基于電力系統潮流計算方法的基本介紹

楊艷

摘? 要：隨著國內經濟的飛速發展、生活水平的進一步提高，人類社會對電能的需求以及依賴程度正不斷加深。與此同時，電力系統自身關注的焦點也從早期的規劃設計轉移到發電調度、潮流控制、安全分析、最優運行等與電力系統實際運行密切相關的領域中去。近年來，伴隨著一些諸如電氣化鐵路、新能源發電等高新技術產業的出現和發展，整個工業體系對電力系統安全、穩定運行以及優質供電的要求越來越強烈。因此，如何在日趨復雜的電力系統中保證其安全、穩定及可靠運行，成為了電力行業當前亟待解決的一大難題。

關鍵詞：潮流? 節點? 控制? 穩定

中圖分類號：TM74 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）09（a）-0028-02

電力系統的穩定性應有著牢固的數學基礎，因此，可以從電力系統穩定性的物理特性的角度出發，各學者應了解與其嚴格的數學定義相一致的物理概念。如何從電力系統安全校正控制方法進行研究，針對系統中出現負荷節點電壓越限和支路有功潮流越限的情況，采取相關的策略進行安全校正控制研究特別重要。以保證可以及時消除電網越限，保證電網正常運行提供幫助。

1? 穩態潮流節點分類

近年來，世界上的一些國家相繼發生了電壓崩潰事故，雖然事故的起因各有不同，但無疑都造成了巨大的經濟損失與社會紊亂，電壓穩定問題的研究引起了人們越來越廣泛地關注。目前，電壓失穩的機理、指標、防止電壓崩潰發生的策略以及鄰近電壓崩潰點的控制，已成為研究的重點。電壓穩定裕度分析是評估電力系統靜態電壓穩定性的有效手段，它可以給出從系統當前運行點到電壓崩潰點的距離，這一距離可以表現系統電壓穩定水平。當采用系統可承擔的最大負荷量來衡量電壓穩定裕度時，即為靜態電壓穩定的負荷裕度分析。電力系統分析中，一般需要4個方面的節點來進行求解分析，傳統的潮流中，每個節點有4個變量來描述：注入的有功功率、注入的無功功率、電壓幅值和電壓相角。通常情況下，系統中的節點根據給定量的不同而分為3類：PQ、PV和平衡節點，我們可以把電壓幅值和相角作為狀態變量，把有功功率和無功功率作為控制變量。

2? 裕度指標分析

給出的電力系統當前運行點和崩潰點之間的距離度量比狀態指標更為實用，裕度指標給出的值與前文提到的距離成正比，這樣就可以考慮負荷增長方式等各種限制條件和相關因素。鑒于裕度指標容易考慮各種約束條件以及為人們供了一個直觀的評估電壓穩定數值這些優點，使電壓穩定的裕度指標評估方法比狀態指標更加受到電力界的廣泛青睞和重視。有文獻指中裕度指標是指從某一個電力系統運行狀態出發，以設定的負荷增長模式與發電機出力模式計算電壓崩潰點，從給定的系統操作狀態，按照一定的負荷增長模式的安排發電機模型來計算電壓崩潰點，所得當前系統運行點到電壓崩潰點的距離的電壓穩定指數。從上述描述中可知， 計算模型的選擇、電壓崩潰點的確定和從電力系統當前運行點到崩潰點的路徑的選取問題是求取裕度指標的3個重要環節。

而電壓穩定裕度，又稱負荷裕度的定義與裕度指標的相似，它是指從當前電力系統某一運行點出發，使負荷按照事先給定方向增長直至系統電壓崩潰所增加的負荷總量。進行靜態電壓穩定分析的重要目的之一就是找到系統的電壓穩定裕度，而決定負荷裕度的關鍵因素是臨界點的確定。

3? 牛頓-拉夫遜算法

式中，k=1，…，n;m=1，…，n，但不包括松弛節點。而且，PV母線中與無功功率和電壓幅值有關的行和列都放棄來了。當母線k和m不是被輸電線直接相連時，其雅可比行列式中對應的k-m項是空值。在實際的電力系統中，大多數節點不是直接相連的，因此雅可比矩陣式高度稀疏的，它們在結構上對稱，但是在數值上不對稱。

預測、校正、參數化和步長控制是電力系統潮流計算的4個基本環節。參數化的核心是構造增補方程，并與含參數方程組聯立求解，其貫穿于整個預測校正過程的始終;預測過程是指保持解曲線的追蹤方向，計算出下一個潮流解即預測點;校正過程則是構造方程，采用迭代法求準確解或稱解交點;步長控制是指對預測步長進行適當調節，實現提高計算效率的目標。其中，選取不同的預測方法、參數的選擇策略和校正方法是不會相互影響的，但選擇的步長控制策略通常取決于其他3個的選擇。

4? 結語

通過潮流計算方法的基礎知識，結合數學運算，推導出一種微分靈敏度。在牛頓法的基礎上，引入發電機的運行參數，使方程數與變量數相等，通過聯立求解，建立聯立求解模型。在聯立求解模型中，將約束條件分為：變量型約束和函數類約束。電壓越限問題可歸為變量型約束，可以采用微分靈敏度方法處理，支路潮流越限問題可歸結為函數類約束，可以采用聯立求解的方式處理。

參考文獻

[1] 于繼來，柳悼.電力系統潮流解算中縱向調節和橫向調節的處理[J].電力系統自動化，1992，16（5）：17-20.

[2] 劉取，倪以信.電力系統穩定性與控制綜述[J].中國電機工程學報，1990，10（6）：1-10.

[3] 趙晉泉，江曉東.用于靜態穩定預防控制的新靈敏度分析法[J].電力系統自動化，2004，8（21）：27-32.

[4] 聶麗，黃亞男.基于潮流控制的電壓越限分析[J].電源技術應用，2013（3）：154-155.

[5] 陳曦.基于靈敏度方法的電網安全校正策略研究[D].華北電力大學（北京），2011.

[6] 丘文千.具有變量范圍約束的電力系統潮流計算方法[J].電力系統自動化，2006，10（17）：36-40.

[7] 張閣，杭乃善.微電網中利用機組調節的潮流控制模型研究[J].電網與清潔能源，2012，8（28）：6-10.