PSASP 电压稳定手册

为了得到完整的 P-V(Q-V)曲线
潮流算法 常规的潮流算法和改进潮流算法相结合
可得到完整的 P-V(Q-V)曲线
1.3.4 确定系统关键节点和关键区域
由于根据电压稳定极限所得出的裕度指标仅是系统的一个全局安全指标 它并不能 给出系统的关键节点(薄弱节点)和关键区域(薄弱区域)等信息 因而还不能为实际系统
PG 0 − PL 0 (V0 ) − f P (V0 ,θ 0 ) = 0 QG 0 − Q L 0 (V0 ) − f Q (V0 , θ 0 ) = 0
其中 PG0 与 QG0 分别为由发电机在当前运行点处有功功率与无功功率组成的向量 PL0(V0) 与 QL0(V0) 分别为考虑负荷静特性条件下的有功负荷与无功负荷组成的向量 fP(V0,θ0)与fQ(V0,θ0)分别为由网络特性所决定的节点吸收有功与无功功率
PG (V, k ) = PG 0 (V ) + kPDG (V )
其中 方向 PG0(V)为在初始运行条件下发电机的有功出力 PG(V,k)为在某一参数 k 下发电机的有功出力 随着参数 k 的增大 该台发电机QG=QGmax 系统的运行方式逐渐恶化 当某台发电机的有功功率输出达 PDG(V)为发电机有功出力的增加
上式表示的负荷变化规律包括以下三种情况 一个负荷节点仅有功或无功之一发生变化 其它节点的有功和无功保持不变
一个负荷节点的有功和无功同时变化 且这种变化可以用一个参数来表示 其余 节点的有功和无功保持不变 某一区域或几个区域的有功与无功负荷同时变化 且这种变化可以用一个参数来 表示 对实际系统而言 所增加的负荷有功功率一般由多台发电机按一定方式分担 这里 将发电机的有功功率变化规律用下式表示
运行提供全面的指导信息 例如 当系统的电压稳定裕度较低时 可选择在某些地点装 设无功补偿装置以改善系统的电压稳定性 另外 在某些重负荷情况下 为防止系统发 生电压崩溃 在系统无功补偿装置都已投入的情况下 应在某些关键节点紧急切负荷
以使系统的电压稳定性满足所能接受的水平 最佳无功补偿装置设置点和最佳切负荷点 实际均为系统电压稳定性最薄弱的节点 很多电压稳定性指标都可提供有关系统弱节点 弱区域的信息 由于现有的判别系 统弱节点 弱区域的方法都是基于常规潮流雅可比矩阵的 并不是基于系统的状态方程 系数矩阵 因而所得出的结果并不严格 基于文献[3]所提出的发电机 负荷静态化雅可 比矩阵 JS PSASP 采用模态分析方法来判别系统的弱节点和弱区域(参见附录 A.3) 这 相当于近似考虑了与电压稳定性密切相关的动态元件特性[6] 可分别在初始稳态运行点和电压稳定极限点进行模态分析 求出各节点对主导电压 失稳模式的参与因子 根据参与因子的大小 可确定系统的薄弱节点和薄弱区域 参与 因子越大 则表明该节点功率的变化对电压稳定性影响越大 由于通常情况下 初始稳 态运行点的电压稳定裕度较高 故在电压稳定极限点或重负荷运行方式下的模态分析结
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稳定性(参见附录A.2) 直至得到系统电压稳定极限 采用逐步搜索计算电压稳定极限 并在每个搜索步上采用预估-校正算法 以提高求解速度 校正算法可以是综合程序PSASP现有的适合于不同特性网络的各种潮流解法 随着 系统运行方式的不断恶化 校正时所用的潮流解法可能不收敛 即出现病态潮流问题 对此可选择采用文献[4,5]所提出的改进潮流算法来消除奇异点或将奇异点移到电压低 于最大负荷点电压的区域 文献[5]所提出的改进算法实际是通过增加各个节点与主导节 点之间的虚拟支路来克服常规潮流算法的病态问题 文献[4]所提出的改进算法实际为文 献[5]算法的推广 并给出了选择更好的数值函数提高算法收敛性的余地 采用文献[4,5] 所提出的改进算法 仅需对潮流雅可比矩阵做简单修正 没有增加矩阵的维数 并基本 保持了雅可比矩阵的稀疏性 计算效率比较高 可在改进潮流算法不收敛后 再次切换到常规的
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为小干扰电压稳定性
暂态电压稳定性和长期电压稳定性
它们的定义如下
小干扰电压稳定性即为系统遭受任何小扰动后 负荷电压恢复至扰动前电压水平的 能力 暂态电压稳定性是指系统遭受大扰动后 负荷节点维持电压水平的能力 长期电 压稳定性是指系统在遭受大扰动或负荷增加 围内 负荷节点维持电压水平的能力 小干扰电压稳定性实际上便是李亚普诺夫意义下的渐近稳定性 暂态电压稳定性所 关心的是系统在遭受大扰动后几秒钟以内的动态行为 长期电压稳定性则涉及系统长达 数十分钟的动态过程 现有的 PSASP 电压稳定计算程序属于小干扰电压稳定分析的范畴 PSASP暂态稳定程序 采用已有的 传输功率增大时 在0.5~30分钟的时间范
模态分析 可得出系统电压稳定性的局部指标 与现有的模态分析方法相比 由于所采 用的修正潮流雅可比矩阵包含了与系统电压稳定性密切相关的各种动态元件特性 故所 得出的关键节点 关键区域更为合理
1.3.2 计算系统小干扰电压稳定极限的数学模型
设系统被研究的稳态运行点 即 (V0 ,θ 0 ) 满足下面的潮流方程式
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考虑系统所增加的负荷量可以用一参数 k 来表示
即如系统过渡方式中的负荷可用下式表示
PL (V, k ) = PL 0 (V ) + kPD (V ) Q L (V, k ) = Q L 0 (V ) + kQ D (V )
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果可能更有实际意义 另外 在计算电压稳定极限的过程中 还可计算出各母线的电压对系统总功率的变 化率 即电压-功率灵敏度(
dV dV ) 根据该灵敏度由大到小也可确定系统的薄 , dΣPL dΣQL
所以该灵敏度
弱节点和薄弱区域
由于是基于静态的潮流方程计算电压-功率灵敏度
反映的是由于系统网络特性所决定的薄弱节点和薄弱区域 可能与考虑发电机及其励磁 系统的模态分析结果有较大差异
1.4 PSASP 电压稳定计算流程
PSASP 电压稳定计算的流程和结构如下所示
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文本方式
图形方式
数据录入和编辑
文本方式
图形方式
电网基础数据库 各种计算公共部分 电压稳定计算 计算作业的定义 潮流作业 过渡方式 息 出选择等 运行 控制信
电网会议组织也先后组成了各专门工作小组 并从不同侧面对电压稳定性问题提出了调 查和研究报告 在我国也出现过因为电压失稳而导致系统崩溃的记录
12 日大连地区电网因电压崩溃造成大面积停电 此外湖北与四川电网在七十年代也都发 生过电压崩溃事故 因此我国的电力科研人员对电压稳定性问题也进行了广泛的研究
电压稳定性研究目前仍处于不成熟阶段 至今尚缺乏一套完整的理论和系统的分析 方法 甚至还没有一个公认的电压稳定性的定义和分类方法 至于所提出的有关电压稳 定性的数学模型 机理分析 判别方法 稳定指标及对策措施等等 更存在着许多差异 乃至分歧 1993年国际大电网会议组织(CIGRE)的研究报告 中曾明确提出了电压稳定性的定 义和分类 电力系统的电压稳定性是指系统在某一给定的稳态运行下 经受一定的扰动后各负 荷节点维持原有电压水平的能力 根据研究的扰动大小及时域范围 电压稳定性又可分
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1.3 PSASP 电压稳定计算方法
1.3.1 引言
从实际系统运行的安全性来说 人们不仅关心系统的某一运行方式是否稳定 而且 更关心这一运行方式是否有足够的稳定裕度 前者涉及到电压稳定性的判别方法 后者 则属于电压稳定极限的计算 采用附录所介绍的小干扰电压稳定性新判据 不但可以判 断系统在某一运行点是否稳定 点 并进而求出系统的稳定裕度 另一方面 相对于功角稳定性而言 电压稳定性往往表现为一种局部现象 电压失 稳总是从系统电压稳定性最薄弱的节点开始引发 并逐渐向周围比较薄弱的节点(区域) 蔓延 严重时才会引发整个系统的电压崩溃 因此 对用户而言 十分关心在重负荷下 的关键节点(包括关键负荷节点和关键发电机节点)和关键区域 由电压稳定极限可得出 系统的稳定裕度 但稳定裕度仅是系统的一个全局指标 并不能给出系统在一定过渡方 式下到电压稳定极限时 从哪一点开始发生电压失稳 从而也不能给出相应的事故预防 措施 为此 对包含系统动态现象的潮流雅可比矩阵(系统静态化雅可比矩阵 JS 进行 而且可以求出系统在某一过渡方式下的电压稳定极限
1.2 PSASP 电压稳定计算的主要功能和特点
PSASP 电压稳定计算的主要功能和特点可概括为以下几个方面 (1) 可考虑负荷 发电机及其励磁系统 有载调压变压器分接头(OLTC)等与电压稳 定性密切相关的动态元件特性 (2) 可求出对应于指定系统过渡方式的电压稳定极限(稳定裕度) (3) 常规潮流计算方法与两种改进病态潮流计算方法结合 可得到完整的 P-V(Q-V) 曲线 (4) 可分别在系统初始稳态运行点和电压稳定极限点进行模态分析 确定系统的关 键节点和关键区域 (5) 可求出系统初始稳态运行点和电压稳定极限点处各节点的电压-功率(系统总功 率)灵敏度 (6) 可通过 P-V(Q-V)曲线监视系统电压稳定极限的计算过程 (7) 可在系统单线图上计算系统电压稳定极限 进行模态分析
事故 停电 29000MW 1983 年 12 月 27 日瑞典电网的事故 使南部系统的 11400MW 负荷全部失去 1987 年 1 月 12 日法国电网的事故影响整个西部系统 甩去 1500MW 负 荷 1987 年 7 月 23 日日本东京电力系统的事故 损失负荷 8168MW 这些事故都是因 为电压失稳而导致大面积长时间停电 造成了巨大的经济损失和社会生活的紊乱 为此 电压稳定问题的研究引起了世界各国电力工业界和学术界的普遍关注 IEEE 和国际大 如 1973 年 7 月
1.3.3 求取系统小干扰电压稳定极限的算法
在给定的初始运行状态及过渡方式下 系统小干扰电压稳定极限的求解过程可以描 述为 从系统被研究的稳态运行点开始 按一定步长不断增加k的取值 然后进行潮流
计算 同时考虑各种约束条件 采用文献[2,3]提出的小干扰电压稳定新判据判别系统的
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到其极限时 则令该台发电机PG=PGmax 当某台发电机的无功输出达到其极限时 则令 若该台发电机所在的节点为PV节点 则该节点转为PQ节点 在系统的每一个稳态运行点 计算发电机的空载电势Eq 如果某台发电机的空载电 势Eqmax达到其极限 则意味着该台发电机的励磁电流达到其极限值 此时发电机自动电 压调节器(AVR)输出电势保持恒定 相当于发电机自动电压调节器停止工作 在数学上 相当于Efq=Efqmax保持不变 该台发电机对应的微分方程组降低一阶 此外 假设平衡节 点的出力不受限制
用户自定义模型库
文本方式 图形方式
模态分析和输
执行计算
计算结果库 文本方式 结果的编辑和输出 图形方式
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2 电压稳定计算作业的建立
2.1 电压稳定计算作业的定义
在执行电压稳定计算之前 需要定义电压稳定计算作业
(1) 电压稳定计算作业的构成 一个电压稳定计算作业的构成如下图所示
电压稳定计算作业
潮流基础作业
作业的相关数据
计算控制信息
发电调度方式数据
负荷增加方式数据
并考虑感应电动机及高压直流(HVDC)输电线路两端换流站等具
有快速响应特性的负荷 即可进行暂态电压稳定分析 在现有的基础上 还将准备开发 中长期电压/功角稳定程序 可用于分析有载调压变压器的分接头和发电机励磁电流限制 器等带有时延动作特性的元件 以及空调 热水器等响应比较缓慢的负荷等对系统稳定 性的影响
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电压稳定程序(试用版)使用说明 1 概述
1.1 电压稳定计算问题概述
近二十年来 电力系统向大机组 大电网 高电压和远距离输电发展 这对于合理 利用资源 提高经济效益和保护环境具有重要意义 但是也给电力系统的安全运行带来 了一些新的问题 其中之一就是电压崩溃恶性事故 如 1978 年 12 月 19 日法国电网的