（电力系统及其自动化专业论文）地区电网安全稳定研究.pdf

摘要 随着负荷的不断增长，地区电网的网架结构也变得越来越复杂化，计算和分析 电网运行的安全性和稳定性具有十分重要的意义。 本论文从地区电网自身的特点出发，分析和总结了地区电网安全稳定计算分析的 方法以及提高地区电网安全稳定水平的一般措施。介绍了安全稳定分析的工作步骤，提 出了地区电网的静态稳定和暂态稳定性分析要点及计算数学模型研究。并就稳定运行问 题方面对地区电网运行方式提出具体要求。在对某地区电网稳定分析中出现的无功电压 问题，将无功优化方法引入到稳定分析中，提出了基于变电站的就地电压校正法和基于 灵敏度分析的电压校正算法，而且运用两种方法解决了在实际计算分析中出现的电压越 限和无功不平衡的问题，同时针对地区电网存在的稳定问题及如何提高电网稳定运行水 平提出相应对策。 关键词：电力系统，电压校正法，潮流计算，稳定分析，安全自动装置 a b s t r a c t w i t ht h e i n c r e a s i n g o ft h el o a d ，r e g i o n a lp o w e rg r i d g e t sm o r ea n dm o r e c o m p l e x s oi t sm e a n i n g f u lt oc a l c u l a t ea n da n a l y z eg r i d ss a f e t ya n ds t a b i l i t yi n t h en e wp o w e rg r i d t h ep a p e ra n a l y z e sa n dc o n c l u d e sm e t h o d so fs a f e t ys t a b i l i t yc a l c u l a t i o n a n a l y s i si nr e g i o n a lp o w e rs y s t e m i n t r o d u c e da n a l y s i ss t e p sa n db r o u g h tu ps t a t i c s t a t es t a b i l i t ya n dt e m p o r a r ys t a t es t a b i l i t ym a i np o i n t s ，m a t h e m a t i cm o d e l t h e r e a r es o m ep r o b l e m si nr e g i o n a lp o w e rs y s t e m ，s u c ha sr e a c t i v ep o w e ru n - b a l a n c e d v o l t a g eb e y o n dl i m i t s t h ep a p e rb r i n g su pc o r r e c t i o nt h e o r yb a s e ds u b s t a t i o na n d s e n s i t i v i t ya n a l y s i s a p p l y i n g t w om e t h o d si n t o p r a c t i c a le l e c t r i c a ln e t w o r k c a l c u l a t i o ni no r d e rt os o l v ev o l t a g ea n dr e a c t i v ep o w e ru n b a l a n c e dp r o b l e m i t p u t sf o r w a r ds o m em e a s u r e st o s o l v ea n de n h a n c es t a b i l i t yl e v e lo fe l e c t r i c a l p o w e rn e t w o r k y u nj i e ( e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f l ih u a n m i n g k e yw o r d s ：p o w e rs y s t e m ，v o l t a g ec o r r e c t i o nt h e o r y ，p o w e rf l o wc a l c u l a t i o n ， s t a b i l i t ya n a l y s i s ，s a f e t ya u t o m a t i cd e v i c e s 声明 y8 6 8 3 1 5 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文地区电网安全稳定研究，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： 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：亟态 日期：尘! f 型 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：亟堕h 弘 导师签名 日期：山晶玉f 弘 华北电力大学硕十学位论文 1 1 课题研究的背景和意义 第一章绪论 电力系统的安全稳定研究一直是传统电力系统运行中所关心的重要课题。电网 一旦发生稳定破坏，除了可能导致电网瓦解的严重后果外，同时也会造成巨大的经 济损失和重大的社会影响。随着高压电网的发展，超高压设备、大容量机组、远方 大容量电厂以及新技术产品等不断引入电力系统，以及因电网扩大及联系紧密带来 的事故影响范围的扩大和短路水平日趋增长等情况的出现，避免电力系统发生因恶 性连锁反应引起的长时间、大面积停电事故，已受到国际国内普遍的高度重视，并 把它列为衡量和审定电力系统安全性的重要标志。因此确保电网的安全稳定运行也 就成为电力系统中至关重要的环节。 随着电网向全国联网方向的发展，并且规模的不断扩大，作为整体和局部的关 系，地区电网的稳定性问题日显重要。一般说来，当电网容量较小。电压等级较低 的情况下，稳定问题并不突出。地区电网作为省级电网的下一级系统，一般具有电 压等级较低，接入地区电网的电厂容量较小，输电距离短等特点，因此地区电网在 网络结构上并不具备稳定矛盾突出的特征。但是，对于某些大型地区电网，由于接 入系统的电厂容量较大，局部负荷重要程度高，一旦发生稳定破坏事故，后果也将 十分严重，甚至波及整个系统，导致系统稳定破坏，造成大面积停电。 地区电网与负荷联系更加紧密，如果地区电网的电压质量较差，不能保证用户 端电压水平的合格，将直接影响到工业企业的生产和人民的生活。地区电网无功的 合理优化能保证全网的安全电压水平，即把各电压母线控制在合格范围内，同时还 能减少有功网损，提高了地区电网安全稳定水平和运行可靠性。 为了保证地区电网的安全稳定运行，必须要求一次系统建立合理的电网结构、 配备完善的电力设施、安排合理的运行方式，二次系统应配备性能完善的继电保护 系统和适当的安全稳定控制措施，组成一个完备的防御系统，并能通过电网无功优 化实现分层分区平衡，保证电压运行合格，企业生产和人民生活都能用上高质量的 电。因此，开展地区电网安全稳定方面的课题研究具有十分重要的意义。 1 2 电力系统稳定性分类 一直以来，电力系统稳定性有多种的定义和分类方法。我国早期将电力系统稳 定性分为静态稳定和动态稳定两种。8 0 年代后，电力系统安全稳定导则规定电 力系统稳定性是指电力系统受到事故扰动后保持稳定运行的能力。电力系统稳定按 1 华北电力大学硕士学位论文 干扰的大小和干扰影响的时间长短分为静态稳定、暂态稳定和动态稳定三类： ( 1 ) 静态稳定是指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性失步，自动恢复 到初始运行状态的能力； ( 2 ) 暂念稳定是指电力系统受到大扰动后，各同步电机保持同步运行并过渡 到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力，通常指保持第一或第二个振荡周期不失 步的功角稳定； ( 3 ) 动态稳定是指电力系统受到小的或大的干扰后，在自动调节和控制装景 的作用下，保持长过程的运行稳定性的能力。动态稳定的过程可能持续数十秒至几 分钟。后者包括锅炉，带负荷调节变压器分接头，负荷自动恢复等更长响应时间的 动力系统的调整，又称为长过程动态稳定性。电压失稳问题有时与长过程动态有关。 与快速励磁系统有关的负阻尼或弱阻尼低频增幅振荡可能出现在正常工况下，系统 受到小扰动后的动态过程中，称之为小扰动动态稳定，或系统受到大扰动后的动态 过程中，一般可持续发展1 0 2 0 s 后，进一步导致保护动作，使其它元件跳闸，问 题进一步恶化。 而如果按决定稳定的物理因素来区分，电力系统稳定性又可分为：同步( 功角) 稳定性、频率稳定性、电压稳定性，也有把次同步谐振称为机械与电气联合系统的 稳定性等。 1 2 1 同步( 功角) 稳定性 功角稳定通常分为小干扰静态稳定和大干扰暂态稳定两类。 静态功角稳定是指电力系统受到小的扰动，功角摆动偏离又自动恢复到初始 运行状态的能力。静态功角稳定性与扰动的大小、频率、系统中各发电机组的阻尼 等因素有关。 暂态功角稳定性是指电力系统在大扰动后，各个同步点能否继续保持同步运 行的能力，通常所考虑的扰动包括发生各种短路故障、切除大容量发电机或输电设 备以及某些负荷的突然变化等。电力系统承受大扰动，在扰动过渡过程结束后，系 统能恢复扰动前状态或一个可接受的新状态，则称此系统在大扰动下是稳定的。即 大扰动后电力系统中各发电机组对功角在第一摆和随后几摆仍然保持同步运行。 1 2 2 电压稳定性 关于电压稳定性的定义至今还存在分歧，i e e e ( i n s t i t u t eo fe l e c t r i c a la n d e l e c t r o n i c se n g i n e e r s ，电气与电子工程师协会) 动态委员会在1 9 9 0 年的报告中定义 为“电压稳定性是指系统维持电压的能力，当负荷导纳增大时，负荷功率也随之增 大，并且功率和电压都是能控的。”所谓电压崩溃，是指由于电压不稳定所导致的 华北电力大学硕士学位论文 系统内大面积、大幅度的电压下降过程( 电压也可能是由于“角度不稳定”而崩溃 的，最初的起因往往仅在事故后的细心分析中才能发现) 。而c i g r e ( 国际大电网 会议) 于1 9 9 3 年把电压稳定性分为静态电压稳定性和动态电压稳定性，又进一步 将电压稳定性分为小扰动电压稳定性、暂态电压稳定性和动态电压稳定性。c i g r e 一方面将电压稳定定义为扰动平衡后的负荷电压接近于扰动前的电压值，将电压不 稳定定义为扰动后没有平衡点的情况，而将电压崩溃定义为扰动后有平衡点，但电 压值过低的情况；另一方面却又认为电压不稳定性和电压崩溃两个术语可以互换。 此外，还有另一常用术语：电压安全性，它不仅是指一个系统稳定运行的能力，也 指在出现任何适当而又可信的预想事故或有害的系统变更后，系统维持电压稳定的 能力【2 】d 在2 0 0 1 年的电力系统安全稳定导则中，电压稳定的定义为：电压稳定是 指电力系统受n d , 的或大的扰动后，系统电压能够保持或恢复到允许的范围内，不 发生电压崩溃的能力。 当出现扰动、负荷增大或系统变更使电压急剧下降或向下漂移，并且运行人员 和自动系统的控制已无法终止这种电压衰落时，系统就会进入电压不稳定状态，这 种电压的衰落可能只需几秒钟，也可能长达1 0 到2 0 分钟，甚至更长。如果电压不 停地衰落下去，静态的角度不稳定性或电压崩溃就会发生。造成电压失稳的因素有 很多，具体地说，发电机的无功限制、有载变压器抽头的离散调节及限制、并联电 容器或电抗器的投切容量限制、输电线路等离散时间都可能会引起系统发生电压失 稳f 3 】 ”。 无功功率的分层分区供需平衡是电压稳定的基础。电压失稳可表现在静态小 扰动失稳、暂态大扰动失稳及大扰动动态失稳或长过程失稳。电压失稳可以发生在 正常工况、电压基本正常的情况下，也可能发生在正常工况、母线电压己明显降低 的情况下，也可能发生在受扰动以后。 现在普遍被接受的观点是电力系统中静态电压水平主要由无功功率平衡条件 决定，许多文献把电压崩溃归结为由于系统不能满足无功需求的增加。电力系统中 母线电压水平是不同的，由于无功功率电源除发电机外，还有分散安装在系统各变 电所中的电容器、调相机和静止无功补偿器等，无功不适宜距离输送，必须就地平 衡，无功电压调整必须分散进行，调压手段也是多种多样。 2 0 多年来，国际上许多发达国家中发生了多起电压崩溃事故酬6 1 ： 1 9 7 8 年1 2 月1 9 日法国电网的电压崩溃事故导致停电负荷达2 9 0 0 0 m w ，占当 时电网总负荷的7 5 ，停电4 7 小时；1 9 8 3 年1 2 月2 7 日瑞典电网发生电压失稳 事故，瑞典南部停电，占当时负荷的6 7 ；1 9 8 7 年7 月2 3 日东京电网电压失稳造 成停电事故，损失负荷8 1 8 6 m w ，停电达3 小时2 1 分：1 9 9 6 年7 月2 同、1 9 9 6 年 8 月l o 同两次美国西部大面积停电事故；而2 0 0 2 年8 月1 4 日1 5 ：0 6 开始发生的 3 华北电力大学硕士学位论文 美加大停电，是有史以来所发生的最大停电事故，此次事故所呈现出的也是一种快 速电压崩溃现象，停电时间达到了1 7 个多小时，共计损失负荷6 7 8 0 g w 。我国尽 管没有大的恶性电压崩溃事故，但因电压失稳导致局部停电的事故时有发生：1 9 7 2 年7 月2 7 日湖北电网武汉和黄石地区电压崩溃，使受端系统全部瓦解；1 9 7 3 年7 月1 2 同东北电网大连地区全部停电；北京地区1 9 9 6 年1 月1 9 日的大停电事故等 等。 虽然电压崩溃事故发生的几率较小，但是其后果的严重性足以引起人们的广 泛重视，特别是美加大停电的发生，美国总统已将电网的安全运行提高到国家安全 的高度，电压稳定问题成为各国电力界普遍关注和研究的热门课题之一。 研究认为，电压崩溃日趋严重的主要原因有以下几点j ： ( 1 ) 由于经济上及其它方面( 如环保) 的考虑，发、输电设备使用的强度日 益接近其极限值； ( 2 ) 并联电容无功补偿大量增加，因而当电压下降时，向电网提供的无功功 率按电压平方下降： ( 3 ) 线路或设备的投切，引起电压失稳的可能性往往比功角稳定研究所考虑 的三相短路情况要大得多，然而人们长期以来只注意功角稳定研究。 目前从电压稳定问题研究的内容来看主要分两方面：一是包括电压稳定机理 及电压稳定问题建模的研究；二是包括电压稳定指标及电压崩溃预防措施的研究【7 】。 而目前能够有效改善电压稳定问题的技术包括【2 1 ： ( 1 ) 必须投入运行的发电机：在偶然事故期间或当新线路( 或变压器) 被推 迟投入的时候，应运行不经济的发电机以改变潮流或提供电压支持； ( 2 ) 串联电容器：有效减小线路电抗，降低净无功网损； ( 3 ) 并联电容器：虽然并联电容器的过分使用可能是电压不稳定问题的部分 原因，但是有时附加的电容器也能解决电压不稳定问题，因为此时可以在发电机中 预留出“旋转无功储备”； ( 4 ) 静止无功补偿器( s v c ) ：s v c 与同步补偿机搭配使用对控制电压和防 止电压崩溃是有效的，但必须认识到它有很确定的极限。当一个超过了规划准则的 扰动使s v c 达到顶值时，系统中的电压崩溃会与s v c 有很大的关系； ( 5 ) 在较高电压水平下运行：可能并不增大无功储备，但却减少了无功需求。 因为它使发电机运行在远离无功极限的地方，因此帮助运行人员裕留了对电压的控 制； ( 6 ) 低电压甩负荷：即使负荷减少不多，哪怕5 一1 0 也可能避免崩溃； ( 7 ) 低功率因数发电机：在新增的发电很靠近无功短缺地区或靠近偶尔需要 大的无功储备的地区的情况下，采用功率因数为0 8 5 或0 8 的发电机为宜。 ( 8 ) 利用发电机的无功过负荷能力：发电机和励磁机过负荷的能力可被用来 4 华北电力大学硕士学位论文 推迟电压崩溃。 1 2 3 频率稳定性 电力系统频率( f r e q u e n c y ) 反应了系统中有功功率的供需平衡情况，不仅是 电力系统中电能质量的重要指标，也是影响电力系统安全稳定运行的重要因素。因 此频率的稳定性是现代电力系统联合运行的基础。根据我国原电力工业部1 9 8 0 年8 月颁发的动力系统调度管理规程3 5 条规定：“系统频率标准是5 0 h z ，频率偏差 不得超过0 5 h z ，容量大的系统及有条件的应努力使频率偏差不超过0 2 h z ，禁 止升高或降低频率运行【8 】。”在电网正常运行情况下，电网各点都基本处于同一运行 频率下。当电力系统中有功功率的总供给，及各发电厂中有功出力满足了全网电力 负荷的总需求，并能随负荷变化及时调整时，电网的运行频率将保持为额定值。如 果电力系统的有功功率供大于求，发电机的附和电磁力矩小于机械输入力矩，转速 将变快而使频率增大，电网的运行频率将高于额定值；反之，则低于额定值。 由于用户使用的电动机转速与系统频率有关，因此频率的变化将引起电动机 转速的变化，从而使纺织、造纸等工业出现残次品。系统频率的不稳定将会影响电 子设备的工作，雷达、电子计算机等重要设施将因频率过低而无法运行。受频率不 稳定影响最大的，当首推发电厂本身。低频率运行将增加汽轮机叶片所受的应力， 引起叶片的共振，缩短叶片的寿命，甚至使叶片断裂。同时，当供电频率下降时， 风机和水泵所能供应的风量和水量将迅速减少，影响锅炉的正常运行，从而使发电 机输出的电功率减少，更加剧了供需问的不平衡，进一步促使频率下降，终至造成 发电厂全停。对于核能电厂，它的反应堆冷却介质泵堆供电频率有严格要求，如果 不能满足，这些泵将自动断开，使反应堆停止运行。 常见的频率异常是频率降低。频率降低时，系统中的无功功率负荷将增大， 而无功功率负荷的增大又将促使系统电压水平下降。系统和各大机组过度的异常频 率和受端节点的过度低电压过程存在于受扰动后的系统暂态和动态全过程，使得系 统的同步稳定性、电压稳定性和频率稳定性具有极强的“相辅相承”、不可分割的 特点，电力系统中曾发生过很多由于频率异常降低而扩大事故甚至系统崩溃的事 故。 为保证电力系统频率运行在额定值，通常采用两类控制措施。一类是正常运行 时的自动频率控制( a u t o m a t i o nf r e q u e n c yc o n t r o l ，a f c ) ，或称为自动发电控制 ( a u t o m a t i o n g e n e r a t i o n c o n t r o l ，a g c ) ，其任务是在负荷缓慢变化时，调节发电机 组输出功率，保持频率的恒定，保持系统中联络线的功率在规定范围内。现代电力 系统调频的主要任务，不只是维持系统频率在给定水平，同时还要考虑按最经济原 则分配机组出力( e c o n o m i c a ld i s p a t c h i n gc o n t r o l ，e d c ) 和保持电钟的准确性。另 5 华北电力大学硕士学位论文 一类是紧急状态下的频率控制，其任务是在系统中有功功率出现大扰动，频率出现 大偏差时，尽快恢复至正常值，以保证电力系统的安全。 1 3 论文工作介绍 本论文从地区电网自身的特点出发，分析和总结了地区电网安全稳定计算分析 的方法以及提高地区电网安全稳定水平的一般措施。介绍了安全稳定分析的工作步 骤，提出了地区电网的静态稳定和暂态稳定性分析要点及计算数学模型研究。针对 地区电网存在的稳定问题及如何提高电网稳定运行水平提出相应对策。并就稳定运 行问题方面对地区电网运行方式提出具体要求。基于地区电网与大型输电网的不同 之处，对于地区电网稳定分析中出现的无功电压问题，将无功优化方法引入到稳定 分析中，提出了基于变电站的就地电压校正法和基于灵敏度分析的电压校正算法， 并且以i e e e 一3 0 节点系统为算例验证了方法的正确性。最后在具体某地区电网的安 全稳定计算分析中，不仅对电网做了全面的分析，提出了改进和提高地区电网安全 稳定水平的措施，而且运用两种方法解决了在计算分析中出现的电压越限和无功不 平衡的问题。 华北电力大学硕士学位论文 第二章地区电网安全稳定计算分析的方法 2 + 1 电力系统安全稳定计算分析的内容 电力系统安全稳定计算分析的任务是确定电力系统的静态稳定、暂态稳定和动 态稳定水平，分析和研究提高安全稳定的措旅，以及研究非同步运行后的再同步及 事故后的恢复策略【9 1 。进行电力系统安全稳定计算分析时，应针对具体校验对象( 线 路、母线等) ，选择下列三种运行方式中对安全稳定最不利的情况进行安全稳定校 验【1 0 】： ( 1 ) 正常运行方式：包括计划检修方式和按照负荷曲线以及季节变化出现的 水电大发、火电大发、最大或最小负荷、最小开机和抽水蓄能运行工况等可能出现 的运行方式； ( 2 ) 事故后运行方式：电力系统事故消除后，在恢复到正常运行方式前所出 现的短期稳态运行方式。 ( 3 ) 特殊运行方式：主干线路、重要联络变压器等设备检修及其它对系统安 全稳定运行影响较为严重的方式。 2 1 1 潮流计算 潮流计算是根据给定的电网结构，参数和发电机，负荷等元件的运行条件，确 定电力系统各部分稳定运行状态参数的计算，是电力系统分析中的一项最基本的分 析计算。 潮流计算的基本思路是：作出地区电网的等值电路，用节点电压法或回路电流 法形成一组方程式组，求解这组方程式。 潮流计算中，表征各节点运行状态的参数是该点电压向量及复功率，即ko 、 p 、职一般给出两个运行参数为己知，求解另外两个量。 做地区电网潮流计算时，要考虑地区电网的特点： 1 与主网相比，地区电网作为省级电网的下一级系统，一般都是从最高一级变 电站引出的呈辐射状的网络，电压等级在2 2 0 k v 或1 l o k v 及以下，网架结构比较复杂， 在网络运行方式改变时可能短暂出现环网结构或双电源运行情况。 2 地区电网属于高、中压配电网络，分支比较多，线径较主网细，因此，r x 较大。在某些时候，线路的充电电容忽略。 3 网络的p q 节点多，p v 节点较少等等。 4 从电网安全运行的角度来看，所关心的不是功率不平衡所导致的稳定问题， 华北电力大学硕士学位论文 而是线路过载和电压越限的问题，前者出现的问题需要借助其他方法来解决。 2 12 静态安全分析 电力系统静态安全分析指应用n 1 原则，逐个无故障断开线路、发电机、变 压器等元件，检查其他元件是否因此过负荷和电网低电压，用以检验电网结构强度 和运行方式是否满足安全运行要求】。 n 1 原则用于电力系统静态安全分析( 单一元件无故障断开) ，或动态安全分 析( 单一元件故障后断开的电力系统稳定性分析) 。 当发电厂仅有回送出线路时，送出线路故障可能导致失去一台以上发电机 组，此种情况也按n 1 原则考虑。 本论文在第四章的算例里，在两种正常运行方式的基础上，对地区电网进行静 态安全分析，按照n 一1 原则，逐个断开无故障线路、变压器等元件，检查其他元件 是否因此过负荷和电网电压越限，用以检验电网结构强度是否满足安全运行要求。 2 1 3 静态稳定计算分析 电力系统静态稳定是指在某一运行方式下，电力系统受到小干扰后，不发生 非周期性失步，自动恢复到起始运行状态的能力1 2 】。电力系统静态稳定计算分析的 目的是应用相应的判据确定电力系统的稳定性和输电线的输送功率极限，检验在给 定方式下的稳定储备。 对于大电源送出线，跨大区或省网间联络线，网络中的薄弱断面等需要进行 静态稳定分析。 静态稳定判据为1 3 j ： d p d6 q 或 d q d v c c 1 = c 。 若c e c g 。 最大) ，根据求出。 为防止校正v k 时引起其它母线电压越限，令 吆一k 等 厨负荷节点 经过的调整，变为 “= k 一邑。k 。 对其它负荷节点也要作同样的修正。这时将吐在剩余的发电机分配 华北电力大学硕士学位论文 飞= i ：燕t 用同样的方法求出a v 。，依次类推，直到求出a v g 。 如果式不满足，或经过上述调整后电压仍越限，则应投切并联补偿装置，最后 考虑是否改变有载调压变压器的分接头。其求取过程类似于发电机的电压调节过 程：按有效系数的比例分摊调节量、节点电压的校验和更新。 3 3 电压校正 如果电压越限的母线都是同一变电站内的母线，而且越限变电站之间电气联系 较弱，则可以采用基于变电站的就地电压校正算法；否则就采用基于灵敏度分析的 电压校正方法。 3 4 算例分析 3 4 1 引言 论文所提出的算法以i e e e 3 0 节点系统作为实验系统，目的是为了验证电压校 正法和灵敏度校正法，为后面实际电网的安全稳定分析提供基础依据。变压器可调 变比的步长为各变压器每档档位，电容器容量的步长为0 1 p ”，节点电压增长的步长 为o 0 0 1p “。 幽3 7i e e e 3 0 节点系统算例分析 兰! ! 皇垄盔兰堡主堂堡堡苎 3 4 2ie e e 3 0 节点系统算例分析 为发电机节点系统的网络结线图如图3 7 所示：节点l 、2 、5 、8 、1 1 、1 3 为 发电机节点；其中节点1 为平衡节点，节点2 、5 、8 、i i 、1 3 作为p v 节点。支路9 6 、1 0 6 、1 2 4 、2 8 2 7 为变压器支路，其变比可调。另外，该系统还有2 1 个 负荷节点，其中节点4 、1 7 、1 8 、2 3 、2 7 为无功补偿节点。系统线路数据如表3 4 ， 变压器初始变比如表3 5 ，控制变量约束如表3 6 ，状态变量约束如表3 7 ，系 统运行状态1 如表3 8 、系统运行初始状态2 如表3 9 。 表3 4i e e e 3 0 节点系统支路数据( 标幺值) 首节点末节点电阻 电抗 充电电容电纳 120 0 1 9 20 0 5 7 50 0 2 6 4 130 0 4 5 20 1 8 5 20 0 2 0 4 240 0 5 7 00 1 7 3 70 0 1 8 4 340 0 1 3 20 0 3 7 90 ，0 0 4 2 250 0 4 7 20 1 9 8 3 0 0 2 0 9 260 0 5 8 1 0 1 7 6 30 0 1 8 7 460 0 1 1 90 0 4 1 40 0 0 4 5 570 0 4 6 00 1 1 6 00 0 1 0 2 6 7 0 0 2 6 7 0 0 8 2 00 0 0 8 5 68o 0 1 2 00 0 4 2 00 0 0 4 5 690 0 0 0 00 2 0 8 00 0 0 0 0 61 00 0 0 0 00 5 5 6 00 0 0 0 0 91 10 0 0 0 00 2 0 8 00 0 0 0 0 91 00 0 0 0 0o 1 i 0 00 0 0 0 0 41 20 0 0 0 00 2 5 6 00 0 0 0 0 1 21 30 0 0 0 00 1 4 0 00 0 0 0 0 1 2 1 4 0 1 2 3 1 o 2 5 5 90 0 0 0 0 1 21 50 0 6 6 20 1 3 0 4 00 0 0 0 1 21 60 0 9 4 50 1 9 8 70 0 0 0 0 1 41 50 2 2 1 00 1 9 9 70 0 0 0 0 1 61 70 0 8 2 40 1 9 3 20 0 0 0 0 1 51 8o 1 0 7 0o 2 1 8 50 0 0 0 0 1 8 1 9 0 0 6 3 9 o i 2 9 20 0 0 0 0 1 92 00 0 3 4 00 0 6 8 0 00 0 0 0 1 02 00 0 9 3 60 0 8 4 50 o o o o 1 01 70 0 3 2 40 0 8 4 50 0 0 0 0 1 02 l0 0 3 4 8o 0 7 4 90 0 0 0 0 1 02 20 0 7 2 70 1 4 9 90 0 0 0 0 2 12 20 0 1 1 60 0 2 3 60 0 0 0 0 1 52 30 1 0 0 00 2 0 2 00 0 0 0 0 2 22 40 1 1 5 00 1 7 9 00 0 0 0 0 2 32 40 1 3 2 00 。2 7 0 00 0 0 0 0 2 52 60 2 5 5 40 。3 8 0 00 0 0 0 0 华北电力大学硕士学位论文 2 42 5 0 1 8 8 50 3 2 9 20 0 0 0 0 2 52 7 o 1 0 9 30 2 0 8 70 0 0 0 0 2 82 70 0 0 0 00 3 9 6 0 0 0 0 0 0 2 72 9o 2 1 9 80 ，4 1 5 3o o o 2 73 00 3 2 0 30 6 0 2 70 0 0 0 0 8 2 80 0 6 3 60 2 0 0 0o 0 2 1 4 62 80 0 1 6 90 0 5 9 90 0 0 6 5 表3 5 变压器初始变比 变压器 t 9 6 t 1 0 6 t 1 2 4t 2 8 屯7 变比 1 01 01 01 0 表3 6 控制变量约束条件 变压器 发电机无功补偿容量( m v a i i ) 节点电压c 1 7c 1 8c 2 3c 2 7 上限 11 01 1 05 05 5 5 55 5 下限 0 9 01 0 00o00 l 离散点 1 8 l2 5 1 0 0 51 1 x 05l l 0 5 1 l 0 5 表3 7 状态变量约束条件 节点电压( 除发变压器高雎侧发电机无功力( m v a r ) 电机外)功率因数 口g 2q g 5 0 c , 8 q c , i i。g 1 3 i 上限1 0 51 0- 2 0 0- 1 5 01 5 0一1 0 01 5 o 下限 o 9 50 9 56 0 06 2 55 0 04 0 04 5 0 表3 8 系统初始运行状态1 ( 标幺值，s b = 1 0 0 ) 节点号电压相角有功出力无功出力有功负荷无功负荷 1 l0 0 0 000 0 0 0 1 3 9 8 8 40 3 6 20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 21 0 0 0 00 0 5 8 20 5 7 5 60 2 1 5 702 1 7 00 1 2 7 0 30 9 8 9 5 0 0 9 1 70 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 4 000 1 2 0 41 0 6 5 70 1 90 0 0 0 00 0 0 0 0o 0 7 6 0o 0 1 6 0 51 0 0 0 00 1 8 1 40 2 4 5 60 5 1 1 10 9 4 2 00 1 9 0 0 60 9 8 8 50 1 2 7 70 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0 70 9 8 5 201 5 9 20 0 0 0 00 0 0 0 00 2 2 8 00 1 0 9 0 8l _ 0 0 0 0 0 1 3 0 70 3 5 0 0 0 6 0 5 5 0 3 0 0 0 0 3 0 0 0 90 9 7 3 60 1 5 8 40 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0 1 0 0 9 5 3 0 0 1 9 6 50 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 8 0 0 0 2 0 0 1 l1 0 0 0 00 1 2 0 10 ，1 7 9 30 1 3 0 60 0 0 0 00 0 0 0 0 1 20 9 7 2 70 1 8 3 80 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 3 2 0 00 0 9 0 1 31 0 0 0 0- 0 1 5 9 50 1 6 9 1o 1 9 6 90 0 0 0 00 0 0 0 0 1 40 9 5 5 50 2 0 2 l 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 2 0 0 0 1 6 0 1 509 5 5 50 2 0 3 50 0 0 0 00 0 0 0 00 0 8 2 00 0 2 5 0 1 609 5 6 5- 0 1 9 4 80 0 0 0 00 0 0 0 00 0 3 5 0 0 0 1 8 0 1 70 9 8 2 70 2 0 0 40 0 0 0 00 0 0 0 00 0 9 0 00 0 5 8 0 1 80 9 8 2 70 2 1 5 60 0 0 0 00 0 0 0 00 0 3 2 00 0 0 9 0 1 90 9 7 2 70 2 1 8 80 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 9 5 00 0 3 4 0 2 00 9 6 5 7一o 2 1 4 40 0 0 0 00 0 0 0 00 0 2 2 00 0 0 7 0 2 109 8 9 40 2 0 6 10 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 8 7 0 00 6 7 0 2 2 1 0 0 9 0 0 2 0 5 80 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 000 0 0 0 2 30 9 6 6 9一o 2 1 1 20 0 0 0 00 0 0 0 00 0 3 2 00 0 1 6 0 兰! ! 皇垄奎兰堡主堂壁丝苎 2 4 l0 2 3 00 2 1 4 40 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 8 7 000 6 7 0 2 50 9 8 9 6 02 1 5 60 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0 00 0 0 0 2 60 9 6 0 002 2 4 20 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 3 5 00 0 2 3 0 2 70 9 1 5 7 0 2 1 0 7o 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 2 80 9 8 5 50 1 3 5 800 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 000 0 0 0 2 90 9 9 8 7 0 2 3 5 70 0 0 0 00 0 0 0 00 0 2 4 0 0 0 0 9 0 3 00 9 8 6 202 5 3 70 0 0 0 00 0 0 0 0 0 1 0 6 00 0 1 9 0 系统总有功网损：7 9 7 5 86 _ i y 表3 9 系统初始运行状态2 ( 标幺值，s b = 1 0 0 ) 节点号电压相角有功出力无功出力有功负荷无功负荷 11 0 0 0 00 0 0 0 0l _ 3 9 8 8 40 3 6 2 0 0 0 0 00 0 0 0 0 21 0 0 0 00 0 5 8 20 5 7 5 60 2 1 5 70 2 1 7 00 1 2 7 0 30 9 8 9 50 0 9 1 70 0 0 0 00 0 0 0 00 0 2 4 000 1 2 0 4o 9 8 6 40 1 0 9 90 0 0 0 00 0 0 0 00 0 7 6 00 0 1 6 0 51 0 0 0 00 1 8 1 40 2 4 5 6o 5 1 1 l 0 9 4 2 00 1 9 0 0 60 9 3 3 00 1 2 7 70 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0 70 9 8 5 20 1 5 9 20 0 0 0 00 0 0 0 00 2 2 8 00 ，1 0 9 0 81 0 0 0 00 1 3 0 70 3 5 0 00 6 0 5 50 3 0 0 00 3 0 0 0 90 9 3 3 60 1 5 8 40 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0 1 00 9 5 3 001 9 6 50 0 0 0 0o 0 0 0 00 0 5 8 00 0 2 0 0 l l1 0 0 0 00 1 2 0 l0 1 7 9 30 1 = | 3 0 60 0 0 0 00 0 0 0 0 1 20 9 7 2 70 1 8 3 80 0 0 0 00 0 0 0 00 1 1 2 00 0 7 5 0 1 31 0 0 0 00 1 5 9 50 1 6 9 10 1 9 6 90 0 0 0 00 0 0 0 0 1 40 9 5 5 50 2 0 2 10 0 0 0 00 0 0 0 000 6 2 000 1 6 0 1 50 9 6 9 60 2 0 3 50 0 0 0 00 0 0 0 00 0 8 2 00 0 2 5 0 1 60 9 5 6 501 9 4 80 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 5 00 0 1 8 0 1 71 0 0 3 10 2 0 0 40 0 0 0 00 0 0 0 00 0 9 0 00 0 5 8 0 1 81 0 1 3 40 2 1 5 60 0 0 0 00 0 0 0 00 0 3 2 00 0 0 9 0 1 90 9 7 3 70 2 1 8 80 0 0 0 00 0 0 0 00 0 9 5 00 0 3 4 0 2 0o 9 9 7 70 2 1 4 40 0 0 0 00 0 0 0 00 0 2 2 000 0 7 0 2 l0 9 8 9 40 2 0 6 1 0 0 0 0 00 0 0 0 00 1 7 5 001 1 2 0 2 20 9 7 0 00 2 0 5 80 ，0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0 2 31 0 0 9 10 2 1 1 20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 2 0o 0 1 6 0 2 40 ，9 8 7 30 2 1 “0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 8 7 00 0 6 7 0 2 50 9 9 5 60 2 1 5 60 0 0 0 00 0 0 0 000 0 0 00 0 0 0 0 2 60 9 9 9 3 0 2 2 4 2o 0 0 0 00 0 0 0 00 0 3 5 00 0 2 3 0 2 70 9 1 5 8- 0 2 1 0 7o 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0o 0 0 0 0 2 80 9 8 5 50 1 3 5 8 0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0 2 90 9 2 7 80 2 3 5 70 0 0 0 00 0 0 0 00 0 2 4 00 0 0 9 0 3 00 9 5 6 20 2 5 3 70 0 0 0 00 0 0 0 00 1 0 6 0 0 0 1 9 0 系统总有功网损：8 4 4 4 1 d w 1 采用基于变电站的就地电压校正算法 对于系统运行状态l ，从表3 8 ，可以看出，这时节点4 和节点2 7 越限，从 图可知，这两节点联系较弱，且两节点都为变电站低压侧母线，故可采用基于变电 站的电压校正算法。节点1 2 4 之间变压器进线功率因数为0 9 9 8 0 ，节点2 8 2 7 之间变压器进线功率因数为0 9 4 3 2 。节点1 2 4 之间的变压器属于丙类变压器，节 点2 8 2 7 之间的变压器属于甲类变压器，根据校正判据，节点1 2 4 之间变压器 降档，节点2 7 投5 组电容器。 经过潮流计算可得校正后的系统状态如表3 1 0 。 ：3 0 华北电力大学硕士学位论文 表3 一l o 基于变电站的电压校正后系统的运行状态 节点号电压相角有功出力无功出力有功负荷无功负荷 ll _ 0 0 1 20 ，0 0 0 01 3 9 8 8 4- 0 3 6 20 0 0 0 00 0 0 0 0 2 1 0 0 0 30 0 9 7 2 0 5 7 5 6 0 2 1 5 70 2 1 7 00 1 2 7 0 30 9 8 9 60 1 3 2 700 0 0 00 0 0 0 00 0 2 4 00 0 1 2 0 409 7 5 60 1 2 5 90 0 0 0 0 0 0 0 0 00 ，0 7 6 00 0 1 6 0 51 0 0 5 0- 0 1 9 6 50 2 4 5 6o 5 1 1 10 9 4 2 00 1 9 0 0 60 9 8 8 00 1 2 1