动态潮流模型在电网调度仿真系统中的应用

文章编号:100021506(2002)0420083205

动态潮流模型在电网调度仿真系统中的应用

郎　兵

(北方交通大学电气工程学院,北京100044)

摘　要:介绍了电网调度仿真系统中动态潮流计算模型的原理及算法,给出了潮流计算方法及

相应算例,并得出了相关结论.

关键词:动态潮流;停运功率;流程图中图分类号:TM71,TM744 文献标识码:A

R esearch on Dynamic Load Flow Model

for Pow er System Dispatcher T raining Simulator

L A N G B i ng

(College of Electrical Engineering ,Northern Jiaotong University ,Beijing 100044,China )

Abstract :The paper introduces the principle and algorithm of dynamic load flow model for power system dispatcher training simulator .The flow chart for dynamic load flow is given ,and correla 2tive conclusion is presented.

K ey w ords :dynamic load flow ;outages power ;program chart

电力系统潮流计算模型是电网调度仿真的基础,它直接影响到仿真机的内在质量,由于电网调度仿真要求模拟出电网在各种不同运行方式下(如节点注入功率的改变、支路的增加或减少等)的潮流分布情况,所以就要求该潮流计算模型应具有很好的收敛性,并且计算结果也要符合电网的实际运行情况,同时为满足仿真过程中实时性的要求,该模型的收敛速度亦应很快.

本文详细介绍了仿真机电网调度仿真部分的潮流计算模型,该模型在收敛性、收敛速度、计算结果等方面均满足要求.

1　动态潮流概述

在电网各种不同运行方式中,节点注入功率的改变特别是节点注入停运将使系统节点有功、无功注入发生较大的变化.注入停运主要指发电机停运或负荷停运,注入停运的发生使系统功率出现严重不平衡,这不仅使节点电压、相位、系统潮流分布改变很大,而且还会引起系统频率变化和发电机有功调节装置动作.也正是由于注入停运使系统中出现较大的功率扰动,而使以往的潮流计算方法在计算这种情况下潮流时往往会出现收敛性差、计算结果与实际不相符的情况.

系统注入停运的潮流计算,首先要考虑停运后系统功率如何平衡,传统的潮流计算方法如牛顿—拉夫逊法、快速解耦法等[1],总是选取系统中的某一节点作为平衡节点,停运功率完全由平衡节点上的机组吸收,这样作往往会得到错误结果,计算出的平衡节点注入功率经常出现大于节点上平衡机的额定功率或向系统注入的负功率,这样处理方法显然不符合系统实际情况.系统实际运行情况是,当系统中某些大电源或大负荷停运时,由于系统中有一些机组具有备用容量,所以这些机组都有能力根据其自身的调节特性去

收稿日期:2001212227

作者简介:郎兵(1963—

),男,天津市人,副教授,硕士.em ail :blang @ 第26卷第4期2002年8月 北　方　交　通　大　学　学　报JOURNAL OF NORTHERN J IAO TON G UN IV ERSIT Y

Vol.26No.4

Aug.2002

改变其向系统注入的有功功率和无功功率,同样系统负荷也会根据其自身的调节特性去改变其消耗的功

率.由此可见,当系统发生大的注入停运时,系统产生的差额功率应有系统中所有具有调节能力的发电机和负荷节点共同承担.所以,按照这个指导思想,在潮流仿真计算中假设系统中所有节点都具有功率调节能力,当系统中出现注入停运后,所有节点都进行调节,共同承担出现的功率扰动.此时,平衡节点只是系统电压的参考节点.这种假设无疑是符合实际情况的,这种潮流计算方法称为动态潮流法.

2　动态潮流计算模型

2.1　节点分配系数

根据前面的分析,动态潮流是将系统中出现的停运功率由系统中所有发电机来承担,每台发电机所分配到的比例由分配系数X i 决定,关于分配系数的取法参见文献[2],在这里将根据发电机及负荷的频率特性来确定系统中各节点的分配系数.

假设系统中出现注入停运,停运功率为P A ,由于系统中除平衡节点外(平衡节点为1号节点),所有节点都具有功率调节能力,所以各节点相应的调节功率为ΔP i (i =2,3,…,n ),n 为系统总节点数,ΔP i 在P A 中所占的比例则为分配系数

X i =

ΔP i

P A

(1)

由于系统中出现停运功率P A ,系统频率要发生变化,其改变量为Δf ,则

P A =K ΣΔ

f (2)

式中,K Σ=

∑n

i =2

K G

i

+

∑n

i =2

K D

i

,其中,K Σ为系统单位调节功率,kW/Hz ;K G i 为节点i 发电机的单位调节功

率,kW/Hz ;K D i 为节点i 负荷的单位调节功率,kW/Hz.

对于不带发电机的节点或所带发电机无调节能力的节点其K G =0,对于不带负荷的节点其K D =0.

节点i 上发电机的调节功率ΔP G i =K G i Δf ,节点i 上负荷的调节功率P D i =K D i Δf .所以,节点i 的总调节功率为

ΔP i =ΔP G i +ΔP D i =(K G i +K D i )Δf

(3)

将式(2)与式(3)代入式(1),即可得到节点i 的分配系数

X i =

K G i +K D i

K Σ

(4)2.2　非平衡节点的有功功率、无功功率偏差方程的计算

设系统中出现的停运功率为P A ,则系统中节点i 注入网络的有功功率可表示为

P I i =P G i -P D i -X i P A

(5)

式中,P I i 为节点i 处注入网络的有功功率,P G i 为节点i 处发电机的有功功率,P D i 为节点i 处负荷的有功功率.

又因停运功率P A 可表示为系统总发电机功率减去总负荷功率及总网损,即

P A =

∑m

k =1

P G

k

-∑n

l =1

P D

l

-P L

(6)

式(6)代入式(5)得

P I i =P G i -P D i -X i

∑m

k =1

P G

k

-

∑n

l =1

P D

l

-P L

(7)

式中,m 为发电机总节点数,P L 为系统总网损.由式(7)得

P G i -P D i -X i

∑m

k =1

P G

k

-

∑n

l =1

P D

l

+X i P L -P I i =0

(8)

从而可以得到节点i 的有功功率偏差方程为

ΔP i =P G i -P D i -X i

∑m

k =1

P G

k

-

∑n

l =1

P D

l

-(P I i -X i P L )

(9)

由于在电网仿真计算中,发电机节点均被当作PV 节点,所以只有负荷节点才计算无功功率偏差.无功功率偏差方程为

4

8北　方　交　通　大　学　学　报 第26卷