電氣距離計算在風電故障分析中的應用解析

張德新

摘 要：該文主要通過對幾種不同的電氣距離計算方式進行對比分析，通過軟件仿真驗證，發現在實踐中應用傳統的阻抗法表示的電氣距離在其整體功率變化相對較大的狀況之下，無法對于地表征節點間的電氣距離進行表示；而靈敏度法雖然在實踐中對于物理意義缺乏明確性，但是其針對性相對較強，同時靈敏法表征的電氣距離在進行電網的分區以及其相鄰的風電場故障的防范過程中，相對于傳統的方式其精準度更加顯著。

關鍵詞：電氣距離計算 風電故障分析 應用解析

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（c）-0071-02

在實踐中，各種風電連鎖事故屢見不鮮，其是否引起一定的連鎖事故與節點間電氣距離的實際大小有著較為密切的關系，其中電氣距離自身的意義嚴格上來說就是對于相關系統中的兩個節點之間的實際電氣關系進行表征的一種物理量，是一種能量的有效傳遞，對此在實踐中其要通過恰當的指標，對于其反映能量傳遞的實際距離以及大小進行清晰的反映。但是此種方式在功率變化相對較大的狀況之下，是無法保障其結果的精準度的，對此該文主要通過靈敏度法對于電氣距離進行計算，進而有效地彌補傳統方式的弊端與不足。

1 電氣距離的計算方法

在實踐中對于電氣距離進行計算主要可以分為三類：靈敏度法、阻抗法以及相角法。

1.1 靈敏度法

針對線性是不變系統，要想對系統元件對于網絡參數的相關影響進行衡量，就要對靈敏度的概念進行定義。

在實踐中靈敏度法在電網的分區中較常應用，其中較為常見的靈敏度計算方式主要有：

電壓幅值基于無功功率變化的靈敏度；電壓相角基于有功功率而產生變化的靈敏度。其靈敏度相對較大，就表明其在兩個節點之間的電氣距離相對較小，節點的耦合關系也就越來越強。在實踐中可以通過PQ分解方式獲得潮流的無功迭代方程為：

在整個方程中，表示的就是系統的潮流計算的計算機解法雅克比矩陣中與電壓以及無功幅值相關的內容與部分。

在此公式中，表示的就是電壓對于無功的實際靈敏度，我們在實踐中將其稱之為電壓（無功）靈敏度矩陣。

如果在實踐中節點j之外的其他系統中的相關節點都沒有無功功率發生相關變化，那么就意味著則節點i以及j之間的實際電氣距離可以這樣定義：

在公式中，其中α2ij表示的就是在節點j之上的實際電壓大小變化為Uj的時候，其對應的節點i上面的實際電壓大小變化為Ui=αij，在大多數的狀況之下，αijαji，對此可以保障其矩陣的實際穩定性，同時也可以保障電氣距離的整體對稱性。但是靈敏度法在物理意義上具有一定的固有缺陷，無論是還是都不具有量綱，其本質只能反映變化的實際程度以及快慢，其偏導數自身的原函數也不具有物理意義。通過進行電氣距離的計算過程中，要默認兩點之間開展的功率傳輸是絕對封閉的，但是在實踐中嚴格來說系統中全部的節點之間都具有功率耦合的關系，對此靈敏度方式的實際精準度尚待驗證。

1.2 阻抗法

抗阻通過歐姆定律可以了解，其就是電壓與電流的實際比值，對于阻抗法的實際計算方式，其電氣距離可以通過節點阻抗矩陣中的非對角兒素Zij進行表示。其實際的電壓的物理合義為：節點j注入一定的單位電流，當其他的相關節點都不進行電流的注入的時候，節點i的電壓，如圖1所示。

線路阻抗的實際大小無法真實地反映實際的功率傳輸狀況，其具體如圖2所示。

如果假設圖中的Z1=Z2，在當負荷S1=2S2的時候，其節點ij的實際傳輸功率就是ik的2倍。

1.3 相角法

在實踐中，通過相角θ表征兩節點間實際電氣距離：，其中l表示的是輸電線路的實際幾何距離；f表示的是系統的頻率；v表示的就是此線路之上的相關電磁波傳遞的實際速度；t表示的就是功率傳播需求的相關實踐；θ表示的就是輸電線路傳輸引起的實際相角偏差。

2 電氣距離計算法的選擇與比較

靈敏度法中表述的電氣距離是電壓以及無功不同單位中的變量關系，可以杜宇單一節點的注入無功功率產生相關變化過程中的節點電壓變化的內在關系。靈敏度法計算在實踐中就是把整個系統性化處理，也就是說在小干擾中較為適宜，基于CEPRI-36節點系統分析通過對于這兩種電氣距離的實際計算方法進行對比分析。

在實踐中通過選擇節點50作為其主要參考節點，其中通過計算節點50到不同的網絡節點中的實際電氣距離Z50jin以及D50j（j=1，2，3，4，5，…，36），然后再通過PSASP的暫態模式計算其對應的母線短路時候的BUS50的相關暫態最低電壓數據。通過實際的對比分析可以了解，在應用阻抗法電氣距離開展計算的時候，其母線最低電壓的實際大小與電氣距離實際大小具有線性關系；在應用靈敏度方式的時候，母線的最低電壓與電氣距離之間缺乏直接的聯系，主要就是因為在應用靈敏度方式對其進行計算的時候，其公式具體如下：Q=（）Q，在節點50為PQ節點的時候，可以假設其有功變化量為P=0，則可以獲得如下公式：Q=（L-KH-1N）U，在實踐中可以了解其對于PQ節點的無功變化對于電壓的大小的靈敏度進行了表現，但是PU節點以及平衡節點的靈敏度并沒有獲得，主要就是因為在編寫方程的初始條件過程中，其假設PU以及平衡節點的電壓復制為不產生變化。但是在實踐中這些節點自身的無功在產生一定的變化過程中，即便其電壓數值保持不變，PQ自身的節點電壓也會產生一定的變化。顯然，靈敏度在對多節點特征進行研究過程中具有較為顯著的劣勢。

3 電氣距離靈敏度法在風電中應用

3.1 相鄰風場連鎖故障的可能性分析

在多個風電場相鄰的時候，如果其中一個風電場的近端出現了較為嚴重的問題與故障，通過撬棒投入，可以使風機進入到普通的異步機運行模式。同時此風場在低電壓穿越的時候，就會對其相鄰的風電場產生一定的影響，甚至會導致相鄰的風電場廠連鎖運動。其中對于其連鎖故障的衡量指標就是在對相鄰風場對撬棒運動風場中的無功靈敏度，也就是相關靈敏度電氣的實際距離的大小。

3.2 含風電的電壓分區

電網分區的基本原則就是，把電網安裝電氣聯系的實際緊密程度對其進行合并以及解耦，對于分區控制策略進行制定，進而在實踐中加強對電網潮流的控制。

電壓分區在實踐中主要就是對于電壓以及無功靈敏度進行分析，在實踐中通過靈敏度的雅閣比矩陣對其進行計算求解，在基于最優化的方式對其進行計算。對于含風電的電網在進行分區過程中，其關鍵就是對于異步發電機的模型進行處理，相對于普通異步發電機來說，其在一般狀況之下，將其作為PQ的節點。

由于風電機組的實際輸出有功與實際的風速有著密切的關系，對此在實踐中可以將有功P作為恒定，其無功、轉差率以及機端的電壓有著一定的關系，如果忽略轉差率之間的影響，那么就可以獲得其無功對電壓的實際關系。

4 結語

該文主要對于三種不同的電氣距離計算方法進行了簡單探究，對于電氣距離計算在風電故障分析中的應用進行了解析。

通過以上的分析以及獲得的結論，希望可以為今后的風電故障分析研究提供理論參考。

參考文獻

[1] 熊虎崗，程浩忠，孔濤.基于免疫—中心點聚類算法的無功電壓控制分區[J].電力系統及其自動化，2007，31（2）：22-26.

[2] 楊秀媛，董征，唐寶，等.基于模糊聚類分析的無功電壓控制分析[J].中國電機工程學報，2006，26（22）：6-10.

[3] 郝文波，于繼來.基于負荷受電路徑電氣信息的配電網重構算法[J].中國電機工程學報，2008，28（19）：42-48.endprint