石河子電網的潮流計算及分析

（石河子天富能源股份有限公司電力調度中心，石河子市，832000） 杜偉偉

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石河子電網的潮流計算及分析

（石河子天富能源股份有限公司電力調度中心，石河子市，832000） 杜偉偉

摘要以石河子電網的潮流計算為基礎，闡述PSASP的用法以及應用PSASP對復雜的電力網進行潮流計算。PSASP進行潮流計算時首先在同一數據組中建立基礎數據庫，定義方案及潮流作業，然后執行計算。

關鍵詞潮流；潮流計算；暫態穩定計算；PSASP

1　緒論

1.1潮流計算的意義

潮流計算是研究電力系統穩態運行情況的一種基本計算，常規潮流計算的任務是根據給定的運行條件和網絡結構確定整個系統的運行狀態，如各母線上的電壓（幅值及相角）、網絡中的功率分布以及功率損耗等。潮流計算的結果是電力系統穩定計算和故障分析的基礎。

1.2潮流計算的目的

潮流計算是電力系統重要的分析計算，用以研究系統規劃和運行中提出的各種問題。對規劃中的電力系統，通過潮流計算可以檢驗所提出的電力系統規劃方案能否滿足各種運行方式的要求：對運行中的電力系統，通過潮流計算可以預知各種負荷變化和網絡結構的改變會不會危及系統的安全，系統中所有母線的電壓是否在允許的范圍以內，系統中各元件（線路、變壓器等）是否會出現過負荷，以及可能出現過負荷時應事先采取哪些預防措施等。

2　潮流計算方法

由于潮流計算是否收斂，不僅與被計算的系統有關，而且和所選用的計算方法也緊密相關。因此PSASP潮流計算程序提供了下列方法供用戶選擇。2.1PQ分解法

此方法基于牛頓法原理，再根據電力系統線路參數R/X比通常很小的情況，對求解修正量的修正方程系數矩陣加以簡化，使其變為常數陣（即所謂的等斜率），且P、Q迭代解耦。這樣可減少每次迭代的計算時間，提高計算速度，又不影響最終結果，因此是通過選用的一種方法。但在低電壓配電網中，當線路R/X比值很大時，可能出現不收斂情況，此時應考慮更換其它方法。

2.2牛頓法（功率式）

此方法的數學模型是基于節點功率平衡方程式，再應用牛頓法形成修正方程，求每次迭代的修正量。此方法通常收斂性很好。

2.3最佳乘子法（非線性規劃法）

此方法首先將潮流計算求解非線性方程組的問題化為無約束的非線性規劃問題。在求解是把用牛頓法所求的修正量作為搜索方向，再根據所求出最佳步長加以修正。此方法屬非線性規劃原理，原則上能出其解（若存在）或斷定問題無解，但由于數值計算的因素比較復雜，實際應用時并非完全理想化。通常在迭代過程發生振蕩的情況，若最佳乘子μ逼近于0，說明問題無解；若最佳乘子保持在1附近則要考慮其它的因素。

2.4牛頓法（電流法）

此方法與牛頓法（功率式）的區別是其數學模型基于節點電流平衡方程。此方法通常收斂性很好。

2.5PQ分解轉牛頓法

牛頓法迭代的特點是要求初值較好，且在迭代接近真解時，收斂速度非常快，為此設計了PQ分解轉牛頓法。該方法是先用PQ分解法，當迭代達到一定精度時，轉牛頓法，使牛頓法能獲得較好的初值，這樣可改善其收斂性，加快計算速度。

3　石河子電網簡介

目前石河子電網已形成以市區為核心，東至瑪納斯涼州戶，西至沙灣、小拐鄉，南至石場鎮，北到西古城鎮。以110KV、220KV電壓等級為主體覆蓋的輸、配電網絡。電網東西伸展約120㎞、南北約150㎞，覆蓋地域約7 762㎞2。220KV與110KV等級電網已基本形成大環套小環多環網運行的網架結構，電網內部基本實現自給自足，現石河子電網僅通過110KV瑪東一、二線與新疆電網聯網運行。

截止到2015年底，電網總裝機容量為4 437.6MW，其中：火電4 230MW，水電171MW，垃圾焚燒發電15MW，光伏電站21.6MW。天富公司裝機2 337.6MW；其它公司裝機2 100MW,其中天鋁自備電廠裝機容量1 400MW，合盛自備電廠裝機容量660MW。發電資源以火電為主，占比95.3%（4 230MW），水電占比3.9%（171MW），新能源占比0.5%（21.6MW）。

220KV降壓變電站10座，變壓器43臺，總變電容量4 080MWA。其中，天富公司220KV降壓變電站4座，變壓器7臺，變電容量1 440MWA。用戶220KV降壓變電站6座，變壓器36臺，變電容量2 640MWA。110KV降壓變電站22座，變壓器44臺，總變電容量1 886MWA。其中天富公司110KV降壓變電站21座，變壓器42臺，變電容量1 736 MWA。用戶110KV降壓變電站1座，變壓器2臺，變電容量150MWA。35KV降壓變電站27座，變壓器50臺，總變電容量442.6MWA。220KV線路29條，長度312.24㎞；110KV線路61條，長度866.28㎞；35KV線路共64條，長度為474.62㎞。

其地理接線圖如圖1所示：

圖1　石河子電網地理接線圖

4　潮流計算

4.1潮流計算基礎方案的建立

做電力系統分析計算之前，首先要確定潮流計算的基礎方案。即定義待計算電網的規模、結構和運行方式，以便從已建立的電網基礎數據庫中抽取數據，建立潮流計算的基礎電網模型。

方案定義窗口如圖2所示：

圖2　方案定義窗口

窗口左上方的方案框中列出了已定義的方案，當鼠標點擊后，該方案的內容（數據組）即顯示在窗口下部右側的已選項框中。

點擊“描述”按鈕，可對所定義的方案給予簡短的注釋說明。

點擊“瀏覽”按鈕，列出已定義的全部方案，其中包括“方案名”、“數據組數”和“描述”三項。

點擊“確定”按鈕，本次在環境下所做的方案定義和編輯生效，并退出該方案定義窗口。

4.2潮流計算作業的定義

在執行潮流計算之前，還需要定義潮流計算的作業。

4.2.1潮流計算作業的構成

潮流計算的基礎方案給出了待計算電網的網絡結構、參數和各節點發電、負荷等基本數據，再配以不同的計算控制信息（包括發電、負荷按比例修改等），即可得到不同的潮流計算作業。

4.2.2潮流作業的定義方法

按上述潮流作業必備的內容，在文本和圖形環境下均可以定義不同潮流計算作業，每一作業需給定一個作業號。

點擊“作業”下拉菜單中的“潮流”或點擊工具條中的按鈕，彈出潮流計算信息窗口。（如圖3所示）

圖3　作業定義窗口

在該窗口中選擇或定義作業號后，即可點擊“確定”按鈕，確認所定義的作業。

本次計算采用牛頓法（功率式），因為牛頓法較PQ分解法的精度稍高一些。

4.3執行計算和結果顯示

當完成作業選擇后，無論是否對系統的接線和運行方式進行修改，均可執行潮流計算。

選擇菜單“計算│潮流”項或者點擊工具條中的“潮流計算”按鈕，執行潮流計算，彈出計算過程的窗口，顯示迭代過程，計算結束關閉該窗口后，若本次計算收斂則自動將結果顯示在單線圖上，如圖4所示：

圖4　潮流計算結果

5　PSASP潮流結果的處理

5.1電力系統潮流不收斂調整方法

(1)對作業方案數據進行檢查，查看發電出力和負荷的統計數據。

(2)數據檢查發現負荷數據不與電網相連，原因是三繞組變壓器中心點母線未建立。則在基礎數據庫中建立中心點母線數據。

(3)更換計算方法，加大迭代次數上限。由默認值增大到100次。迭代過程信息中的最大誤差母線檢查與該母線相關數據，如線路參數、變壓器阻抗和變比、發電出力和負荷等。如果仍然不收斂則需進一步檢查數據。

5.2潮流結果的分析

由于數據中仍存在問題所以潮流收斂到不合理的解（電壓過高或過低），則需要進行潮流分析，潮流結果分析主要是對電壓的調整。當點擊“瀏覽潮流結果”后，顯示潮流結果，越限數值以紅色標識,將越限數值進行修改后再次進行潮流計算。

參考文獻

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[2]李敏，陳金富，段獻忠，代瑩.潮流計算收斂性問題研究綜述[M].繼電器.2006年4月：P74-79

[3]華智明，張瑞林.電力系統[M].重慶.重慶大學出版社.1997年6月：P61-67

中圖分類號：TM727

文獻標識碼：B

文章編號：1008-0899（2016）06-0053-03