（电路与系统专业论文）dts仿真系统的电压稳定校验.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 随着电力工业的发展，长期以来有功功率不足的矛盾得到一定程度的缓解，电网 的无功、电压管理越来越受到重视，电压稳定问题随之提上了议事日程。电力系统电 压稳定性涉及到发电、输电和配电系统，与电力系统稳态和动态特性的其他方面有密 切联系。电压控制、无功补偿与管理、功角( 同步) 稳定、继电保护和控制中心操作等都 将影响到系统的电压稳定性。 近年来，国内外大批优秀的学者和工程师围绕着电压稳定问题展开了广泛、深入 的研究，在许多方面，特别是在静态电压稳定问题上在短时问内取得了长足的进展， 提出了许多研究分析电压稳定的方法，诸如潮流方程的可行解域的研究、潮流多解的 研究、灵敏度分析方法、最大功率法、特征结构分析方法、奇异值分解法、小干扰分 析方法、时域仿真分析法、突变理论分析方法和能量函数分析法等。 本文主要工作是进行d t s 仿真系统的电压稳定校验。首先介绍电压稳定的基本概 念、电压失稳的不同形式和电压崩溃过程的描述，然后通过对电压稳定原理的分析， 从电力系统实际出发，结合电力系统实际运行状况提出可以实际使用的电压稳定的校 验方法。 本文重点介绍计算引擎程序以及利用计算引擎程序进行电压稳定校验的方法。计 算引擎程序具有收敛可靠，节点电压控制，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等等优点。本文开发程序p v c u r v e 对计算 引擎程序进行调用，根据控制信息不停对原始数据进行修改，不停调用计算引擎程序 进行电压稳定进行迭代计算，直到得出最低电压值。 关键词电压稳定；计算引擎；电压稳定校验；潮流计算；迭代 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fp o w e ri n d u s t r y , a c t i v ep o w e rl a c kh a sb e e nr e d u c e dt os o m e d e g r e e t h e nw eh a v ea t t a c h e dg r e a t e ri m p o r t a n c et op o w e r r e a c t i v ea n dv o l t a g e ，a n dv o l t a g e s t a b i l i t yh a sb e e np u to nt h ea g e n d a p o w e rs y s t e mv o l t a g es t a b i l i t y r e f e r st op o w e r g e n e r a t i o n ，t r a n s m i s s i o na n d d i s t r i b u t i o n i th a sc l o s ec o n n e c t i o nw i t ho t h e rr e s p e c to fp o w e r s y s t e ms t a b l ea n dd y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c v o l t a g ec o n t r o l ，r e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o n ， p o w e ra n g l e ( s y n c h r o n y ) s t a b i l i t y , r e l a yp r o t e c t i o n a n dc o n t r o lc e n t e ro p e r a t i o nh a v e i n f l u e n c eo np o w e rs y s t e mv o l t a g es t a b i l i t y i nr e c e n ty e a r s ，m a n ye x c e l l e n ts c h o l a r sa n de n g i n e e r sh o m ea n da b r o a dh a v ec o m ea l o n gw a y o nv o l t a g es t a b i l i t y , e s p e c i a l l yo ns t a t i cv o l t a g es t a b i l i t yi nas h o r tp e r i o d t h e yh a v e r e p r e s e n t e dm a n ym e t h o d st os t u d yv o l t a g es t a b i l i t y , s u c ha sp o w e rf l o we q u a t i o n f e a s i b l e s o l u t i o nf i e l d ，p o w e rf l o wm u l t i p l es o l u t i o n ，s e n s i t i v i t ya n a l y s i s ，g r e a t e s tp o w e r , c h a r a c t e r i s t i c s t r u c t u r a la n a l y s i s ，s i n g u l a rv a l u ed e c o m p o s i t i o n ，s h o r ti n t e r f e r e n c e ，t i m e d o m a i ns i m u l a t i o n ， c a t a s t r o p h et h e o r y , e n e r g yf u n c t i o n ，a n ds oo n t h i st h e s i sf o c u s e so nv e r i f i c a t i o no fv o l t a g es t a b i l i t yf o rd t ss i m u l a t i o ns y s t e m f i r s t ， i ti n t r o d u c e ss o m eb a s i cc o n c e p t s ，p r o c e s s e sa n dp o w e rm o d e lo fv o l t a g es t a b i l i t y p r o c e e d f r o ma c t u a lr e a l i t y , i tr e p r e s e n t sam e t h o do fv e r i f y i n gv o l t a g es t a b i l i t yv i aa n a l y z i n gv o l t a g e s t a b i l i t yt h e o r y t h i sp a p e rf o c u s e so ni n t r o d u c i n gb p ap r o g r a ma n dt h em e t h o dt ov e n f yv o l t a g e s t a b i l i t yu s i n gb p ap o w e rf l o wp r o g r a m b p ap o w e rf l o wp r o g r a mh a sm a n yv i r t u e s ，s u c ha s r e l i a b l ec o n v e r g e n c e ，a l t e r n a t i n gc u r r e n tp o w e rf l o wc a l c u l a t i o n ，a l t e r n a t i n gc u r r e n tm i xw i t h d i r e c t l yc u r r e n tp o w e rf l o wi n c l u d i n gt w ot e r m i n a l sa n dm u l t i p l et e r m i n a l sd i r e c t l yc u r r e n t s y s t e m ，a n ds oo n t h i sp a p e rd e v e l o p so n ep r o g r a mn a m e dp v c u r v e t oc e a s e l e s sc a l lb p a p r o g r a mt om a k ei t e r a t i o nu n t i l s o l u t et h el o w e s tv o l t a g ed u r i n gw h i c hp e r i o dp v c u r v e c e a s e l e s sv e r i f y i n go r i g i n a ld a t aa c c o r d i n gt oc o n t r o li n f o r m a t i o n k e y w o r d ： v o l t a g es t a b i l i t y ；b p a ；v e r i f i c a t i o no fv o l t a g es t a b i l i t y ；p o w e rf l o wc a l c u l a t i o n ；i t e r a t i o n 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：丝金重l 日期：2 1 里臣：冱 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人 授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：名睑凰导师签名： 山东大学硕士学位论文 第1 章绪论 电压稳定性涉及到电力系统中发生的众多现象，电压稳定一般被看作电力系统的稳 态的“承受能力”问题，可以采用潮流等分析方法，并把电力系统稳态运行状况下，从 电源端到负荷端的无功传输能力作为电压稳定性的主要方面。电压稳定问题，是近年来 电力工作者最为关注的问题之一。本章阐述了电力系统电压稳定问题研究的意义，综述 该课题国内外研究的现状并简单介绍本文的主要工作和各章节内容的安排。 1 1本课题的研究意义 电力系统稳定问题是近年来电力系统工作者极为重视的研究课题，特别受到理论研 究者的青睐。以前，稳定问题突出的是功角稳定问题，即发电机转子相对运动的功角变 化的稳定性。因此，大批电力工作者主要精力集中在功角稳定方面，而系统稳定也就变 成了功角稳定的代名词。由于现代控制理论的发展，各种数学方法的引入，特别是计算 机和计算技术的广泛应用，使功角稳定进入了高层次的认识水准，各种分析和控制方法 f 1 臻成熟并进入实际应用，表明功角稳定的研究已经取得了公认的令人瞩目的成果。 随着现代工业生产的高度发展和能源、环境、投资各方面的改变，现代电力系统已 发生了较大的改变。这主要表现在：原先小型的、分散在各负荷中心的多个发电机 ( 厂) 逐渐被单机容量越来越大，远离负荷中心的大型水电厂，核电厂或坑口电厂取 代；远距离，大容量超高压交直流输电线的普遍应用；负荷的高速增长使得发电设备储 备量越来越少。这些条件的改变使得电压稳定的问题变得突出并在些系统内造成了损 失。例如1 9 7 8 年法国电网的电压崩溃造成约8 0 的电网瓦解，直摇经济损失达数- f z 美 元。此后，瑞典、美国、比利时、日本等相继发生了电压崩溃事故，造成惨重的损失。 我国局部地区也出现过电压不稳定的事故。电压稳定问题已成为电力系统的主要威胁之 一，影响电力工业乃至国民经济的发展。从七十年代后期开始，电压稳定课题己成为热 门的课题和电力系统急迫需要解决的科研任务。美国日砌输电小组在8 2 年规划电力 系统运行的研究方向时，把电压崩溃和电压不正常状态问题的研究列为首要课题。 i e e e 和c i g r e 成立专门的工作组研究和讨论电压稳定问题。探索电匮崩溃的机理和建 立尽可能反映电力网络实际的数学模型，同时也加强了电力系统电压稳定性和安全性的 研究。 我国幅员辽阔现有的水力、煤炭等主要能源分布不均，加上经济条件的限制，经济 比较发达的地区能源奇缺，靠铁路运输大量煤炭到沿海地区又不能满足需要，超高压、 山东大学硕士学位论文 远距离输送电能是必然的趋势。特别是实行改革开放政策以来，我国经济进入高速度发 展的阶段，沿海地区高速度发展使负荷更加集中，近几年人民生活水平的迅速提高更增 大对负荷的需求。而电力的投资与设备的投入跟不上整个国民经济的发展。已有的各大 电力系统普遍存在着电源侧对系统的无功输入减小，负荷侧无功支持不足，网络结构不 合理等容易导致电压不稳定的薄弱环节。已出现的局部地区的电压稳定事故已显露出更 严重的电压崩溃的“灾难性”事故的兆头，应该引起所有电力科学工作者的警惕和重 视。当前借鉴国外恶性电压崩溃事故的经验和教训，深入探讨电压不稳定的起因、原理 和特性，研究加强系统的安全性和事故时的应急措施，加深对电压不稳定现象的理解和 认识，避免电压崩溃事故的发生和巨大的经济损失，具有特别重要的理论意义和实用价 值。 1 2电压稳定的研究现状 电压稳定问题的研究可以追溯到六十年代初期甚至更早。但是它真正受到重视还是 七十年代后期第一次严重的电压崩溃事故以后。事故本身是个信号，是啼彤e 战，将 一项复杂、紧迫的课题摆在了电力科技工作者的面前。近年来，国内外大批优秀的学者 和工程师围绕着电压稳定问题展开了广泛、深入的研究，在许多方面，特别是在静态电 压稳定问题e 在短时间内取得了长足的进展。提出了许多研究分析电压稳定的方法。诸 如潮流方程的可行解域的研究，潮流多解的研究，灵敏度分析方法，最大功率法，特征 结构分析方法，奇异值分解法，小干扰分析方法，时域仿真分析法，突变理论分析方法 和能量函数分析法等。 应用潮流方程的可行解域法是应用于静态电压稳定分析较早的方法之一，加拿大 g a l i a n a 等从分析电力系统静态数学模型的解释的性质入手研究问题的可行解域及其性 质，得到一些有意义的结论。它表明潮流问题的可行解域尺，是一顶点在原点的凸锥 体。因此可以通过一组经原点的支持超平面来解释毋的性质，研究给定注入矢量所对 应电压解的存在性。通过沿某一方向对应的二个切平面的夹角可以比较不同网络结构的 强弱，但是这种方法所确定位于可行解域内的解并不能保证系统电压的稳定性，无法计 及元件的动态作用，同时工作量过大等因素也影响了它的实用性。 潮流多解是电力系统潮流的个特性。由于潮流方程的非线性，在给定注入量条件 下，其解不是唯一的，而是多值的。特别是在存在长距离重负荷线路的情况下，潮流方 程会出现两个电压数值比较接近的解。当系统处在低电压解的情况下，电源的控制作用 2 山东大学硕士学位论文 会收到电压解下降的相反效果，即系统电压失去控制，因而低压解是不稳定的。这方面 的工作以日本的田村康男的工作较为突出。随着负荷的增长，潮流多解变成一对解，并 在临界点变成重解。因此，他定义这一对解的距离大小为系统电压稳定裕度。一对解对 临界点对称的特点常用来求解电压稳定极限。但是它需要追踪计算给定注入量的多值 解，反复求解潮流方程，因而也存在计算量大而在实用方面存在着局限性。 灵敏度分析方法应该说是最古老的一种常用方法。早在四十年代，苏联的h m ， 马尔柯维奇就提出了d o d f 的电压稳定判据。以后v a 维尼科夫又提出- fd f 施 判据。近期的工作则以r a s c h u e l t e r 等人的工作最具特色。他通过引入p q 可控性 ( p qc o n a o l j a b o ，p v 可控性o ) vc o n 仲o l l a b l o 的概念，对复杂系统的雅可比矩阵在不同 的条件下，建立套较为完备的分析电压稳定的灵敏度分析方法。虽然各种灵敏度分析 对简单系统是相互等价和精确的，但是用于复杂系统的分析则不再是完全等价和精确 的。 最大功率法则认为负荷的需求超过网络所能输送的功率极限时，电压失去其稳定的 性质。这种方法常以节点有功功率最大或无功功率最大为判据，或以总负荷量最大为判 据。求取这样的最大功率常常利用非线性规划方法。由于最大功率点即是电压稳定的临 界点，因而常用以求取静态电压稳定的极限。这种算法在实现匕有特别的优点，可以方 便地考虑各种约束和元件的动态行为。 特征结构分析方法和奇异值分解法是利用潮流方程的雅可比矩阵奇异对应着静态电 压稳定极限点的关系，而雅可比矩阵奇异又与它的某特征值或奇异值为零相对应，通 过这特征值的模最小或奇异值最小来映射雅可匕匕矩阵接近奇异的程度，从而反映工作 状态接近临界状态的程度来研究静态电压稳定问题。当处于系统的静态稳定极限点时， 雅可比矩阵奇异，肯定有某特征值或奇异值首先到达零点，贝| j 这特征值被称为最小 模特征值，这奇异值就称为最小奇异值。通过研究这二个物理量最小值的变化就可以 分析系统的静态电压稳定问题。由于这= 个值的大小表示出在由正常工作状态过渡到临 界状态过程系统接近临界点的程度。因此也常用来表示系统的电压稳定裕度。 小干扰分析方法此前常用于功角稳定的分析。同样地，它也可用于电压稳定问题的 分析。它也是通过特征矩阵的特征根来判断稳定问题。相比之下，它增加了线性化的动 态微分方程组于特征矩阵中，因而它可以考虑各种动态元件的特性，所获得的结论也就 更符合电力系统实际。 还有突变理论法，平衡点分歧理论和能量函数法，时域仿真法等研究静态和暂态电 3 山东大学硕士学位论文 压稳定的各种方法。上述诸种方法，或在数学模型方面别具匠心，或在分析方法中融入 了现代数学新方法，控制理论等边缘学科，使之独有特色，已显现出电压稳定的研究新 方法，新思路百花齐放。硕果累累的局面，取得了可喜的进展。 国内关于电压稳定的研究虽然起步较慢，但已经引起众多学者的重视，选择电压稳 定问题的研究作为硕士学位的毕业论文和见之报刊和各级学术会议论文就更加数不胜数 了。许多作者对所研究的问题都作了比较深入的探讨，而且都有新见地。 1 3本文工作重点 本文的重点主要是进行u p s 仿真系统的电压稳定校验，从简单到复杂电力系统， 通过对电压稳定原理的分析，结合电力系统实际运行状况提出可以实践应用的电压稳定 的校验方法。 首先介绍电压稳定的基本概念，电压失稳的三种不同形式( 包括静态电压稳定问 题、动态电压稳定问题和暂态电压稳定问题) ，电压崩溃过程和电压稳定性分析方法 ( p c 曲线法和v o 曲线法) 。 然后重点介绍计算引擎程序，它是用于分析电力系统在稳态下受到各种干扰时的系 统动态行为之有力工具。 最后通过对6 3 9 节点数据文件进行计算来说明电压稳定校验过程，用表格和p v 曲 线和v o 曲线来分析电压稳定过程。 从p v 曲线到特征值的改变这过程阐述了无功补偿对系统静态电压稳定的影响， 提出以节点承受负荷功率变化的能力大小来衡量系统的电压稳定性的观点。 4 山东大学硕士学位论文 第2 章电压稳定基本概念和过程描述 2 1基本概念 2 1 1 电网调度员培训模拟系统 电网调度员培训模拟系统( d i s p a t c h e rt r a i n i n gs i m u l a t o r 以下简称d t s ) 的主要功 能在于提供个数字化的电网，为调度员提供一个逼真的电网调度环境，以达到既不影 响实际电力系统的运行而又培训调度员的目的。 2 1 2 电压稳定陛 电力系统在给定的稳态运行点遭受任意小的扰动后，如果负荷节点的电压与扰动前 的电压值相同或者相近，则称系统在给定运行点为小干扰电压稳定( 小干扰电压稳定对 应于线性化动态方程所有特征值的实部为负。为便于分析，描述变压器分接头动作特性 的离散模型需用连续等值模型代替) 。 电力系统在给定的稳态运行点遭受一定的扰动后，如果负荷节点的电压能够达到扰 动后平衡点的电压值，则称系统为电压稳定。此时，系统扰动后的状态位于系统扰动后 稳定平衡点的吸引域之内。 2 1 3 电压稳定极限 送到某个负荷的功率达到某水平，当负荷进步增加时，其端电压将大幅度地 阿氐或发生电压崩溃，此负荷功率的极限值称为电压稳定极限。它是衡量个系统电压 稳定程度的个指标。 2 1 4 电压崩溃 系统在扰动( 大扰功或小扰动) 作用下，系统内无功功率的发送受端平衡状态遭到 破坏，靠正常的调节- y - 8 1 已无法使其恢复，致使局部或全部系统电压急剧下降的物理过 程。 2 1 5 电压的安全性 是指电力系统稳定运行情况之下及受到事故扰动或系统发生大的变化情况之下系统 电压稳定性的能力。 2 2电压失稳的不同形式 电压失稳通常有以下三种不同的表现形式： 第种形式：随着负荷的缓慢增加，负荷母线上的电压逐渐下降。当达到电力系统 5 山东大学硕士学位论文 受负荷增加能力的临界或接近于临界值时，任何使系统状态越出临界值的扰动，例如负 荷的续增加，或者系统运行中的正常操作等，都可能使负荷母线电压发生不可逆转的突 然下降。在压下降的整个过程中，发电机转子角度和母线电压相角可能并未发生十分明 显的变化。j 下因如此，电压稳定性的丧失并不易被察觉。具有这类特点的电压稳定问题 称为静态电压稳定问题。 第二种形式：电力系统发生故障后，为确保其功角稳定和维持系统频率，除了进行 网络操作外，也可能进行自动切机或切负荷操作，由于系统结构已经变得非常脆弱，缓 慢的负荷恢复过程也可能导致电压崩溃，由于电力系统在失去电压稳定前已处于动态过 程中，发电机及其控制器和恢复的动态行为都会对电压稳定产生影响，具有这类特点的 电压稳定问题常被称为动态电压稳定问题。 第三种形式：在电力系统发生故障或其他类型的大扰动后，伴随着系统处理事故过 程中的发电机之间的相对摇摆，某些负荷母线电压发生不可逆转的突然下降而此时发电 机之间的相对摇摆可能并未超出电力系统功角失稳的程度。具有这类特点的电压稳定问 题被称为暂态电压稳定问题。 2 3 电压崩溃过程描述 电压崩溃的发展较为缓慢，它可以延续几分钟甚至几十分钟，电力系统在重负荷运 行下遇到故障扰动后，必然引起与故障点有紧密联系的一定范围内的某些节点的电压急 剧下降，有的主要联络线路承担了过量的负荷，加大了线路的无功损耗，而由于发电机 母线电压的降低，自动励磁调节装置强励动作，发出较多的无功功率，用以恢复母线电 压，励磁设备提供这样的无功支持一般是马上响应故障出现的，这时的发电机的转子电 流可以大大超过其额定的持续位，因而造成转子温度的迅速匕升，这时具有强励限制环 节的自动励磁调节装置动作，把控制励磁电流大小的可控硅导通角提高到正常的额定 值，这样就限制了发电机无功的输出，但系统的无功功率仍然不平衡这时，若无其它 的调节手段，则必然波及到相邻的发电机，使其强励动作，增加无功输出，而后强励限 制又动作，这样的重复循环恶化了系统的运行条件，增加了电压崩溃的危险性。同时由 于负荷本身的特性，特别是恒功率负荷企图保持负荷在额定值。有载调压器的作用通过 调节次级分接头提高负荷的电压水平，这必然增大了负荷侧的功率需求，使得系统的无 功功率不平衡加大。感应电动机负荷有滑差的限制，感应电动机的最大功率输出正比 于端电压的平方，随着端电压的下降，电动机的滑差增大，以满足机械功率的需求，一 6 山东大学硕士学位论文 旦超出了临界滑差的极限位，电动机会很快停止，其电流增加很多，而力矩不大，这几 种因素的共同作用必然促进了电压崩溃的发展。电压崩溃在表现出一定的外部特征时， 往往比较迅速，不好控制，因此防患于未然，运行人员能及早地采取有力措施对防止电 压崩溃是十分必要的。 2 4 电压稳定性分析方法介绍 变化过程缓慢的电压失稳通常作为静态问题来分析，主要的研究手段是潮流仿真。 主要仿真电力系统在元件开断后或负荷增长过程中各运行点的变化过程。除计算电力系 统扰动后的潮流之外，还广泛应用两类基于潮流的分析方法：p v 曲线法和v q 曲线法。 这两类方法用于确定和电压稳定性有关的系统静态负荷极限。应用常规潮流计算程序可 近似分析电压稳定性问题。 2 4 1 p v 曲线 p v 分析是种静态电压稳定分析的工具，它通过建立节点电压和一个区域负荷或 传输界面潮流之间的关系曲线，从而指示区域负荷水平或传输界面功率水平导致整个系 统临近电压崩溃的程度。节点电压v 和功率p 的关系如图2 1 所示。图中绝对传输极 限为临界状况时的潮流；相对传输极限是基本工况下区域或传输界面可以安全达到的最 大功率。 v 图2 1p ，曲线示意图 电压崩溃的特征是，随着传输到个区域功率的增加，这个区域的电压分布将变得 越来越低，直至到崩溃点。 p v 曲线对于稳定性概念分析和放射系统研究很有用。该方法也可以用于复杂的耦 合网络，在这种网络中，p 是个区域的总负荷或穿越传输界面传送的功率，v 是关键 7 山东大学硕士学位论文 点或代表性节点的电压。 p v 曲线分析的优点是可以提供整个负荷水平或传输界面潮流范围内系统临近电压 崩溃的指示。它所采用的模型、研究工具盒理论方面的专门知识比较容易为电气工程师 掌握。 p v 曲线分析的缺点是在曲线的“鼻端”或者最大功率点潮流方程式发散的。另一 个缺点是发电量必须随着区域负荷增加逼真地重新安排调度。 2 4 2 v 0 曲线 对于大型电力系统，v q 曲线可通过一系列潮流计算求得。v q 曲线表示关键( 测 试) 母线电压同该母线无功功率之间的关系。假设测试母线装有一台虚拟的同步调相 机，在潮流计算程序中该母线不受无功限制“p v 节点”。潮流是对一系列同步调相机 设定电压进行仿真的，画出调相机的无功输出与预定电压的关系曲线。这些曲线常常叫 做q v 曲线而不是v q 曲线。术语v q 曲线强调电压而不是无功负荷作为独立变量。 q v 曲线强调独立变量是预定无功负荷而不是电压。 v q 曲线具有下列优点： 可以比较深入了解电压稳定特性和无功补偿的要求。计算收敛性好，即使在曲线的 左边的不稳定区域也能收敛；计算速度快，一系列工况可自动地计算，对于小的电压变 化，只有迭代几次就可以收敛；可提供并联无功补偿需求的信息，无功补偿特性可以跌 加在q v 特性上；q v 特性曲线的斜率可以指示电压的“刚性，发电机和s v c 无功功 率曲线可以跌加在q v 曲线图上；从运行点到临界点的无功裕度可以直接得到，因为电 压稳定性和无功功率密切相关，这个裕度可以作为电压稳定性指标和判据。 v q 曲线的缺点： 对于给定运行工况，v q 曲线指示局部补偿的需要，而不是全局最优补偿的要求； 不能获得允许的功率增加量或界面潮流；要对许多节点，每个功率水平和每个事故计算 v q 曲线，计算量大。 8 山东大学硕士学位论文 3 1程序框架 第3 章计算引擎稳定程序 计算引擎程序是用于分析电力系统在稳态下受到各种干扰时的系统动态行为之有力 工具。 程序采用的基本解法是：所有微分方程线性化后用隐式梯形积分法求解；网络方程 可用导纳阵三角分解后迭代求解，也可用牛顿法求解网络方程。 下图是程序总框图，稳定程序分成求解和输出两部分，求解部分生成两个求解文 件，以保存求解过程中所有母线的输出信息和复故障计算信息。输出部分利用求解文 件、潮流库文件及稳定输出文件进行输出。这种结构允许用户运行求解部分并保存求解 文件，然后不用重新求解而能够任意地、有选择地进行输出。 计算引擎稳定程序是与计算引擎潮流程序结合起来运行的，图3 1 为计算引擎程序 总框图，说明了潮流程序与稳定程序间的联系。 3 2 程序功能特点 1 ) 收敛可靠的潮流算法 9 山东大学硕士学位论文 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；先采用p q 分解法进行初始迭代( 最大迭代次数可指定) ，然后再转入牛顿一拉夫逊法求解潮 流。两种算法和迭代最大步数由用户自行选定。 程序中新增加的计算方法称为改进的牛顿拉夫逊算法。 约可以包括直流系统的潮流计算 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。 3 ) 负荷静特性模型 计算引擎潮流程序中原有的负荷模型为恒定功率负荷，现在增加了恒定电流和恒定 阻抗负荷模型，用来模拟电压变化对负荷量的影响。可以考虑匣功率、恒电流和j 随阻抗 负荷模型，及其组合形式。 铆节点电压控制功能 计算引擎潮流程序中，原来有四种特有的电压控制节点：b q 、b g 、b t 、b x ，现 在增加了b f 节点，这些节点的特性如下： b q 一谚节点在q m 逑 晰 1 2 山东大学硕士学位论文 三级控制语句是从属于二级控制语句的，用来进步指定二级控制语句所要求的各 种功能。 需进行功能选择的各级控制语句中，选择项第一行为缺省值，其余为可选择的内 容，通常取缺省值便可满足大多数用户的需要。 3 5潮流数据卡格式 潮流数据卡采用8 0 列固定格式数据文件，主要的数据卡片可分为四类，分别为区 域控制、节点数据、支路数据及节点数据修改卡，潮流数据文件最常用的是b 卡、l 卡、t 卡。 3 5 1 节点数据卡( b 卡) 所有节点( 包括无源节点) 都要填写b 卡。 u日w二c p 目p u v h l i hy r bg nn 眶wol 0 dr b = i “wo m xh “蠊p u p 1cen pqm v r h 地w r l pdr巨唧h n ， rp usd eemm m 3j ：l 。j8 | 扎。，。；，。l !j ，i j j ：,。 ：l6 lj 。l ，j ，j9 l 扎从8 - ，l j 。：。托i j ，j ：r l j ： lilllliiiiliiilii llliiiiliiiiilliiiii lliii i lllilii iililii li l i ll l i il l i il i ii i lililliiiil 图3 3b 卡赘顷潞式图 表3 1b 卡数据格式说明 列格式内容 la 1 卡片类型一b 2 a 2 卡片子型( 1 2 种) ，根据实际情况填写 3a l 修改码 夺缶 a 3 所有者代码。 7 l 1 8 a s , f 4 0节点名称( 7 1 4 ) 和基准电压( k v ) ( 1 5 一1 8 ) l 蚴 a 2 ：1 了点所在的分区名称。 2 1 3 02 f 5 0 以m w 科im v a r 表歹再附匣定负衙。 3 l 0 82 f 4 0 在基准电压下的节点并联导纳负荷： 3 蚴f 4 0 p 赫：屁捌出力( m w ) ； 4 3 1 7f 5 0 p g 刚：实耐泐出力( m w ) ； 删2f 5 o 无功出力值或无功出力最大值； 5 多5 7f 5 o 无功出力最小值q i n j l l ( i v i v a r ) ； 5 & 缶lf 4 3 所安排的电压值或者、，r i 瞰( 标么值) ； 6 2 一6 5f 4 3 所安排的v i i 面值，对于v 。节点此燃度值； 6 彻 a 8 , f 4 0对于b g 和b x 节点有用，填写其所要控制的节点名和基 准电压。要控制的电 压值填在被控节点记录( 5 8 - 6 1 ) 列处。 7 蝴f 3 0 在对远方节点作电压控制时，提供的无功功率百分数。 1 3 山东大学硕士学位论文 1 4 cmcs n mn a l h0ek et m lo zyi n 0 l 厂r ow n u 旧丑w ltn 柚血w 2t tc u r fm l e sd e ；c d l 川ymy cnejr l mc trtr derl 0p a t ekrxob hh 巨r d na m pt 。m，h 。：。扎| j 。j 。：。扎i。 ：| l l 。，。，驯：虬 。l ，8。k liliiiiiliiil llil iii iii l llilil i flliiji i i i i i liifiili i iii iii i i ii ili1i ifiii liifl ifiiil i i i i 表3 2l 卡数据格式说明 列 格式内容 l a l 片类型一l 2a l 空白 3a l 修改码 牛缶a 3 所有权代码 7 l 1 8 a 8 ，f 4 0 节点名l 和基准l 也压( k v ) ( 1 5 1 8 ) 1 9l l 区域联络线测点标记 2 口0 l a 8 ，f 4 0节点名2 利基准电压( k v ) 3 2 a l 并联线路的同路标志，即时l 路号。 3 31 1 分段串联而成的线路的段号。 粥7f 4 0 线路额定电流值，单位安培。 3 8i l 并联线路数目，仅作信息用。 3 9 5 0 2 f 6 5 阻抗标么值：n 3 9 柳，x ( 4 5 5 0 ) 5 1 5 22 f 6 5 线路对地导纳标么值 6 3 - - 6 6 f 4 1线路( 或段) 的嫩( 英里) ，, - j - 不土真。 6 7 7 4a 8 线路说明数据( 字符数字型) ，可不填。 7 孓刁7 a i ，1 2投返日期； 7 蝴 a 1 , 1 2 停运日期，可不填。 3 5 3 变压器数据卡( t 卡) scos， p l “距d 盯ed 丁e uhw met o t lo 却嘲 s l l i f i 酣o u t bcnn 枷k en 姚mlcmf d b g tcetd tr a t e mm pd rb0txgb什it p 2tyty eer0 kk vh兜h r nt 23。魄，圳：1 3 1 4；。9轧，。l 。，。扎。，川。 。乩 ，川：；。i ，。i g o l ：i ，l 。 5；i ，8，| 8 i ii iiliiliiil lli i l l li lii ll i ili liii l iiiliiiiili ii li i i i lilllliiilli i li i i lil ilii l 图3 5t 卡数据格式图 表3 3t 卡数据格式说明 列格式内容 1a l 膏片类型一t 2a l 卡片子型空白：变压器；p ：移相器。 3a l 修改码 牛石a 3 所有者代码 7 0 1 8 a 8 ，f 4 0节点名i ( 7 - 1 4 ) 和基准电压( k v ) ( 1 5 1 8 ) 2 0 0 la 8 i = 4 o 节点名2 ( 2 0 - 2 7 ) 和基准电压( k v ) ( 2 8 - 3 1 ) 3 2 a l 并联f i l 路标志，即同路号。 3 31 1 分段串联而成的线路的段号 粥7f 4 0 变压器额定容量( m v a ) ，供过负荷检测用。 3 81 1 关联变j 乐器组的台数，仅作信刨 。 3 螂2 f 6 5 r 一由铜损引起的等效电阻，x 一漏抗 山东大学硕士学位论文 5 1 5 22 f 6 5 g 一由铁损引起的臀效电导，b 一激磁电纳 6 石7f 5 2 节点1 的i 刊定分接头或者移相器的i 州定移相角 6 刁2f 5 2 能 - d 。i2 的吲定分接头( k v ) ，对移相器此项空白。 7 孓刁7a 1 1 2 1 5 1 运日j l j ，详见l 卡，可不嗔。 7 8 8 0a 1 1 2 停运日期，详见l 卡，可不填。 1 5 山东大学硕士学位论文 第4 章电压稳定校验 4 1 电压稳定校验流程图 图4 1 电压稳定校验流程图 本文使用了两种潮流计算方式，一种是相对成熟的s f d 潮流计算，即使用 i e ss f dc h i e x e 进行计算，得到潮流后的结果s f d o u t t x t 。另一种是计算引擎潮流 计算，即使用p f e x e 进行潮流计算，其输出有两个结果宰p 向和* _ _ s f d o u t t x t ，其中 宰s f d o u t t x t 文件中数据格式和s f d o u t t x t 文件中数据格式基本相同，用于两种潮 流计算对照比较。 不同的潮流计算就有不同的原始数据文件，为了保证数据源的正确性，本文开发了 两个程序：s f d t o b p a 和b p a t o s f d 。其中s f d t o b p a 是将s f d 数据格式转换成计算引 擎的数据格式，而b p a t o s f d 是将计算引擎的数据格式转换成s f d 数据格式。 针对电压稳定计算开发p v o a v e e x e 程序，这个程序调用p f 潮流程序进行电压稳 定计算。具体使用方法是对指定的节点无功或有功加以扰动，以观察所引起的电压的变 化量( 即节点参数扰动法) 。根据有功或者无功和电压变化数据，绘出p v 和q v 曲线 图。以6 3 9 节点数据为例进行相关计算。 4 2电压稳定计算程序p v c u r v e 4 2 1 p v c u r v e 流程图 流程图说明： l 、n a m e 为潮流文件名，不包括后缀d a t 。a p 为有功扰动系数，正为增加，负为 减少。4q 为无功扰动系数，正为增加，负为减少。b u s n a m e 0 、b u s v o l t 口分别为扰动 节点及其基准电压。 1 6 山东大学硕士学位论文 2 、潮流收敛标志s t a t e o ，潮流收敛，继续；否则，潮流不收敛，程序结束。 3 、每次潮流计算后，有功按照n z a p ，无功按照j + 4 q 递增，改写数据文件，重 新计算，直至潮流不收敛。 ( 互至) 图4 2p v r v e 流程图 4 2 2 p v o u r v e 程序介绍 ( 1 ) 主程序 v o i dm a i n ( i n ta r g c , c h a r * 雄加) 耵开配置文件 皿= f o r 脚( 9 v o a w e c f g , t x e ，y ) ； i f ( 1 i dn t n _ l ) r e t u r n ； ) 1 7 山东大学硕士学位论文 1 8 读配置文件信息 f s c a n f ( f l d , ”，& o a t f i l e ) ； f s c a n f ( t l d , f ”，& d e l t p ) ； f s c a n f ( f l d , ”，& d e l d 圆； f i l e 木r p = f o r 脚( 州a v 。o i no ( r ，v - ) ； b o o lf l a g2l r u e ； d 0 蚓) ? s f h ”, & b u s n a m e , & b a s e v o l t ) ； b u s n a m e l i n t m a = b u s n a m e ； b u s v o l t lf n u m = b a s e v 姚 n l n + + ： ) w h i l e ( ! f e o f ( f l d ) ) ； w h i l e ( n a g ) s l e e p ( 5 0 0 ) ； 卜十： 臌原始数据并修改 i 如f 1 ) a p p l y 唧a t f i l e , b t t s n m n e l ，b u s v o l t l ，o ，0 ) ； e l s e a p p l y l y s t ( d a t f i l e , b u s n a m e l ，b t t s v o l t l ，d e l t p , d e i t q ) ； ) s l e e p ( 5 0 0 ) ； 执行潮流计算程序 c h a rc m d 2 0 0 ； s p m t f 【c m d , t p f e x eo 0 8 , d a t f i l e ) ； w m e x e c ( c r n d ，s w h i d e ) - s l e e p ( 8 0 0 ) ； i 蝴后母线电压 f o r ( i n t j = 0 j l 3 e a r o ； a - l o a d f r o m f i l e ( d a t f i l e + d a t ”) ； f o r ( i n t 瑚；i c x s m t ；h s = a - s w i n g s i s u b s l r i n g ( 1 ，1 ) ； i f ( s 一- f b ”1 b a m e = a - s t r i n g s i s u b s t r i n g ( 7 ，8 ) ； n 越n e = n a m e t r i m 0 ； s l = a - s t r i n g s i s u b s t r i n g o5 ，4 ) ； v o l t = s 1 t o d o u b l e 0 ； 矗) “缸产0 齐删m ；i 十+ ) i f ( b u s n a m e i 】一- - - n a m e & & a b s ( b a s e v o l t f l v 0 1 t 即1 ) s l = a s 妇科i 】s u b s l r i n g l 2 1 ，5 ) ； p i j 】一s 1 t o d o u b l e