动态电力系统讲义

简单事例

G2：远方电网G1：地方电厂G22P+jQG11BMPC2VC121电压崩溃的简单事例电压崩溃的简单事例（2）Systemstressunderpowerwheeling

P-V曲线选定负荷和发电机出力的增加方式和方向，决定基态与电压失稳的距离.增加负荷和发电机出力是评价电压稳定最常用的方法P-V曲线考虑发电机无功极限PA负载极限VP-V曲线随负荷变化的发电出力分配方式系统负荷增加有多方面的因素负区域交换也可能增加，从远方发电机和邻近电力网获取的功率增加，负荷上升的方向还包括节点负荷的分配因子和发电机出力的分配计划等出力增加的方式与所研究的问题的时间间断有关P-V曲线P-V曲线得到的电压裕度指标具有物理量纲(MW)曲线的下半部主要对机理研究有意义，对实际系统没有什么意义P-V曲线显示：参数对负荷的灵敏度，如节点电压，稳定裕度潮流发散也可能是因为数值问题引起的P-V曲线如何控制增加功率的步长计算一条曲线可描述系统稳定的情况即使在大步长的方式下，用快速分解法也可解接近崩溃点的潮流可以用连续潮流法得到曲线P-V曲线可以用准稳态法计算得曲线可以在P-V曲线的各点，进一步进行小扰动分析可以进行故障前后的曲线比较V-Q曲线V-Q曲线:是经典的基于潮潮流的方法，可可处理发散问题题，在收敛性不不好或发散的情情况下获得解(V-Q方法是是连续潮流的一一个特例).在在选择的节点点加入一台虚拟拟调相机(rotarycondenser)保持节节点电压，改变变后者的电压值值，可以计算得得节点的­V-Q曲线.V-Q曲线ABCDQ1VV-Q曲线表示节点电压随随节点负荷的鲁鲁棒性.表示负荷节点电电压和需要补偿偿的无功功率的的关系.在稳定的情况下下，V-Q曲线线上调相机输出出为零的点即为为电网的解.曲线表示了某节节点的无功裕度度(曲线1：A),在什么么电压值失稳(曲线1：B)V-Q曲线运行点母线电压压对无功的灵敏敏度(曲线1：：斜率D)十分容易在潮流流计算中包含此此计算功能发电机无功极限限、变压器变化化等非线性环节节可以包括在内内负荷的电压特性性可以包括在内内V-Q曲线可以确定恢复某某个运行点或取取得某个电压值值所需要的无功功补偿.注意意最少的补偿量量不在底部(曲曲线3:B’’’)而在（Q-V曲线与补补偿装置特性曲曲线的）切线(曲线3:B’’’)上，，这说明与无功功补偿装置的特特性有关.主要的缺点是它它以不切实际的的方式加重系统统的运行状况(每次只有一个个节点)曲线的有效部分分在电压为0.90-0.11之间，在这这之外模型不准准确V-Q曲线虚构调相机的安安置点的选择需需要判断和电网网知识,从理理论上来说，它它应该装设在系系统电压的薄弱弱点.决定方方法可以是：加加重系统的运行行，识别对应Jacobian阵的零特征征值的特征向量量的最大分量对于不同的扰动动，系统的电压压薄弱点不同对一个节点，进进行多次潮流才才能画出曲线，，因而计算速度度慢V-Q曲线必须进行多次Q-V曲线计算算才能获得系统统状况的真实面面貌对于特殊的电网网，如放射性电电网，决定弱地地区十分方便，，但在网状的电电网中，就不是是易事了，其中中一种方法是计计算各点的Q-V曲线，将具具有相近无功储储备的点归为一一群，从而识别别可能的电压失失稳区域.可以进行故障前前后的曲线比较较Q3B’’3QVB’’’V-Q曲线不同负荷模型下下的曲线比较周围负荷变化后后的曲线比较潮流计算应用场合：常规潮流计算V-Q曲线P-V曲线长过程电压稳定定分析潮流：模型模型的电压和频频率适用范围平衡机的出力、、地理变化注意，平衡机对对研究问题的影影响发电机出力的分分配增加负荷和出力力的方式潮流方程节点方程＋其其它（控制））方程：AGC二级电压控制发电机定子电流流控制发电机转子电流流控制变比控制HVDC线路SVC控制实际计算时，使使用基于功率的的网络方程，通通用形式为：常规讨论Y阵属稀疏矩阵阵常规节点类型：：PQ，PV和和平衡节点发电机无功极限限的处理牛顿法最通用和可靠的的算法非线性潮流方程程：Jacobian阵：注意变量的排列列方式有利于主主对角占优在P-V和Q-V曲线的nose点，J阵阵奇异在P-V和Q-V曲线的nose点，灵敏敏度值改变符号号初始值选取：平启动：V＝1＋j0直流潮流快速分解潮流迭迭代修正方程：Jacobian阵作为灵敏敏度阵文献讨论一些常常规的潮流灵敏敏度分析常用于电压和无无功的分析，但但需谨慎。线性化的矩阵的的分析只适合变变化较少的范围围发电机负负载越限限后，灵灵敏度可可能发生生剧变对在线电电压安全全分析来来说，具具有吸引引力可讨论的的问题：：怎么区分分潮流无无解和潮潮流发散散的问题题直流潮流流忽略并联联支路假设节点点电压为为1,快速分解解法（Fastdecoupledloadflow)定雅可比比矩阵法法PQ解偶快速分解解法：有功相角角修正方方程的系系数矩阵阵用B’代替，无功电压压修正方方程的系系数矩阵阵用B”代替，(具体见张张伯明《高等电力力网络分分析》）连续潮流流法：在崩溃点点，潮流流Jacobian阵阵奇异,常规规潮流计计算法发发散；连续潮流流法重新新形成潮潮流的方方式，使使得在任任何可能能的负荷荷状态下下，Jacobian阵变为为非奇异异。有多种参参数化的的方法，，基本方方法是预预估-校校正的迭迭代过程程。GV负荷ABDFEC从已知解解(A)出发，，按切线线方向（（行列式式向量））预估随随固定的的负荷增增加方向向的新解解(B)在校正步步，用常常规潮流流法，确确定固定定负荷下下的解(C)用新的行行列式向向量决定定新的负负荷增量量下的运运行点(D)如果新估估算的负负荷在最最大负荷荷之外，，校正步步中的常常规潮流流将发散散这时选定定某一点点电压(?)在在预测值值，计算算负荷量量(E)为了获得得准确的的电压稳稳定极限限值，需需要进行行多次计计算绕过极限限点后，，又可以以用常规规的潮流流计算下下半段曲曲线基本算法法的问题题：如何选定定节点和和其电压压值如何确定定电压的的下降幅幅度如何确定定连续潮潮流下的的发散问问题最优乘子子潮流法法：张伯明《《高等电电力网络络分析》》p225在牛顿法法的校正正式中引引入一个个松驰因因子，使使得功率率偏差量量最小，，在潮流流无解的的情况下下，收敛敛到最小小功率偏偏差量。。使潮流问问题变为为一个优优化问题题进行灵敏敏度分析析电压崩溃溃事故事事例1987年1月月12日日法国西西部电力力系统（（袁季修修p280-283)：事件发生生在法国国网的西西部，时时属冬季季，气温温较低.由于于照明和和热力设设备的原原因，负负荷对电电压十分分敏感.初始始状态下下，有功功/无功功功率和和电压都都属正常常状况.从全全国来说说，峰荷荷为5800万万，功率率储备590万万.10:55到11:41之间间，一些些独立的的事件使使得区域域内的3台在线线机组(共四台台)相继继从网中中脱离，，留下一一台机组组运行.11:28地区调调度发出出命令，，开动燃燃汽轮机机.在损失了了3台机机组后的的13秒(暂态稳稳定后)，第4机组由由励磁电电流保护护动作而而切机，，引起地地区电压压急剧下下降，400KV电压压跌至380KV.在在30秒的平稳期期后，电电压继续续下跌并并波及法法国电网网的其它它区域，，在六分分钟内，，损失另另外9台台常规火火电机组组和核电电机组.11:45到11:50时，损损失发电电容量900MW.11:50时，，区域的的电压稳稳定在300KV，在在最远端端400KV的的变电所所，电压压为180KV，在由由调度中中心发令令切负荷荷之后(切断400KV/225KV的变变压器后后切150万负负荷)电电压恢复复.事故后的的分析表表明：在规定的的时间内内，实现现了紧急急有功支支援(起起动燃汽汽轮机、、增加水水轮机的的出力).11:41后，，第一次次电压跌跌落，负负荷减少少，使系系统能达达到一个个接近初初始状态态的运行行点.11:42－11:45，LTC动动作，调调整中压压电压(20KV)，，使负荷荷稳定，，但运行行点在恶恶化，EHV系系统电压压下跌，，损耗增增加，无无功出力力接近极极限.11:45，交交流发电电机达到到无功极极限，整整个系统统出现高高度非线线性，而而且无法法分地区区控制电电压，LTC使使系统不不稳定，，大量发发电机跳跳闸.负负荷随随电压线线性变化化.锁定超高高压/高高压网的的LTC，系统统会得到到更好的的保护.同时时，这种种效果受受负荷动动态特性性的影响响，不能能持续时时间长，，必须采采取紧急急措施(如切负负荷)有些切负负荷命令令没有得得以实现现.发现发电电机最大大励磁电电流保护护的设定定和发电电机保护护的延迟迟设定的的有问题题.在此事故故中，常常规的保保护表现现正常，，只是在在损失第第四台发发电机、、系统超超高压跌跌到380KV时，225KV高压压网的高高/中变变压器变变比动作作、引起起负荷增增加，导导致电压压进一步步下跌.分析结果果表明，，最好的的措施是是根据电电压判据据、利用用自动设设备尽可可能快地地锁定EHV/HV变变压器变变比，从从区域控控制中心心进行紧紧急状态态下的远远方负荷荷切除.EHV/HV的LTC锁锁定自动动装置1990年投入入实验，，现在法法国的七七大区域域调度的的EMS中都配配有此装装置.同时，事事故也引引起了EDF对对在线电电压安全全分析的的兴趣.防止电压压稳定破破坏的控控制策略略（袁季修修《电力力系统安安全稳定定控制》》p198-211））用于电压压和无功功功率控控制的设设施：同步发电电机；静止无功功补偿器器（SVC）；；串联或并并联电容容器组，，电抗器器；变压器有有载分接接开关切切换装置置；就地或远远方切负负荷；电压控制制的分层层分区控控制原则则（1）设设置在发发电厂、、用户的的一级电电压控制制通常为快快速反应应的闭环环控制，，响应时时间一般般为秒级级。例如如：同步步电机的的无功控控制，svc的的控制，，以及快快速自动动投切电电容器或或电抗器器等。主主要调节节由负荷荷波动、、电网切切换和事事故引起起的快速速电压变变化。（2）设设置在系系统枢纽纽点（区区域的））的二级级电电压控控制：二级电压压控制响响应速度度一般在在几分钟钟以内。。二级控控制系统统协调一一个区域域内各就就地一级级控制设设备的工工作，如如：改变变发电机机或svc的电电压调节节定值，，投切电电容器和和电抗器器，切负负荷，以以及必要要时闭锁锁变压器器有载分分接开关关切换装装置等。。这类控控制也是是自动闭闭环进行行的，二二级电压压控制系系统除了了将上述述实时控控制命令令从控制制中心送送到执行行地点外外，还可可将各种种电压安安全监视视信息送送给有关关值班人人员。（3）设设置在系系统调度度中心（（全网））的三级级电压控控制：三级电压控制制为预防控制制，包括的时时间跨度为几几十分钟。它它的目的在于于发现电压稳稳定性的劣化化和采取必要要的措施。这这类控制主要要协调各二级级控制系统，，指导值班人人员的干