。

雖然牛頓法有突出優點，應用廣泛，但也具有以下缺點：（1）編程復雜；（2）需要良好初值（可由高斯—塞德爾法給出），否則不收斂或收斂到無法運行的解上；（3）對重病態條件可能不收斂；（4）計算量大。

2　改進形牛頓法

為了改進牛頓法在內存占用量及計算速度方面的不足，本文提出快速解耦的P-Q分解法；同時為改進牛頓法在處理病態條件時的缺陷，提高算法的收斂性能，采用保留非線性潮流算法，將泰勒級數的高階項也考慮進來，效果較好［3］。

快速解耦法是在牛頓—拉夫遜法的基礎上將有功功率P和無功功率Q分開交替迭代的潮流計算方法，它密切結合電力系統的固有特點，是對牛頓法改進后得到的一種方法。其原理是根據系統有功主要決定于電壓相角的變化，而無功主要決定于電壓模值的變化這一特點，并做如下兩種簡化：

（1）電力網絡中各元件的電抗一般遠大于電阻，以致各節點電壓相位角的改變主要影響各元件中的有功功率潮流從而影響各節點的注入有功功率；各節點電壓大小的改變主要影響各元件中的無功功率潮流從而影響各節點的注入無功功率；可將子陣略去，而將修正方程式簡化為

（2）基于對狀態變量δi的約束條件即不宜過大，計及這一條件，再計及Gij≤Bij，可以認為：cosδij≈1；Gijsinδij≤Bij

從而可以將上述方程簡化為：

這就是快速解耦法的修正方程［4］。與牛頓-拉夫遜法相比，P-Q分解法的修正方程式有如下特點：

圖2　3、4節點斷開時系統仿真圖

3　仿真研究

3.1節點系統

以五節點的供電系統為例，母線電壓為138kV，雙發電機網絡供電，三個輸出負荷，七條線路。網絡接線如圖1所示。

圖1　五節點系統網絡接線圖

3.2仿真分析

通過仿真結果，可以對線路進行改造達到優化線路的目的。例如，通過改變線路中的功率損耗情況，線路的投切等將會對整個系統產生的影響，可以通過圖形觀察得到。

3.2.1斷開單條線路時

通過仿真圖形可以看出，當母線3、4之間的輸電線路斷開時，對線路不會造成影響，系統還是可以正常運行，如圖2所示。

當母線1、3之間的輸電線路斷開時，對線路產生的影響就很大了。如圖3，通過圖形可以看到：母線1、2；2、3；2、4之間的線路都發生了變化，餅形圖變成了淺灰色和重灰色，表示這條線路傳輸的功率太大了或者超負荷了，這條線路就存在著危險［8-9］。所以要想對母線1、3之間的線路進行維修或改造時，就要特別注意，或者設置一條備用線路以供維修時使用。

3.2.2斷開一條母線時

對線路進行改造，如果想把母線3去掉，則其所連的所有線路都將斷開，仿真結果如圖4所示，對線路沒有產生影響，整個系統還是可以正常運行。

圖3　1、3節點斷開時系統仿真圖

圖4　母線3斷開時系統仿真圖

3.3結果分析

通過仿真結果，可以很清楚直觀地看出，在進行線路改造時，可以斷開母線3、4節點間的線路，也可以直接斷開母線3，但是千萬不能斷開母線1、3之間的線路，否則就會產生危險，整個系統也會不安全，將不能穩定運行，或者造成事故［10］。

4　結語

根據本文分析實例，調度員可以通過查看組態軟件的仿真圖像來判斷變電站的當前運行情況，并且進行電力系統的有效調度。此種方法準確、快捷，提高了系統操作的整體安全性。對電力調度自動化系統的研究具有參考價值和借鑒意義。

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Study of Power Supplying Network Model based on P-Q Simulation

Sun Yuhang1Yan Kai2
（1.Power Dispatching Control Center，Sate Grid Chaoyang Power Supply Co.Ltd，Chaoyang Liaoning 122000；2.Maintenance Branch Substation Inspection Centre，Sate Grid Eastern Inner Mongolia Power Co.Ltd.Tongliao Inner Mongolia028000）

To improve the scheduling effectivenessof electric power dispatching automation system，in this paper，based on the improved form of Newton flow calculation equation，it gives the specific implementation method of the operationalmodel for power supply network.Operational process manipulation of field line andsimulation prac?ticehaveproved the feasibility of the wholescheme，as well as portability for the research of similar power dispatch?ing automation system.

Power flow analysis；Electric network；Newton's method；Power supply system；Busbar；load

TM73

A

1003-5168（2015）05-0122-3

2015-4-12

孫宇航（1981.10-），男，本科，中級工程師，研究方向：電力調度自動化與控制管理。