电网潮流计算与仿真

精品文档 1欢迎下载 电网潮流计算与仿真 摘要 目前国内电网系统多采用闭环设计 开环运 行的供电方式 在倒负荷和检修时 通过合 解环操作可 以减少停电时间 提高供电可靠性 但由此引起的合环电 流可能使馈线开关保护误动 造成停电 因此合环潮流计 算需要很高的准确性 以达到提高供电可靠性和配网安全 运行的目的 同时 阐述引进德国西门子公司 NETOMAC 仿 真软件后开展的一系列对某电网电力系统先进技术的科研 项目 重点介绍了具有代表性的先进项目研究 例如 Y H500kV 线路可控串补方案研究 关键词 电网 潮流计算 仿真 一 新型合环潮流计算 一 利用叠加原理分解合环配电网络 由于前推回代法只适用于辐射型网络 因此对于合环 后的环网 利用叠加原理对前推回代法进行改进 在合环 点处将环网打开 对合环开关两侧负荷功率进行修正 如 图 1 所示 精品文档 2欢迎下载 图 1 配电网络合环模型 图 1 a 中 a b 为待闭合合环开关的两侧节点 合环 前所带负荷分别为 SLa SLb 图 1 b 为合环后示意图 合环开关闭合后由 a b 两侧节点电压差所产生的环网功率 Sc 相应的电流为 Ic 若合环前 Ua Ub 为模拟合环时的 状态在节点 a 添加一个电流源 方向为流出 在节点 b 添 加一电流源 方向为流入 大小均为 Ic 图 1 c 为合环 后等值网络 将环网功率 Sc 分别转移到负荷点 a b 上 即 a 节点负荷为 SLa Sc b 节点负荷为 SLb Sc 若合环前 Ua0 时 则在下一次迭代对 l 增加步长 l 当 Uer 0 时 则在下一次迭代时对 l 减小步长 l 当迭代过程中 Uer 的值来回震荡时 可以根据变步长 系数 pr 将步长 l 缩小 即 l lpr 继续进行迭代 便可求出 l 的值 进而可以求出 Zeq 三 配电网合环潮流计算步骤 配电网合环潮流计算分两阶段迭代 第一阶段迭代计 算纯辐射型网络潮流和 a b 值 第二阶段迭代以环路功率 为变量叠加修正 按以上公式修正合环开关两侧节点负荷 精品文档 4欢迎下载 功率 第 m 1 次迭代过程如下 初始化 SLa 0 SLb 0 分别为合环开关两侧节点负 荷 I m c 为合环稳态电流的共扼值 式为迭代终止判据 即在 m 1 次迭代时 合环开关两侧节点的电压差小于给定 的收敛指标 阶段一 1 读入网络参数 建立节点链接表 2 通过迭代法求得上级电网的等值阻抗 Zeq 通过 拓扑分析从合环点向上搜索 将合环支路的阻抗与上级电 网的等值阻抗 Zeq 相加而得合环环路的总阻抗 3 通过前推回代计算纯辐射网络潮流 按式 11 计算断开合环点处开口电压 4 求得合环稳态环流 阶段二 1 修正合环开关两侧节点负荷功率 2 检查迭代终止判据式 若不满足则转到阶段一中 二 NETOMAC 仿真软件在某电网的应用研究 2000 年某电力公司电力科学研究院从德国西门子公司 精品文档 5欢迎下载 引进了电力系统仿真软件包 NETOMAC 2001 年 5 月又从加 拿大 RTDS 公司引进了 RTDS 电力系统实时仿真装置 此后 开展了一系列华东电网电力系统先进技术的应用研究 其 中包括了该电网第一个柔性输电项目 Y H500kV 线路可控 串补方案研究 NETOMAC 是一套集成化的大型电力系统仿真软件包 它 可以模拟几乎电力系统中所有的元件 能进行电磁暂态 机电暂态 稳态等各种电力系统过程的仿真计算 NETOMAC 历经工程考验 在德国 西门子公司在 FACTS 装置的开发 大型工程项目 如可控串补 预研 保护和自动装置测试 之前 均利用 NETOMAC 进行详细的仿真研究 降低了开发 成本 保证了工程项目的顺利完成 NETOMAC 程序的特点是 1 众多的时域仿真功能 2 在整个时域仿真中 可 分时间段采用不同的数学模型 3 频域计算 4 参 数识别与优化 5 元件模型全 6 灵活的自定义模 型 Y H 两地 500kV 线路可控串补方案研究 项目是该 电网第一个柔性交流输电项目 NETOMAC 仿真软件作为该项 目的一个主要研究工具发挥着举足轻重的作用 一 基于 NETOMAC 的 Y H 固定串补模型和可控串补 模型的建立 精品文档 6欢迎下载 500kVY 电厂送出工程 从 Y 电厂以 专厂 专线 专 供 三专 方式送电到江苏 Y 电厂一期工程规模为 6 350MW 扣除厂用电外 一期输送容量为 1950MW 受端 落点为 H 地区 输送距离长达 700 余 km 图 3 是 Y 电厂送出工程的系统示意图 在 M 至 B 双回线 B 侧装设有 补偿度为 40 的串联补偿电容器 图 3Y H500kV 系统示意图 图 4 和图 5 分别是 Y 固定串补和可控串补的示意图 包括了隔离开关 串联电容器组 氧化锌非线性电阻 触 发型火花间隙 旁路断路器 阻尼电抗 阻尼电阻等主要 电气元件 其中串联电容器组容抗是 29 92 对应 106 4 F 持续额定电流为 2360A 有效值 10min 过载 电流为 3540A 有效值 与常规的固定串补相比 可控串 补在结构上增加了旁路电感和双向晶闸管回路 另外 可 控串补在控制和保护方面也要增加相应的内容 图 4Y 固定串补主电路示意图 图 5Y 可控串补主电路示意图 二 基于 NETOMAC 的 Y 可控串补暂态稳定控制策略 研究 在 Y H500kV 线路采用可控串补的主要目的是为了提 精品文档 7欢迎下载 高其暂稳特性 可控串补还具有许多其他的功能和优点 本项目的研究主要集中在稳定控制上 面向实际工程应用 的可能 Y 可控串补暂态稳定控制策略重点考察如下 4 种 1 强补控制 简单控制 2 强补和阻尼相结合的控 制 常规控制 3 基于能量函数法的投切控制 Bangbang 控制 4 基于能量函数法切换的强补和阻 尼相结合的控制 改进常规控制 这 4 种 TCSC 控制方式 对于改善 Y H500kV 交流输电系统性能 特别是提高暂态 稳定性能 的适用性和有效性将通过详细的仿真分析来研 究和论证 表 1 为各种不同线路三相故障下采用各种不同稳定措 施和控制策略 由机电暂态仿真得出的发电机功角摇摆指 标汇总 表 1 不同线路三相故障不同稳定措施和控制策略发电 机功角摇摆指标汇总 故障线路 故障点 发电机功角摇摆指标 J deg s FSC 切 Y 机组 TCSC 简单控制 TCSC 精品文档 8欢迎下载 常规控制 TCSC Bangbang 控制 TCSC 改进 常规控制 D 线 C 侧 143 30 167 21 137 57 105 66 105 50 D 线 M 侧 131 30 137 51 118 23 90 16 94 29 S 线 M 侧 133 60 151 53 126 27 69 68 118 99 S 线 B 侧 138 85 143 88 127 46 70 21 114 85 R 线 B 侧 128 68 131 86 104 28 89 16 91 67 R 线 Z 侧 120 02 117 59 102 28 79 18 71 21 通过比较表 1 中各种不同故障下各种不同稳定措施和 控制策略的发电机功角摇摆指标 可以得出 在 4 种 TCSC 暂态稳定控制策略中 基于能量函数法的投切控制 Bangbang 控制 和基于能量函数法切换的强补和阻尼相 结合的控制 改进常规控制 的功角摇摆指标相对于其它 两种控制策略明显要小一些 性能较优 强补和阻尼相结 合的控制 常规控制 的功角摇摆指标居于中间 性能较 前两者差一些 强补控制 简单控制 的功角摇摆指标最 大 性能相对较差 与 FSC 切机稳定措施比较 除强补控 制外其他 3 种 TCSC 控制的功角摇摆指标都比常规切机措施 精品文档 9欢迎下载 小 三 Y H500kV 线路可控串补方案研究的主要研究成 果 利用德国西门子公司开发研制的电力系统仿真软件 NETOMAC 以联合电网为研究对象进行了 Y 送出的稳定计算 并对计算网络进行了等值简化 形成了 3 个等值简化网络 通过等值前后系统动态特性的比较 验证了等值网络对于 Y 送出稳定问题研究的有效性 针对 Y 送出一期工程采用固定串补方案后系统仍存在 较严重的暂态稳定问题 对采用可控串补方案作可行性的 研究 在可控串补稳定控制机理和控制策略研究的基础上 在现有参数的条件下 对 Y 可控串补方案作初步的设计 面向今后工程实际应用的可能 提出了 4 种 Y 可控串补的 控制策略 研制了可控串补综合控制试验装置 用于研究 可控串补的各种控制规律 通过详细的机电暂态模式和电 磁暂态模式下的 NETOMAC 数字仿真以及 RTDS 实时模拟试验 并与固定串补方案作比较 系统研究了可控串补方案作为 解决 Y 输电工程暂态稳定问题的一种手段的可行性及所能 带来的效益 并对提出的 4 种控制策略的有效性进行了校 验 NETOMAC 数字仿真分析和 RTDS 实时模拟试验结论表明 精品文档 10欢迎下载 可控串补方案根本上解决了固定串补方案 Y 送电的暂态稳 定问题 结语 在电网的潮流计算中 采用传统的计算方式会导致计 算过程复杂 且不利于与电网智能化控制之间的相互衔接 因此 必须根据电网的特征对传统的潮流计算方式进行改 进 使其适应越来越智能化的管理与控制系统 应充分利 用计算机的功能实现自动化计算与分析 从而使潮流计算 结果甚至能成为系统进行自动调整的根据 NETOMAC 仿真软 件具有计算电力系统三相潮流中每一相潮流的能力 可以 进行电力系统不对称参数三相潮流计