第二章电力系统潮流计算-

第二章电力系统潮流计算

2.1 概述

2.2 潮流计算问题的数学问题

2.3 潮流计算的牛顿法

2.4 潮流计算的P-Q分解法

2.5 静态安全分析及补偿法

2.5.1 静态安全分析概述

静态安全分析是电力系统规划和调度的常用手段，用以校验输变电设备强迫退出运行后系统的运行状态，回答诸如“假如电网中某一条500kv输电线路开断后，系统运行状态发生什么变化”之类的问题[21,22]。对这个问题的回答可能是系统的潮流和电压都在容许的范围之内，或者出现某些输变电设备过负荷或某些母线电压越界的情况。前者的系统是安全的，后者则是不安全的。因此，静态安全分析是电力系统安全分析的一个重要组成部分，它不涉及电力系统的动态过程的分析，故称为静态安全分析，是以下各节介绍的主要内容。动态安全分析问题的讨论详见第5章及第6章。

利用静态安全分析可以进行事故预想，对一个输电系统规划方案而言，可以校验其承受事故的能力；对运行中的电力系统而言，可以检验其运行方式及接线方式的安全性，进而给出事故前后应采用的防范措施或校正措施。静态安全分析中需要校验的典型事故包括发电机组或输变电设备的强迫停运，也包括短路引起的保护动作致使多个设备同时退出运行的情况。

系统规划设计人员在进行发电系统和输电系统规划时，应利用静态安全分析考虑各种可能的设备开断情况，并评估其后果是否满足安全性的要求。为此，规划设计人员一般需要增加一些冗余的设备或调整计划以减少中断供电的可能性。

在电力系统的运行中，为了避免过负荷和电压越界引起的设备损坏，或由于过负荷设备在系统保护作用下退出运行而导致大面积连锁反应性的停电，在线或实时地进行系统静态安全分析非常重要[23,24]。特别是随着电力市场的进展，电力

系统的发输配电各环节由统一管理、统一调度逐步转向双边合同交易和发电厂商的竞价上网，使系统运行出现了诸多不确定因素，对电力系统运行的安全监视和控制提出了更高的要求。

由于不涉及元件动态特性和电力系统的动态过程，静态安全分析实质上是电力系统运行的稳态分析问题，即潮流问题。也就是说，可以根据预想的事故，设想各种可能的设备开断情况，完成相应的潮流计算，即可得出系统是否安全的结论。但是，静态安全分析要求检验的预想事故数量非常大，而在线分析或实时分析又要在短时间内完成这些计算、因此，开发研究了许多专门用于静态安全分析的方法，如补偿法、直流潮流法及灵敏度分析法等，以下将分别介绍这些基本的方法。

2.5.2 补偿法

电力系统基本运行方式计算完毕以后，往往还要求系统运行人员或规划设计人员进行一些特殊运行方式的计算，以分析系统中某些支路开断以后系统的运行状态，以下简称断线运行方式。这对于确保电力系统可靠运行，合理安排检修计划都是非常必要的。

发电厂运行状态的变化，如发电厂之间出力的调整和某些发电厂退出运行等情况，在程序中都是比较容易模拟的。因为这时网络结构和网络参数均未发生变化，所以网络的阻抗矩阵、导纳短阵以及P-Q分解法中的因子表都应和基本运行方式一样。因此，我们只要按照新的运行方式给定各发电厂的出力，就可以直接转入迭代程序。应该指出，在这种情况下不必重新送电压初值，利用基本运行方式求得的节点电压作为电压初值可能更有利于收敛。

当系统因故障或检修而开断线路或变压器时，要引起电网参数或局部系统结构发生变化，因此在这种情况下进行潮流计算时，要修改网络的阻抗矩阵或导纳矩阵。

对于牛顿法潮流程序来说，修正导纳矩阵以后，即可转入迭代程序(见图2-5)。

对于P-Q分解法来说，修改导纳矩阵以后，应该先转入形成因子表程序，然后再进行迭代计算(见图2-9)。在程序编制上这样处理比较简单，只需要增加修改导纳矩阵的程序，但是，由于需要重新形成因子表，因此计算速度较慢。

为了进一步发挥P-Q分解法的优点，提高计算速度，可以采用补偿法的原理[7]，在原有基本运行方式的因子表的基础上进行开断运行方式的计算。当潮流程序用作在线静态安全监视时，利用补偿法以加速顺序开断方式的检验就显得特别重要。

应该指出，补偿法的概念不仅应用于P-Q分解法潮流程序中，也广泛应用在短路电流、复杂故障以及动态稳定计算程序的网络处理上。以下首先介绍补偿法的基本原理，然后讨论如何利用补偿法进行开断运行方式的计算。

如图2-12所示，设网络N的导纳矩阵已经形成，并对它进行三角分解而得到因子表。现在的问题是，当向网络节点i、j之间追加阻抗

z时．如何根据已

ij

知的节点注入电流

利用原电力网络N的因子表，求得新条件下的电压

如果我们能够求得流入原网络N的注入电流向量

图2-14 求电流ij

I &的等效电路 那么利用原网络因子表对此I '进行消去回代运算就可以得到节点电压向量V 。但

是在各节点电压求出以前，追加支路i j Z 上通过的电流ij

I &并不知道，因而也就不能直接利用I '求节点电压。

根据迭加原理，可以把图2-12所示网络拆为两个等值网络，如图2-13(a)及(b)所示。节点电压向量V 可以表示为

式中：(0)V 相当子没有追加支路，或追加支路开路的情况下各节点的电压向量，

见图2-13(a)。由于这种情况下各节点的注入电流I已知，因此利用原网络N的因子表不难求得

现在讨论如何求得图2-13(b)中各节点电压(1)

V。在这个图中，向原网络注入的电流向量为

图2-13 补偿法原理示意图

其中ij

I &现在暂时还是未知量。但如果假定1ij I &，则利用原网络因子表就可以求得当ij

I &为单位电流时，网络各节点的电压

这样，如果能求出ij

I &那么由于网络是线性的，就可以按下式求得最终的电压向量：

因此，现在的关键问题就在于如何求得ij

I &。为此，需要利用等值发电机原理 如上所述，(0)V 相当于追加支路i j Z 开路情况下网络各节点的电压。如果现