潮流分类.doc

潮流就是电力系统中的电压(各节点)、功率（有功和无功）的稳态分布。潮流计算是电力系统分析的一个重要的部分包括求解节点电压幅值及相位和每条线路上的有功和无功功率潮流，对于电力规划、经济调度，和当前系统控制以及未来的发展规划都是很有必要的。潮流研究的目的分析和评价电网运行的安全经济和优质和设备选择、保护整定、经济运行、检修与备用、确定调压措施等方面都有很重要的作用。下面我结合一些文章从3个方面阐述一下现代电力系统潮流计算的一些方法：一：适用于配电网潮流计算的改进回路电流法 为使回路电流法适于配电网潮流分析，在型等值电气元件的基础上，以阻抗支路为链支、接地支路为树支，忽略了线路对地导纳和变压器对地支路， 建立了配电网回路电流分析模型。采用恒阻抗负荷模型替代恒功率负荷模型，将回路电流方程简化为线性方程组进行求解， 给出了对退化节点的处理方法，分析了回路电流法和回路阻抗法的异同。潮流计算是配电网管理系统的重要组成部分，也是配电网自动化研究和分析计算的基础。由于配电网具有线路阻抗比较大、网络 PQ节点较多、PV节点较少等特点，则高压输电网上行之有效的潮流算法不能完全适用于配电网潮流计算。传统的配电网潮流计算方法包括前推回代法、回路阻抗法、改进牛顿法、改进快速解耦法、Zbus法、Ybus法等，以上方法由于简单有效、物理意义直观，被广泛应用于电力系统分析计算中，并出现了许多改进算法，如由 S. K. Goswami等提出的回路阻抗法，其将负荷作为恒阻抗模型，具有良好的收敛特性和网孔处理能力，而回路阻抗法是回路电流分析的一种特殊情况。为使回路电流法适于配电网潮流分析，在型等值电气元件的基础上，以阻抗支路为链支、接地支路为树支，忽略了线路对地导纳和变压器对地支路， 建立了配电网回路电流分析模型。采用恒阻抗负荷模型替代恒功率负荷模型，将回路电流方程简化为线性方程组进行求解， 给出了对退化节点的处理方法，分析了回路电流法和回路阻抗法的异同。由于网络节点与大地之间存在发电机、负荷、对地电纳等对地支路，而节点间存在输电线路和变压器支路，因而电力网络中的节点方程数量少于回路方程数量，节点电压方程更适于电力系统分析计算。但对配电系统来说，由于可以忽略线路对地电纳的影响，并且可进一步忽略变压器对地支路，因而采用回路电流法进行配电系统分析成为可能。为此，本文在电气元件型等值模型的基础上，以阻抗支路为链支、接地支路为树支，建立配电网络的回路电流分析模型，使其适于配电网潮流计算。本文方法在处理配电网潮流计算时速度较快，收敛精度高，能够满足配电网潮流计算的需要，其在处理大规模配电网潮流计算问题中具有明显优势。二：含分布式电源的地区电网动态概率潮流计算风力发电、太阳能光伏发电等分布式电源并网后，地区电网的潮流变化具有一定的随机性。根据风能、太阳能和电力负荷变化的规律性与随机波动特性，定义动态随机变量， 并提出通过确定的变化规律与随机变量叠加来建立其概率模型。利用半不变量的可加性，通过简单运算得出动态随机变量的数字特征，并采用 Gram-Charlier 级数近似法计算其概率密度函数。对实际地区电网进行仿真分析，结果表明采用动态随机变量的概率模型能同时计及规律性变化和随机变化，提出的动态概率潮流计算方法切实可行。电力负荷与线路参数的变化具有随机性，电网的潮流分布也因此具有一定的随机波动性，而风力发电、太阳能发电等分布式发电技术的并网进一步增加了地区电网中潮流的随机性。确定的潮流分布不能准确地描述地区电网的运行状态，从 1974年提出概率潮流以来，众多学者对此进行研究，用概率分布来表示电网潮流分布的情况，并提出了各种概率潮流的求解方法。 用概率模型表示以后，潮流的分析思路和计算方法发生了很大变化。因节点注入量的随机变化相互独立，所以可将潮流方程用泰勒级数展开，取线性或2阶模型， 然后运用卷积计算潮流的概率分布，这是解析算法。一些文献对节点有功和无功注入量进行取样，并把样本进行随机组合，分别对每种组合进行潮流计算，然后再从潮流解中统计出潮流的分布情况，此为采用蒙特卡罗原理计算概率潮流的模拟法。解析法和模拟法都需要进行大量的计算，为减小计算量，提高求解速度，只进行简单运算的近似法被运用于概率潮流计算。该方法利用半不变量的加法运算代替卷积运算， 再利用 Gram-Charlier级数近似求取潮流的概率密度函数和分布函数。且仿真结果表明近似法能取得足够高的精度。在上述研究中，均采用同一种概率分布特性来描述潮流的随机变化，是一种静态概率模型。实际中潮流的波动特性会随时间动态变化，各个时刻的概率特性可能不同。本文定义随机变量的概率分布随着时间发生变化的模型为动态概率模型(dynamic probability model，DPM)，并建立风力发电出力、太阳能光伏发电出力和电力负荷的动态概率模型，给出基于该模型的动态概率潮流 (dynamic probability power flow，DPPF)计算方法。三：孤网运行的潮流计算方法电力系统实际运行中， 某些原因会导致局部电网解列，形成孤网运行的情况，为保证孤网的安全稳定运行，需要知道孤网的潮流分布。然而，目前常规的潮流模型无法反映孤网运行的重要特征，得出的潮流分布与实际运行情况不符。为此，文章建立了孤网运行潮流计算的数学模型。新模型不需设置平衡节点， 负荷变化由装设有调速系统和励磁系统的发电机组按照开环设置的参数共同承担。 通过模拟中国电力科学研究院 22 节点测试系统解列为 2 个孤网运行时的潮流分布，验证了新模型的有效性和实用性常规潮流模型进行潮流计算时，存在与实际电力系统运行情况不符的弊端，主要有：实际电力系统运行中不存在常规潮流模型中假设的 PV、PQ及平衡节点；当选取不同的平衡节点或者不同的平衡节点电压幅值时，将导致不同的潮流结果；功率的不平衡量仅由一个平衡节点承担，也不符合实际运行情况等。针对这些问题，国内外学者进行了大量的研究，并提出了一些克服的方法，其中，针对节点类型划分与实际不符的情况，文献给出了发电机约束条件下的潮流计算方法；文献5定义了潮流计算中的 PIf 节点，并提出一个计及凸极式发电机在励磁约束条件下的潮流计算方法；文献6将受发电机定子和转子电流约束下的节点定义为PIsr节点，同时提出了计及凸极式同步发电机定子电流和凸极机转子电流约束条件下的潮流计算方法；文献7针对通常的潮流程序只能分析一个平衡节点的局限性，提出了基于诺顿等值的多平衡节点处理方法；文献8扩展了潮流计算的节点类型以满足一些特殊的应用需要。针对怎样克服有功不平衡量仅由平衡节点来承担的问题，文献1引入了一个参数将有功不平衡量和含有功的潮流方程关联起来，达到调整有功出力的目的，但没考虑无功出力的调整；文献9将有功增量按发电机组有功出力最大值的比例来分配，没有考虑无功出力的分配；文献10将系统增加的负荷由部分(或全部)发电机按初始出力的比例分配功率来平衡，且不计网络损耗；动态潮流模型11根据发电机组静态特性的调差系数按比例分配有功，也可按指定的系数分配有功，虽然在电网调度员培训仿真器的潮流计算中得到了广泛应用，但它也没有考虑无功的分配问题。与此同时，人们也认识到发电机组是一个由调速系统和励磁系统构成的功率输出整体。文献12 中概念性地叙述了运行中的等值两机系统，指出了发电机组有功出力控制的重要作用及分析方法，但未指出将复杂系统等值为两机系统的方法；文献13-16针对电压稳定性分析问题提出的扩展潮流计及了原动机调速系统的动态微分方程和励磁电流限制，消除了关于 PV、PQ 及平衡节点等与实际不符的假设，反映了机组调节的动态过程，计算时将控制系统微分方程转换为代数方程组，联立求解，较基于常规潮流模型的潮流分析更符合实际；文献17-18针对中长期电压稳定分析等需要确定各发电机组出力的潮流计算问题，提出了一种不需设置平衡节点的潮流算法，其不需要设置平衡节点的形式，更符合全系统机组均参与设定方式调节的实际。2008 年初我国南方局部地区的电网因冰雪灾害而分解为多个孤岛电网运行，在电力系统的工程实际中，孤网运行的情况有很多，因此需要研究这些孤岛电网运行的客观规律以及准确确定其实际潮流分布，以保证其安全稳定运行。本文在分析常规潮流计算的数学模型不能反映孤网运行的重要特征、 不适合解决孤岛电网运行潮流计算问题的基础上， 结合电力系统的实际运行情况， 根据发电机组的静态特性建立遵循电力系统固有的闭环调节规律运行的孤岛电网运行潮流计算数学模型。该数学模型不需设置平衡节点，负荷的随机变化由装设有调速系统和励磁系统的发电机组按照开环设置的参数共同承担， 符合电力系统的实际调节情况，消除了常规潮流计算模型存在的与实际不符的弊端。最后，通过模拟中国电力科学研究院 22 节点测试系统的解列运行，验证新模型的正确性和实用