（电力系统及其自动化专业论文）基于bpa的安徽电网解环后的输电能力分析.pdf

声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于b p a 的安徽电网解环后的输电 能力分析，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作 和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 么立新虢越 牡日期：掣 华北电力大学硕士学位论文 1 1 课题意义 第一章绪论 潮流，即p o w e r f l o w ，这一概念用于表征电网中功率的分布情况。由电源功率、 电网参数和电网中平衡节点( s l a c k n o d e ) ，p q 节点、p v 节点等的分布情况，我们 可以得出全网节点的功率平衡，线路的功率流动和节点的电压水平，从而可以明了 整个网络的正常情况，进而由此判断某时刻电网的运行是否正常，然后有针对地加 以控制，最终维持电网的安全正常运行；我们也可以通过对潮流的分布加以人为控 制达到最优的目标。即：电力系统常规潮流计算作为研究电力系统稳态运行情况的 一种基本电气计算，其任务就是根据给定的网络结构及运行条件，求出整个网络的 运行状态，其中包括各母线的电压、网络中的功率分布以及功率损耗等，从而为判 别系统现有运行方式和规划中供电方案的合理性、安全可靠性和经济性提供定性、 定量分析依据。 此外，在进行电力系统的静态及暂态稳定计算时，要利用潮流计算结果作为其 计算的基础；一些故障分析以及优化计算也需要相应的潮流计算与之相配合；潮流 计算又是电力系统安全分析的基础，在进行预想事故的静、动态安全评定时，也要 由潮流计算提供初始运行状态。对每一种预想事故进行元件( 如支路，发电机) 开断 模拟的分析时，为加快计算速度，也常应用潮流计算的某些中间结果。对可能引起 不安全的预想事故并按其对系统导致后果的严重程度排序后，也需要进行精确的潮 流计算来复核。 可以说，潮流计算是电力系统中最基本的一种电气计算，同时也是最广泛、最 重要的一种电气计算。检验一个电网的输电可靠性，不仅仅要考虑正常运行条件下 的各项安全指标的要求，同时还要求能满足n 一1 校验的要求，即要求系统在n 1 的 情况下能够继续保持系统的安全稳定可靠运行。本文在n 一1 的基础上还进一步针对 系统中同杆并架的情况，进行了n 一2 安全校验。n 2 安全校验可以有效的帮助我们 分析电网在连续事故发生的情况下的输电可靠性，能够发现网架的薄弱环节，对于 进一步采取措施来避免系统遭到破坏以及采取有些相应的补救措施来增加网架的 安全可靠程度具有一定的指导意义。 在分析了实际系统的输电能力和抗干扰能力之后，本文提出了一种n 1 状态下 的电压水平指标，期望能通过该指标来快速准确的分析系统不同断线情况对节点电 压水平的影响程度。所以，从未来电力系统发展趋势来说，本文具有前瞻性和可持 续发展性。 只有完全的了解了电力系统的潮流分布情况才能进一步分析系统的电压稳定 华北电力大学硕士学位论文 情况，采取一定的措施来遏止恶性电压稳定事故的发生。近年来，由于电压稳定事 故的频繁发生，学术界对于电压稳定的研究也愈发的重视。本文以b p a 为主要计算 工具，在着重分析了实际电网的潮流分布情况之后，还根据k p 、k v 指标提出了薄 弱区域的概念。薄弱区域的划分可以直观的显示出电网的重点监测区域，对于电网 的实际运行、监控具有现实意义。 1 2 国内外电压稳定的研究现状及发展 电力系统是一个复杂的大规模非线性动态系统，其稳定性研究一直是电力系统 规划和运行的重要课题。目前研究电压稳定问题的方法已有很多，但总的可归纳为 两类：一是基于潮流方程的静态电压稳定分析方法，另一类是基于状态方程的动态 电压稳定分析方法。 基于潮流方程的静态方法在八十年代以前的电压稳定性研究中得到了相当的 重视，至今这方面的研究工作仍受到了广泛的关注。该类方法的应用主要集中在以 p y 或q v 曲线为基础的电压稳定性机理解释、灵敏度解释、系统最大传输能力 极限求取、潮流多解研究、潮流雅可比矩阵奇异性分析等五个方面。 关于系统输电能力的研究方法已经很成熟。本文重点介绍一下评价系统电压稳 定水平的指标体系的发展。 常用的静态电压稳定指标包括各种灵敏度指标、特征值、奇异值指标、裕度指 标，基于潮流多解法的v i p i 指标、能量函数指标等。近年来，在这些指标的基础上， 又发展出一些其他的评价电力系统电压稳定性的指标。 文献【2 】基于局部量测数据和负荷静态特性，提出了一种可在线应用的节点 静态电压稳定指标。文中通过将负荷的z p 模型用戴维南等值电路简化，将线路的 电流表达式整理成实部和虚部，消去负荷有功后代入z p 负荷模型中的无功表达式 得n - 次方程式，用根判别式得到以无功表示的电压稳定指标y s i q ；同理得到以有 功表示的电压稳定指标v s i p ；取两者中的较小值作为节点电压稳定指标脚。各节 点的哪中最小值对应的节点即为系统最薄弱节。 文献【3 】根据在任意时间断面上可以从某一负荷母线向系统看进去，将整个 系统等值为一个电压源经输电线路向所研究的负荷母线供电的两节点系统的特性， 在此基础上计及动态感应电动机负荷，提出了负荷母线在线小干扰电压稳定指标。 利用实时等值得到的系统等值电势和阻抗，经过简单的计算，可以得到被监测负荷 母线的电压稳定指标。将系统中所有负荷母线的最小指标值作为该系统的电压稳定 指标，该最小值所对应的母线即为系统中的最薄弱母线。系统电压稳定指标与临界 位之问的距离反映了系统的电压稳定裕度。并通过e p r i 3 6 系统的数值仿真结果验 证了该指标的有效性和准确性。该文献所提出的指标克服了以往在线应用中基于潮 流模型指标的不准确性问题，计算量小，适合于电力系统在线电压稳定分析与监测。 2 华北电力大学硕士学位论文 文献 4 1 在分析电力系统原有电压稳定局部指标工的基础上，提出了改进的局 部指标厶，该改进指标能够计及系统负荷模型( z ，p 负荷模型和依电压呈指数变化的 负荷模型) 的影响，准确而快速地指示系统的鞍节点( s n ) 分岔。最后还通过在两节 点系统和一个5 0 机1 4 5 节点系统验证了该指标的有效性。 1 3 本文主要工作 本文针对目前电网发展趋势，主要做了以下几个方面的工作： 1 本文在广泛收集安徽网实际数据的基础上，进行了线路、变压器的参数计 算、整理与校验以及b p a 的原始数据录入工作； 2 基于b p a 的分析环境，本文构建了b p a 环境下的节点、线路、变压器、发 电机数学模型，完成了b p a 数学模型的构建； 3 运用b p a 潮流计算程序，进行了安徽电网的潮流计算，根据潮流计算的结 果对安徽电网的整体输电能力进行了初步的判断； 4 在潮流计算的基础上，进一步采用n 1 、n 2 断线校验了安徽电网的抗干扰 能力； 5 在分析了实际系统的输电能力和抗干扰能力之后，本文提出了一种n - 1 状 态下的电压水平指标，该指标基于电力系统潮流计算和连续潮流法，通过 该指标来快速准确的分析系统不同线路发生断线情况时对不同节点电压水 平的影响程度； 6 在得出勋、勖指标的基础上，为了更直观的分析电网薄弱环节，本文提 出了一个薄弱度的概念，基于薄弱度的概念得出薄弱区域，薄弱区域的划 分直观、方便，具有实际应用意义。 华北电力大学硕士学位论文 第二章b p a 简介及基于b p a 的安徽电网数学模型建模 2 1b p a 潮流计算程序简介 本文在进行潮流计算和数据分析的时候主要借助了中国版的b p a 程序。中国版 的b p a 程序是由中国电力科学院引进、消化、吸收美国b p a 程序开发而成从1 9 8 4 年开始在我国推广应用以来，经过大量的消化吸收、开发创新和推广应用工作，形 成了适合我国电力系统计算分析要求的中国版b p a 电力系统潮流及暂态稳定分析 程序。该程序已在我国电力系统规划部门、调度运行部门、试验研究部门得到了广 泛的应用，成为我国电力系统分析计算的重要工具之一。 程序中主要的平台主要有p s a p 界面、潮流计算界面、稳定计算界面和数据文 件编辑器界面。其核心程序有：中国版b p a 潮流计算程序、中国版b p a 暂态稳定 计算程序；辅助分析程序有单线图格式潮流图程序、地理接线图程序及稳定曲线作 图工具。程序中包括详细的发电机模型和各种励磁模型，主要由潮流和暂态稳定程 序构成，具有计算规模大、计算速度快、数值稳定性好、功能强等特点。 其主要功能如下： 1 ) 潮流计算：采用p q 分解法和牛顿一拉夫逊法相结合，以提高潮流计算的 收敛性能，可进行交流系统潮流计算，也可进行包括双端和多端直流系统 的交直流混合潮流计算； 2 ) 自动电压控制：可对多种类型的发电机节点电压进行控制，具有自动投切 电抗器和电容器电压控制、自动调节带负荷调节变压器分接头电压控制功 能； 3 ) 联络线功率控制：通过自动发电控制( a g c ) 功能，自动控制联络线的功 率交换为给定值； 4 ) 系统事故分析( n 1 开断模拟) ：用断线补偿法快速检查制定系统中的每个元 件故障后的系统运行状态，找出系统运行的薄弱环节，为电网运行、规如 提供依据； 5 1 网络等值：可采用r e i 法，对指定区域进行静态等值，能保证等值网潮流 结果与原始网一致； 6 1 灵敏度分析：能够按指定的扰动量，给出功角、电压灵敏度以及线路功率、 线路损耗、网损等灵敏度分析报告； 7 ) 节点p v 、q v 和p q 曲线：在系统施加一定的电压、无功或有功扰动后， 程序可自动给出p v 、q v 和p q 变化模拟曲线； 8 ) 确定系统极限输送水平：可方便地使系统发电机出力和负荷成比例地增加 4 华北电力大学硕士学位论文 或减少，以预测网络对负荷的适应能力； 9 ) 负荷静特性模型：可以模拟由恒定功率、恒定电流和恒定阻抗构成的静态 综合负荷模型，用来模拟电压变化对负荷的影响； l o ) 分析报告灵活、检错信息详细：用户可自定义分析报告，程序提供9 0 0 多 种检错信息，便于用户根据检错信息发现和校正错。 2 2 基于b p a 潮流程序的所需数据整理 根据安徽电网2 0 0 6 年规划项目列表，根据具体采集的线路、变压器以及发电 机组参数，计算出b p a 软件所需数据，完成数据卡的编制。 具体归算情况如下： 1 发电机的静态参数和暂态参数均比照同种类型的发电机： 2 变压器的静态参数比照同种类型的发电机； 3 潮流文件中输电线路的折算。 根据不同导线类型的单位长度的导线参数值，可以折算成一段导线的实际参 数，具体做法如下： 计算时取基准容量1 0 0 m v a ，5 0 0 k v 基准电压为5 2 5 k v ，2 2 0 k v 基准电压为 2 3 0 k v 。 单位长度标么值r 计算公式，基准容量为s ，基准电压为u ，f 为电阻标么值， r 为电抗标么值，矿为电钠标么值。 则 f ：堡、x ：娶、堡：一b u 2 x 1 0 。 u u j zj 2 s 对基准容量为1 0 0 m v a ，基准电压为2 2 0 k v 的线路，则： f ：罂、f ：罂、堡：2 3 0 2 b 。1 旷 2 3 【) 2 3 0 22 0 0 对基准容量为1 0 0 m v a ，基准电压为5 2 5 k v 的线路，则 f ：罂、：罂、竺5 2 5 2 b x l 0 5 2 5 5 2 5 22 0 0 2 3 安徽电网的数学建模及分析条件的设定 2 0 0 6 年安徽电网运行方式分为夏季高峰和冬季高峰两种运行方式。在每种运行 方式下还分成基态运行方式、解环方案一以及解环方案二3 种分析条件。整个b p a 潮流程序的分析条件设定如下： 1 运行方式的选择：由于篇幅限制，本文中仅针对夏季高峰运行方式下的基态 华北电力大学硕士学位论文 和解环方案一两种情况进行分析； 2 平衡机的选择：我们所采用的数据是整个华东电网的数据，平衡机选取了位 于浙江的瓶窑变，节点名称z p y2； 3 负荷模型的确定：选取“4 0 恒阻抗+ 6 0 恒功率”模型： 4 负荷预测与负荷功率因数：安徽电网0 6 年的负荷数据均来源于安徽电力科 学研究院对0 6 年安徽各地区负荷的预测，其中2 2 0 k v 母线计算负荷、1 1 0 k v 母线计算负荷、地区平衡负荷功率因素分别取为0 9 6 、0 9 、0 9 2 。 根据上述的线路、变压器参数归算办法以及安徽网运行条件的设定，我们完成 之后的b p a 数据文件如图2 1 所示： 均汹叭1 3 嚣辑3 8 3 0 m 掏治北嘴i s t 1 7 4 2 篱2 鞠疆北1 5 t 锄1 , 3 3 1 强 弱湖胁_ l s 哟1 1 嬲1 5 鼬涮细j s 1 强1 1 ，俄1 酊 i ，l 竹o 2 1 0 2 1 0 1 2 4 o 渤g l 烈o 2 2 i 烈o 2 觳审i 孔，o 5 髓。i s 射 s o o 钾6 s 、哪 s 泓 潦j l2 3 0 淮宿约m8 0 0 0 0 3 6 3 0 1 8 4 2 0 1 7 8 4 撩托一2 3 0 灌宿8 3 g 8 e 0 0 3 6 3 0 1 8 | 2 o l t 扫l 湖b 一2 3 0 五基酆一2 3 0 i 蛐0 0 2 0 4 0 1 0 7 2 o l o l o 潮e 一2 3 0 五魍嚣2 3 0 2 渤0 0 1 9 7 o 1 0 3 2 0 0 9 6 0 治托一2 3 0 擞樱 2 3 0 l8 0 0 0 0 卅 0 0 0 1 8 ( 1 0+ 0 1 8 8 0 瀣托2 3 0 潦北l - 姒 嬲1 0 6 6 0 涮l 一2 3 0 湖枷l 8 3 0 10 0 2 循1 嘲 潍托一2 3 0 淮北艏1 5 7 i 0 0 1 9 e 0 6 4 5 8 瀣托一8 3 0 潦j 抽b i s t 1 0 0 1 3 2 0 6 4 5 8 涮b 一2 3 0 涮晰_ j 5 7 i 0 0 1 3 2 ，0 8 4 5 8 湖一8 3 0 潮油l s 7 i 0 0 1 3 2 螂 淮北l2 3 0 灌北一1 1 5 1 0 0 1 7 0 0 b p 5 3 潮溉8 3 0 制细1 3 8 1 1 睁0 0 6 3 糟北o q 2 3 0 港牝一l i s l 0 0 1 6 0 。0 b t 6 1 图2 - 1 b p a 数据格式图 2 4n - 1 状态下的电压水平指标的提出 2 2 d 1 2 i d 2 憾i 糊o 2 3 s 9 si s t 0 2 筠祷l s t o 2 ： 5 9 5l 亨 2 ，5 9 5l s m o 2 1 2 1 0 0 2 3 0 0 01 3 8 0 2 姗1 2 1 0 0 本文在分析总结了已有的电压稳定性分析方法之后，在原有的连续潮流法获取 p 一矿、a v 曲线的基础上，提出了一种基于连续潮流法的新的判定系统不同位置 发生断线情况后对系统内不同节点的电压影响程度的指标，即n 1 状态下的电压水 平指标。 首先，我们对连续潮流法进行简要的介绍。连续潮流法可以克服接近稳定极眼 运行状态时的收敛问题。连续潮流法通过不断的更新潮流方程，使在所有可能的负 荷状态下，潮流方程保持为良态，不管在稳定平衡点还是不稳定平衡点都有解。连 续潮流法有参数化策略、预测、校正和步长控制策略四个基本环节，其关键在于引 6 华北电力大学硕士学位论文 入合适的连续化参数以保证临界点附近解的收敛性。其原理是从初始稳定工作点开 始，随着负荷缓慢的变化，沿着q y 曲线，通过一定的方式，比如采用切线预报的 方式，来对下一个工作点进行预估、校正，利用常规潮流( 系统的负荷值不变) 解 出准确解，然后再采用同样的方式预报、校正。当接近电压稳定极限时，为了确定 准确的最大负荷，再连续预报期间，负荷增量应逐步减少，直到勾画出完整的q v 曲线。 由连续潮流法的过程可以看出，连续潮流方程类似于常规潮流方程，只是把负 荷增加作为参数加进方程中，随着负荷的增加，相应的增加发电机的发电量，重新 形成新的潮流方程。 但是在整个计算过程中，我们也可以看到，连续潮流分析方法的计算比较耗时， 所以，推荐可以将常规的潮流算法和连续潮流法结合起来，从基态开始逐步增加负 荷，用常规的牛顿一拉夫逊算法即可，一直到不能获得潮流解的时候，我们再转而 采用连续潮流法来求解潮流。因为常规的潮流方法也可以获得直到i 临界点的解，而 其运算速度也比连续潮流法要快，从而，二者的结合运用可以提高运算速度。 提出n 1 状态下的电压水平指标的基本思路如下： 1 根据潮流计算结果，寻找全系统正常运行状态下，电压水平最低的几个节点， 记这几个节点的电压为u ，其中o = 1 ，2 ，3 - ) ，可以根据实际分析需要自己 设定； 2 在潮流计算的结果上对系统进行n 1 、n 2 断线校验分析； 3 根据n 1 、n 2 的结果文件，分别找出开断后引起系统其他线路过载情况最 严重的几种系统断线情况； 4 分别计算这几种断线情况下已经筛选出的几个节点的节点电压水平，设为 w ，其中( 1 - ”= 1 ，2 ，& _ ，= 1 ，2 ，3 - 一) ，i 表示筛选出的节点对应的编号，为严 重断线情况对应的编号； 5 利用连续潮流法计算出筛选节点的临界电压； r rr 、2 6 根据公式嘞= l 学i ，( j = l ，2 ，3 ) ，其中_ ，对应第_ ，种断线情况，嘞即 l 为第，种断线情况下，节点i 的n 1 状态下的电压水平指标值； 7 将指标值仉按照高低排序就可以找出某种断线情况下的哪个节点是最不利 于系统稳定的，从而加强监控，有针对性的采取有效措施防患于未然。 本文提出的这种基于连续潮流法的n l 状态下的电压水平指标可以在应用已有 技术手段的基础之上，方便、快捷的分析出对系统最不利的断线情况，进而针对各 种最不利的系统断线情况，迅速找出系统中最不稳定的节点。n 一1 状态下的电压水 平指标还可以扩展到分析系统中发生的各种故障对于系统中的节点电压变化情况 7 华北电力大学硕士学位论文 的不同影响程度，这一点超越了已有的电压稳定分析指标。但是这种指标的想法还 不是很成熟，有待进一步完善。接下来，本文将会在第四、第五章中对此指标算法 应用于实际电网进行验证。 2 5 薄弱度、薄弱区域的提出 本文在有功裕度指标k ，、无功裕度指标髟的基础之上，为了能够更直观的对 系统内的电压水平进行分析，提出了进行薄弱区域划分的想法。本报告中薄弱区域 划分步骤和标准为： 1 对节点进行第一次筛选：将全区所有节点的k ，( k ，) 值加起来，除以全 区所包含的节点数，得该区的平均足，( 足，) 值，k ，( k ，) 值大于该平均 k ，( k ，) 的节点将不予以考虑。得到： z o n e l ：k ，( k ，) 值小于平均足，( k ，) 值的所有节点组成的区域。 2 对节点进行第二次筛选：将z o n e l 内所有节点的k ，( k ，) 值加起来除以 z o n e l 内所有节点数，得一新平均k ，( 髟) 值。该新平均值将z o n e l 又分 成两部分。得到： z o n e 2 置，( k ，) 值小于新平均k ，( k ，) 值的节点所组成的区域。 z o n e 3 ： k ，( k ，) 值大于新平均k ，( k ，) 值的节点所组成的区域。 3 分别在z o n e 2 和z o n e 3 内找薄弱区域。所找到的薄弱区域必须满足以下条 件： 1 ) 薄弱区域内的节点必须具有连通性； 2 ) 薄弱区域内的节点数必须大于3 ； 3 ) 同一薄弱区域内的薄弱节点必须同时属于z o n e 2 或z o n e 3 ； 4 ) 薄弱区域的数目为3 。 4 若将z o n e l 分成两部分不能找到满足上述条件的薄弱区域，则可按照第二 条调整把z o n e l 分成的分区的数量来寻找薄弱区域，直至找到满足以上条 件的薄弱区域为止。 华北电力大学硕士学位论文 第三章安徽电网结构及现状分析 3 1 安徽省网的负荷现状与存在的主要问题 安徽电网作为华东电网的重要组成部分，已发展成为以火电为主，水电为辅， 5 0 0 k v 输电线路为骨干，2 2 0 k v 线路为网架的全省统一电网。 3 1 1 安徽电网结构分析 截至2 0 0 5 年底，安徽省网已经拥有统调电厂3 0 座，机组9 8 台，总装机容量 1 1 6 6 6 万千瓦。其中火电机组容量1 1 1 3 6 万千瓦，常规水电机组4 5 万千瓦，抽水 蓄能机组8 万千瓦；接入2 2 0 k v 及以上电网机组装机容量1 0 1 2 9 万千瓦，接入5 0 0 k v 电网装机容量2 4 3 万千瓦。5 0 0 k v 线路1 2 条，总长度1 1 2 8 7 公里( 含省际联络线， 不包括省外线路长度) ，2 2 0 k v 线路1 7 2 条，总长度6 6 2 5 公里。5 0 0 k v 变电所5 座，变压器7 台，5 0 0 k v 变电总容量为5 1 0 万千伏安；2 2 0 k v 变电所7 2 座，变压器 1 2 1 台，2 2 0 k v 变电总容量为1 4 9 0 万千伏安。 2 0 0 6 年迎峰度夏前，安徽电网内新增装机容量约为1 4 1 5 万千瓦，2 0 0 6 年年底 前，安徽电网内新增装机容量约为2 4 1 万千瓦。 3 1 2 安徽电网负荷现状与发展 2 0 0 5 年用电保持了较快的增长势头。全省统调用电量5 4 5 7 6 亿千瓦时，较2 0 0 4 年增加6 5 6 5 亿千瓦时，增长率为1 3 6 7 。上半年全省用电量同比增长迅速，同比 增长1 7 5 8 ；下半年经济受宏观调控影响，增长幅度趋于回落，同比增长率为l o 4 4 。受凉夏影响，夏季高峰平均用电需求增长不多，但用电负荷与用电量随天气变 化波动明显。 2 0 0 5 年8 月1 2 日全省统调用电负荷最大达到1 0 1 0 万千瓦，首次突破1 0 0 0 万 千瓦大关，同比增长1 7 1 ；考虑错峰、避峰和拉限电导致用电负荷下降等因素， 今年最大自然用电需求可能达到1 1 1 0 万卡瓦。最大日用电量达到2 0 2 6 8 万千瓦时， 同比增长9 6 7 。全年最大平均负荷7 3 9 1 6 万千瓦，同比增长1 2 0 5 ，最低平均 负荷5 3 6 4 7 万千瓦，同比增长1 8 0 5 。 全省最大负荷小时数5 4 0 4 小时，较2 0 0 4 年同期减少1 6 3 小时，累计大于等于 9 0 的最大负荷持续时间1 3 7 5 小时，较2 0 0 4 年减少2 3 7 5 小时，变化的主要原因 一是进行了有效的避错峰管理，二是2 0 0 5 年7 、8 月份高温天气持续较短，多数时 间最高气温在3 3 c 以下，最大负荷增长幅度偏低。全年平均用电峰谷差2 0 2 6 9 万 千瓦，为平均最大负荷的2 7 4 2 ，较2 0 0 4 年较低2 4 4 ，负荷特性迸一步改善； 最大用电峰谷差3 0 7 3 8 万千瓦，较2 0 0 4 年增加2 8 7 0 万卡瓦；最小用电峰谷差1 1 9 9 7 9 华北电力大学硕士学位论文 万千瓦，较2 0 0 4 年增加0 8 2 万千瓦。 根据国家宏观经济发展形式和安徽省2 0 0 5 年用电增长实际分析预测，通过综 合测算，2 0 0 6 年安徽省全省用电需求增长平稳，而全省最大负荷需求仍将大幅度增 长，年最大用电需求为1 2 5 0 万千瓦，同比增长1 2 6 ，采取电力需求侧管理以后， 电网实际最高用电负荷为1 1 5 0 万千瓦，比2 0 0 5 年净增加1 4 0 万千瓦。 从2 0 0 6 年电能平衡结果分析，安徽省电力供应形势已经发生变化，电力和电 量总体情况开始出现富余。根据发电能力推测，在满足省内用电以后，全年富余电 量在2 0 0 2 1 0 亿千瓦时，考虑外送电量之后，全省全年富余电量仍在1 6 5 1 7 0 亿 千瓦时左右。 综合考虑年度机组检修安排、机组调峰、临修、以及水电季节性发电特性等， 安徽网全年可调发电量8 0 3 5 亿千瓦时，7 、8 月份极端负荷状况下，电力供应基本 平衡，富余电量主要集中在春、秋两季，其中4 、5 、6 、9 月富余较多。考虑新电 源建设与电网配套的滞后性，估计2 0 0 6 年全年受阻电量在4 0 4 8 亿千瓦时左右， 尤其是阜阳华润电厂上半年投产两台6 4 万千瓦的发电机组，会造成皖北区域电厂 发电能力受阻。 3 1 3 安徽网电压稳定存在的主要问题 2 0 0 6 年安徽电网的建设和发展迅速，迎峰度夏前5 0 0 k v 当涂变建成，第三回 5 0 0 k v 过江线清当线投运，安徽电网5 0 0 k v 电网环网初步形成，正常方式和n 1 检 修方式下，江北电网解列运行的可能性大幅度减小，总体上安徽电网的安全稳定运 行水平提高。但是由于近几年2 2 0 k v 系统机组大量投运以及5 0 0 k v 和2 2 0 k v 系统 电磁环网等因素，安徽电网又出现了一些新问题。 一、电磁环网问题 2 0 0 5 年5 0 0 k v 清流变输变电工程投运，2 0 0 6 年有5 0 0 k v 清当线投运及开断、 当涂变、巢湖变投运，在这些工程投运后，在淮南电网南送断面上形成三回5 0 0 k v 线路和三回2 2 0 k v 线路的电磁环网，在皖中电网南送断面上形成三回5 0 0 k v 和三回 2 2 0 k v 线路的电磁环网，在过江断面上形成三回5 0 0 k v 线路和两回2 2 0 k v 线路的电 磁环网，断面上2 2 0 k v 线路运行时间较长，输送能力较低，正常方式和n 1 检修方 式下一回5 0 0 k v 线路跳闸后潮流大量转移至断面上的2 2 0 k v 线路，使其不堪重负。 特别是后两个断面，存在着由于2 2 0 k v 输送断面狭小而严重影响整个断面输送限额 的问题，热稳定水平低于暂态稳定水平。 造成上述热稳定限额远低于暂态稳定限额的主要原因有三个：1 同一断面上的 强5 0 0 k v 和弱2 2 0 k v 联络并存，当输送能力提高时弱2 2 0 k v 联络无法承受5 0 0 k v 元件故障跳闸的潮流转移：2 江北电网的5 0 0 k v 中、东通道之间缺乏强有力的横向 联系，仅依靠中、东通间的2 2 0 k v 弱联系是无法满足要求的；3 相当一批电源集中 l o 华北电力大学硕士学位论文 接入2 2 0 k v 电网，在同样的断面条件下，2 2 0 k v 联络线潮流相比偏大，不利于提高 输送能力。 随着安徽5 0 0 k v 网架在十一五期间的快速加强，强5 0 0 k v 弱2 2 0 k v 电磁环网 问题将变为电网结构的一个主要矛盾，5 0 0 k v 东通道投运后，淮北至蚌埠断面、蚌 埠至滁州断砸、滁州至巢湖断面、江南电网内部的芜马断面都将形成强5 0 0 k v 弱 2 2 0 k v 电磁环网，相关断面的输送能力有可能都受制于薄弱2 2 0 k v 电网的输送能力， 而且也不具备起码的解环必要条件，可能给电网带来很大的安全隐患。 二、两淮电网稳定问题 两淮电网存在皖北区域暂态稳定问题突出和两淮电网送出受阻两大问题。2 0 0 5 年2 2 0 k v 两淮电网共投运了机组7 1 万千瓦，2 0 0 6 年阜润电厂2 台6 4 万千瓦机组投 运，两年合计投运机组1 9 9 万千瓦。2 0 0 5 年先后投运的2 2 0k v 芦蒙、邢颖i i 线， 改造了田洛双线，一定程度地提高了该区域电网稳定水平和送出能力，但与该区域 新投产的机组容量相比，仍无法满足要求。 阜润电厂投产后，由于电气联系薄弱，皖北地区存在较为突出的暂态稳定问题， 而且和原有的淮北电网皙态稳定问题交织在一起，使得该区域的问题问题进一步复 杂化。此外，阜润电厂投产后，由于潮流送出大幅增加，使得原本已经重载运行的 2 2 0k v 国高2 7 2 3 、2 7 2 4 双线( 淮北二厂一高湖变双线) 成为电力输送的瓶颈，但 国高双线由于长期重载，线路老化严重，线路输送能力已经不能满足现有要求。 5 0 0k v 洛滁线投运后，5 0 0l 【v 洛肥、平肥、洛滁线的的三线限额只有约2 5 0 万千瓦，不能满足平圩、洛河、阜润电厂及两淮地区其它电力的外送需求，主要制 约条件是洛河电厂5 0 0k v 母线故障。 洛河电厂5 0 0 k v i i 母线接5 0 0 k v 洛清、洛肥线，如果5 0 0 k v 洛河厂i i 母线故障， 将跳洛清、洛肥线，则淮南电网南送5 0 0 k v 断面将只剩洛平5 3 0 3 、平肥5 3 0 2 一线， 严重影响江北机组的安全稳定运行。随着5 0 0 k v 潮流大量转移至2 2 0 k v 线路，淮南 送皖中线路会发生2 2 0 k v 线路严重重载问题。所以，洛河电厂5 0 0 k v 母线方式不合 理，必须采取措施调整间隔排列位置。 2 2 0 k v 两淮电网( 这里的两淮电网不包含蚌滁电网) 计及0 6 年新投产机组，装 机容量将达到5 3 2 万千瓦，预计0 6 年该区域平均高峰负荷为2 2 0 万千瓦，考虑l o 的检修和备用，两淮电网需要通过两台5 0 0 k v 主变和八回2 2 0 k v 线路外送2 6 0 万千瓦电力，即使潮流均衡分布也无法满足富余电力完全送出，实际的潮流不均衡 分布使得淮南一合肥的三回2 2 0 k v 线路成为输送瓶颈，在原有的洛螺2 7 8 5 ( 洛河变 一螺丝岗变) 和洛东2 7 8 8 ( 洛河变一东北郊变) 线路全线大修和更换导线后，主要 矛盾集中到了洛振2 7 7 9 ( 洛河电厂一振宁交) 线路的输送能力上。 三、宣黄电网受电问题 原繁窑5 9 0 1 线路( 繁昌变一浙江瓶窑变变) 开断进新建5 0 0 k v 敬亭变后，为 l l 华北电力大学硕士学位论文 了提高宣黄电网的受电能力和安徽电网送浙江的省际送出能力，不得不将宣黄电网 5 0 0 k v 2 2 0 k v 电网解环运行。 解环后，敬亭变# l 主变4 8 0 1 开关带敬亭变2 2 0 k vi 母经2 2 0 k vi 母、敬风 4 8 9 3 、4 8 9 4 ( 敬亭变一凤凰变双线) 线路带凤凰变、桃州变负荷；2 2 0 k v 宣二变投 产后，也将由5 0 0 k v 敬亭变# l 主变供电。也就是说，解环方式下，由5 0 0 k v 敬亭 变# 1 主变单电源供电的2 2 0 k v 变电站将有三座，一旦# l 主变或母线故障跳闸或 检修，都将造成三个以上变电站大面积停电的重大电网事故。 0 5 年莲塘变、宁国变和万安变三座变电站的最大负荷为4 0 万千瓦，已经超过 3 5 万千瓦的稳定限额，如果2 2 0 k v 线路重载，那么宁国变和万安变也不得不倒由 5 0 0 k v 敬亭变# l 主变供电，这样，敬亭变# l 主变将带宁国、万安、凤凰、桃州4 个变电所的负荷，宣黄地区的负荷按1 0 的负荷增长率计算，明年5 0 0k v 敬亭变 # 1 主变将带宣黄地区5 2 万千瓦负荷。如果5 0 0 k v 敬亭变# 1 主变跳闸，将造成一 个5 0 0k v 变电站、4 个以上2 2 0k v 变电站全停，宣黄电网大面积停电。 四、铜池电网电力送出问题 随着池州电厂# 1 、# 2 机、铜陵电厂# 4 机，三台3 0 万机组的投运，铜池地 区发电出力约1 7 0 万千瓦。今年迎蜂度夏期间，铜陵池州陈村电网平均高峰负荷约 6 0 万千瓦，比2 0 0 5 年增长约1 2 ，明年迎峰度夏期间，铜陵池州陈村电网平均高 峰负荷预计约6 5 万千瓦，铜陵、池州地区出力受限将在1 5 万千瓦左右。 五、省际断面送出问题 5 0 0 k v 繁窑5 9 0 1 线路重载影响安徽电网送出能力。2 0 0 5 年江苏电网5 0 0 k v 西 通道( 汉东5 2 9 5 、汉桥5 2 9 6 ) 投运后，潮流分布发生了较大变化，造成5 0 0k v 繁 昌一浙江瓶窑的5 9 0 1 线路频频重载，对安徽电网的送出能力影响很大。该通道投产 前，阳城和苏北的电力从东通道送苏南、浙江、上海；投产后，阳城和苏北南送潮 流一部分由西通道承担，并与繁昌送东善桥线路抢潮流，造成繁昌一东善桥潮流下 降，甚至倒送安徽，使5 9 0 1 线路潮流重载加剧。 针对安徽送出受限问题，华东公司调整了安徽送出断面的稳定限额：将原5 9 0 1 单线稳定限额由1 2 5 万千瓦( 对应省际断面2 3 0 万千瓦时的暂稳限额) 提高到1 6 0 万千瓦的热稳定限额，但同时省际断面稳定限额下降总和由2 3 0 万千瓦下降到2 0 0 万千瓦。这一措施虽然部分环节了安徽的送出压力，但与安徽电网今后的实际送出 能力仍有较大差距。 3 2 安徽网输电能力、抗干扰能力分析 为了能更好的分析系统的电压稳定问题，本文选取安徽省网2 0 0 6 年为水平年， 基态运行方式下的夏季高峰运行方式为对应的分析方式。由于涉及节点、线路众多， 所以本文在分析的时候只节选2 2 0 k v 及以上电压等级的部分。 1 2 华北电力大学硕士学位论文 3 2 1 系统节点电压水平分析 夏季高峰运行方式下，安徽省内节点电压越限情况见表3 - 1 ( 按照节点电压越 限大小顺序) ： 表3 - 1 正常运行方式下夏季高峰节点电压越限表 为了更直观的分析数据，相应的节点电压水平柱形图见图3 1 ： 图3 - 1 夏季高峰运行方式下节点电压水平柱形图 结合图形分析表中数据，安徽网在夏季高峰运行方式下，2 2 0 k v 以上节点总共 有9 个节点电压越限，其中5 0 0 k v 的节点有3 个。夏季安徽省网内的节点电压出现 越限情况的都是节点电压水平偏低，2 2 0 k v 电压偏低最严重的是万安变，标么值 o 9 3 0 6 p u ，实际运行电压为2 1 4 0 5 k v 。总体来说，夏季高峰运行方式下，安徽省网 华北电力大学硕士学位论文 节点电压水平良好，越限的节点电压水平基本都在o 9 3 0 9 5 之间。 这九个节点就是之后要重点分析的节点，按照节点电压表中的顺序依次记为： i = l ，2 ，9 。 3 2 2 系统正常运行方式下的线路负载情况 系统在夏季高峰运行方式下，负载率在8 0 以上的线路见表3 2 ： 表3 - 2 正常运行方式下夏季高峰线路负载率在8 0 以上的线路 相应线路负载率柱形图见图3 2 ( 注：图中列出了夏季高峰运行方式下，所有 线路负载率超过7 0 的线路) ： 图3 - 2 夏季高峰运行方式下线路负载率柱形图 结合图3 2 ，分析表中数据可见，安徽网夏季高峰运行方式下，线路额定电流 按照环境温度4 0 度为标准下，共有2 0 5 条线路。线路负载率在8 0 以上的共有6 1 4 华北电力大学硕士学位论文 条，超过1 0 0 的有3 条，线路平均负载率3 9 4 6 。 超过8 0 的线路中比较严重的是：田金2 7 5 5 线路负载率1 1 4 8 、国高2 7 2 3 线路负载率1 0 6 、国高2 7 2 4 线路负载率1 0 2 5 、合巢4 8 4 5 线路负载率9 9 。 另外，洛振2 7 7 9 线路负载率8 3 3 、相杨2 7 1 5 线路负载率8 0 7 。 3 2 3 系统正常运行方式下的n - 1 校验 3 2 3 1 单一元件故障情况 夏季高峰运行方式下，系统在失去一回2 2 0 k v 线路时的过载情况见表3 3 ： 表3 - 3 正常运行方式下夏季高峰n - 1 线路过载率超过2 0 的线路 夏季高峰运行方式下进行n 一1 分析，共有4 9 条线路由于n - 1 开断出现了过负 荷现象，其中有1 9 条线路的线路过载率在2 0 以上。图3 3 是出现过载现象的线 路频繁程度示意图，图中单独列出部分为仅出现一次过载现象的线路，这些线路按 照过载率由高至低顺序出现： 华北电力大学硕士学位论文 图3 - 3 夏季高峰n - 1 线路过载频繁程度饼图 图3 - 4 是夏季高峰运行方式下所有出现过载现象的线路中线路过载率高于2 0 的线路柱形图，按照过载率由高至低排序： 1 6 华北电力大学硕士学位论文 图3 - 4 夏季高峰n - 1 过载率超过2 0 的线路柱形图 结合图形，分析表中数据可以看出有以下特点： 1 1 夏季高峰运行情况下，系统如果意外失去一条线路，引起其他线路过载的情 况比较频繁，而且过载率都比较高。特别是在失去火莲2 8 9 1 线路时，会引 起繁莲2 8 7 5 线路过载5 0 ，额定电流达到9 0 0 2 a ； 2 ) 其他比较严重的情况多见于系统在失去双回线中的其中一条时，另一条的负 载率会比较高。例如，在模拟开断龙安2 8 4 5 ( 或龙安2 8 4 6 ) 线路时，均会 引起龙安2 8 4 6 ( 或龙安2 8 4 5 ) 过载，过载率都在3 7 左右； 3 ) 除此以外，分析过载线路侧的数据，可以发现，n 1 情况下，在系统意外失 去其它一回线路的情况下，易于发生过载现象的线路有：国高2 7 2 3 过载7 次，占总数的1 4 2 9 、合巢4 8 4 5 线路过载6 次，占总数的1 2 2 4 、国高 2 7 2 4 线路过载6 次，占总数的1 2 2 4 ； 分析图表中的数据，我们可以看出，虽然有些线路只出现过一次过载现象，但 是部分线路过载率较高。2 2 条线路中就有1 2 条线路的过载率高于2 0 ，火莲2 8 9 1 线路的过载率甚至达到了5 1 ，繁莲2 8 7 5 线路的过载率也达到了5 0 。 本文选取n 1 开断后引起其他线路过载后过载率在前五位的断线情况来分析 n 1 状态下的电压水平指标。这五种断线情况分别是依次开断繁莲2 8 7 5 、火莲2 8 9 1 、 国高2 7 2 4 、国高2 7 2 3 和颖太2 7 5 6 线路，这五种断线情况的序号依次记为j = 1 ，2 ，5 。 3 2 3 2 平行元件同时掉闸的情况 夏季高峰运行方式下，系统进行n 2 分析，共计3 6 5 条线路出现过载现象，负 1 7 华北电力大学硕士学位论文 载率在1 0 0 以上的有1 4 4 条。超过1 2 0 有2 2 条。由于篇幅所限，在表3 - 4 中列 出了所有线路过载率超过2 0 的情况。 表3 4 正常运行方式下夏季高峰n - 2 过载率超过2 0 的线路 为了更直观的进行数据分析，绘制了相应的柱形图和饼图。图3 5 是出现过载 现象的所有线路过载频繁程度饼图： 华北电力大学硕士学位论文 图3 - 5 夏季高峰n - 2 线路过载频繁程度饼图 结合图形分析表中数据，我们可以看出：夏季高峰运行方式下，系统进行n 2 分析，出现过载现象的线路比较集中；其中比较突出的是：合巢4 8 4 5 线路过载5 3 次，占总数的1 4 5 6 、国高2 7 2 3 线路过载5 2 次，占总数的1 4 2 9 、国高2 7 2 4 线路过载5 1 次，占总数的1 4 0 1 、洛振2 7 7 9 线路过载5 0 次，占总数的1 3 7 4 、 相杨2 7 1 5 线路过载4 6 次，占总数的1 2 6 4 。仅这5 条线路就占了总数的6 9 2 4 。 图3 - 6 是出现过载现象的3 6 5 条线路中线路过载率超过2 0 的部分，共计2 4 条，线路出现顺序按照过载率由高至低排序： 1 9 华北电力大学硕士学位论文 图3 - 6 夏季高峰n - 2 过载率超过2 0 0 的线路柱形图 综合分析，夏季高峰运行方式下，系统在平行元件同时掉闸的情况下，线路运 行负载率比较高，超过额定电流值8 0 运行的线路很多，还有很多线路的负载率已 经超过了1 0 0 ，极易引起事故的进一步发展。从过载线路部分的数据来看，国高 2 7 7 3 、2 7 7 4 线路，合巢4 8 4 5 线路等依然是负载率较高的线路。而就断线方来说， n 2 的情况下，引起其他线路过载的前五种断线情况分别是：开断龙安2 8 4 5 2 8 4 6 、 开断九桂2 8 8 5 九繁、开断相南2 7 1 3 国高2 7 2 4 、开断田秦2 7 8 0 田凤2 7 7 2 以及开断 国高2 7 2 3 2 7 2 4 。这样就产生了我们求取n 1 状态下的电压水平指标的第二类断线 情况，同理，依次标记序号为j = 6 ，7 ，9 。 3 3 安徽省网n 一1 状态下的电压水平指标分析 在获得了系统的电压越限节点和严重断线类型之后，我们可以进一步进行n 1 状态下的电压水平指标的求取分析工作。 3 3 1 临界电压的求取 临界的电压的求取过程，主要考虑了采用连续潮流法获取v q 曲线的方法来获 取临界电压。 通过连续潮流法获得节点万安( a w r a ) 的v - q 曲线如图3 - 7 所示。 华北电力大学硕士学位论文 图3 7 节点万安的矿一q 曲线图 根据v - q 曲线和计算时的数据可以得到节点万安【a w a) 节点临界电压 为：。= o 5 1 。同理，可以得出其他几个节点的临界电压值，见表3 -