動(dòng)態(tài)電力系統(tǒng)講義

簡(jiǎn)單事例

G2：遠(yuǎn)方電網(wǎng)G1：地方電廠G22P+jQG11BMPC2VC121電壓崩潰的簡(jiǎn)單事例電壓崩潰的簡(jiǎn)單事例（2）Systemstressunderpowerwheeling

P-V曲線選定負(fù)荷和發(fā)電機(jī)出力的增加方式和方向，決定基態(tài)與電壓失穩(wěn)的距離.增加負(fù)荷和發(fā)電機(jī)出力是評(píng)價(jià)電壓穩(wěn)定最常用的方法P-V曲線考慮發(fā)電機(jī)無功極限PA負(fù)載極限VP-V曲線隨負(fù)荷變化的發(fā)電出力分配方式系統(tǒng)負(fù)荷增加有多方面的因素負(fù)區(qū)域交換也可能增加，從遠(yuǎn)方發(fā)電機(jī)和鄰近電力網(wǎng)獲取的功率增加，負(fù)荷上升的方向還包括節(jié)點(diǎn)負(fù)荷的分配因子和發(fā)電機(jī)出力的分配計(jì)劃等出力增加的方式與所研究的問題的時(shí)間間斷有關(guān)P-V曲線P-V曲線得到的電壓裕度指標(biāo)具有物理量綱(MW)曲線的下半部主要對(duì)機(jī)理研究有意義，對(duì)實(shí)際系統(tǒng)沒有什么意義P-V曲線顯示：參數(shù)對(duì)負(fù)荷的靈敏度，如節(jié)點(diǎn)電壓，穩(wěn)定裕度潮流發(fā)散也可能是因?yàn)閿?shù)值問題引起的P-V曲線如何控制增加功率的步長(zhǎng)計(jì)算一條曲線可描述系統(tǒng)穩(wěn)定的情況即使在大步長(zhǎng)的方式下，用快速分解法也可解接近崩潰點(diǎn)的潮流可以用連續(xù)潮流法得到曲線P-V曲線可以用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)法計(jì)算得曲線可以在P-V曲線的各點(diǎn)，進(jìn)一步進(jìn)行小擾動(dòng)分析可以進(jìn)行故障前后的曲線比較V-Q曲線V-Q曲線:是經(jīng)典的的基于潮潮流的方方法，可可處理發(fā)發(fā)散問題題，在收收斂性不不好或發(fā)發(fā)散的情情況下獲獲得解(V-Q方法是連連續(xù)潮流流的一個(gè)個(gè)特例).在選擇的的節(jié)點(diǎn)加加入一臺(tái)臺(tái)虛擬調(diào)調(diào)相機(jī)(rotarycondenser)保持節(jié)點(diǎn)點(diǎn)電壓，，改變后后者的電電壓值，，可以計(jì)計(jì)算得節(jié)節(jié)點(diǎn)的-V-Q曲線.V-Q曲線ABCDQ1VV-Q曲線表示節(jié)點(diǎn)點(diǎn)電壓隨隨節(jié)點(diǎn)負(fù)負(fù)荷的魯魯棒性.表示負(fù)荷荷節(jié)點(diǎn)電電壓和需需要補(bǔ)償償?shù)臒o功功功率的的關(guān)系.在穩(wěn)定的的情況下下，V-Q曲線上調(diào)調(diào)相機(jī)輸輸出為零零的點(diǎn)即即為電網(wǎng)網(wǎng)的解.曲線表示示了某節(jié)節(jié)點(diǎn)的無無功裕度度(曲線1：A),在什么電電壓值失失穩(wěn)(曲線1：B)V-Q曲線運(yùn)行點(diǎn)母母線電壓壓對(duì)無功功的靈敏敏度(曲線1：斜率D)十分容易易在潮流流計(jì)算中中包含此此計(jì)算功功能發(fā)電機(jī)無無功極限限、變壓壓器變化化等非線線性環(huán)節(jié)節(jié)可以包包括在內(nèi)內(nèi)負(fù)荷的電電壓特性性可以包包括在內(nèi)內(nèi)V-Q曲線可以確定定恢復(fù)某某個(gè)運(yùn)行行點(diǎn)或取取得某個(gè)個(gè)電壓值值所需要要的無功功補(bǔ)償.注意最少少的補(bǔ)償償量不在在底部(曲線3:B’’)而在（Q-V曲線與補(bǔ)補(bǔ)償裝置置特性曲曲線的））切線(曲線3:B’’’’)上，這說說明與無無功補(bǔ)償償裝置的的特性有有關(guān).主要的缺缺點(diǎn)是它它以不切切實(shí)際的的方式加加重系統(tǒng)統(tǒng)的運(yùn)行行狀況(每次只有有一個(gè)節(jié)節(jié)點(diǎn))曲線的有有效部分分在電壓壓為0.90-0.11之間，在在這之外外模型不不準(zhǔn)確V-Q曲線虛構(gòu)調(diào)相相機(jī)的安安置點(diǎn)的的選擇需需要判斷斷和電網(wǎng)網(wǎng)知識(shí),從理論上上來說，，它應(yīng)該該裝設(shè)在在系統(tǒng)電電壓的薄薄弱點(diǎn).決定方法法可以是是：加重重系統(tǒng)的的運(yùn)行，，識(shí)別對(duì)對(duì)應(yīng)Jacobian陣的零特特征值的的特征向向量的最最大分量量對(duì)于不同同的擾動(dòng)動(dòng)，系統(tǒng)統(tǒng)的電壓壓薄弱點(diǎn)點(diǎn)不同對(duì)一個(gè)節(jié)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)進(jìn)行多次次潮流才才能畫出出曲線，，因而計(jì)計(jì)算速度度慢V-Q曲線必須進(jìn)行行多次Q-V曲線計(jì)算算才能獲獲得系統(tǒng)統(tǒng)狀況的的真實(shí)面面貌對(duì)于特殊殊的電網(wǎng)網(wǎng)，如放放射性電電網(wǎng)，決決定弱地地區(qū)十分分方便，，但在網(wǎng)網(wǎng)狀的電電網(wǎng)中，，就不是是易事了了，其中中一種方方法是計(jì)計(jì)算各點(diǎn)點(diǎn)的Q-V曲線，將將具有相相近無功功儲(chǔ)備的的點(diǎn)歸為為一群，，從而識(shí)識(shí)別可能能的電壓壓失穩(wěn)區(qū)區(qū)域.可以進(jìn)行行故障前前后的曲曲線比較較Q3B’’3QVB’’’V-Q曲線不同負(fù)荷荷模型下下的曲線線比較周圍負(fù)荷荷變化后后的曲線線比較潮流計(jì)算算應(yīng)用場(chǎng)合合：常規(guī)潮流流計(jì)算V-Q曲線P-V曲線長(zhǎng)過程電電壓穩(wěn)定定分析潮流：模模型模型的電電壓和頻頻率適用用范圍平衡機(jī)的的出力、、地理變變化注意，平平衡機(jī)對(duì)對(duì)研究問問題的影影響發(fā)電機(jī)出出力的分分配增加負(fù)荷荷和出力力的方式式潮流方程程節(jié)點(diǎn)方程程＋其其它（（控制））方程：：AGC二級(jí)電壓壓控制發(fā)電機(jī)定定子電流流控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子電流流控制變比控制制HVDC線路SVC控制實(shí)際計(jì)算算時(shí)，使使用基于于功率的的網(wǎng)絡(luò)方方程，通通用形式式為：常規(guī)討論論Y陣屬稀疏疏矩陣常規(guī)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)類型：：PQ，PV和平衡節(jié)節(jié)點(diǎn)發(fā)電機(jī)無無功極限限的處理理牛頓法最通用和和可靠的的算法非線性潮潮流方程程：Jacobian陣：注意變量量的排列列方式有有利于主主對(duì)角占占優(yōu)在P-V和Q-V曲線的nose點(diǎn)，J陣奇異在P-V和Q-V曲線的nose點(diǎn)，靈敏度度值改變符符號(hào)初始值選取?。浩絾?dòng)：V＝1＋j0直流潮流快速分解潮潮流迭代修正方程：：Jacobian陣作為靈敏敏度陣文獻(xiàn)討論一一些常規(guī)的的潮流靈敏敏度分析常用于電壓壓和無功的的分析，但但需謹(jǐn)慎。。線性化的矩矩陣的分析析只適合變變化較少的的范圍發(fā)電機(jī)負(fù)載載越限后，，靈敏度可可能發(fā)生劇劇變對(duì)在線電壓壓安全分析析來說，具具有吸引力力可討論的問問題：怎么區(qū)分潮潮流無解和和潮流發(fā)散散的問題直流潮流忽略并聯(lián)支支路假設(shè)節(jié)點(diǎn)電電壓為1,快速分解法法（Fastdecoupledloadflow)定雅可比矩矩陣法PQ解偶快速分解法法：有功相角修修正方程的的系數(shù)矩陣陣用B’代替，無功電壓修修正方程的的系數(shù)矩陣陣用B”代替，(具體見張伯伯明《高等電力網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)分析》）連續(xù)潮流法法：在崩潰點(diǎn)，，潮流Jacobian陣奇異,常規(guī)潮流計(jì)計(jì)算法發(fā)散散；連續(xù)潮流法法重新形成成潮流的方方式，使得得在任何可可能的負(fù)荷荷狀態(tài)下，，Jacobian陣變?yōu)榉瞧嫫娈悺Ｓ卸喾N參數(shù)數(shù)化的方法法，基本方方法是預(yù)估估-校正的迭代代過程。GV負(fù)荷ABDFEC從已知解(A)出發(fā)，按切切線方向（（行列式向向量）預(yù)估估隨固定的的負(fù)荷增加加方向的新新解(B)在校正步，，用常規(guī)潮潮流法，確確定固定負(fù)負(fù)荷下的解解(C)用新的行列列式向量決決定新的負(fù)負(fù)荷增量下下的運(yùn)行點(diǎn)點(diǎn)(D)如果新估算算的負(fù)荷在在最大負(fù)荷荷之外，校校正步中的的常規(guī)潮流流將發(fā)散這時(shí)選定某某一點(diǎn)電壓壓(?)在預(yù)測(cè)值，，計(jì)算負(fù)荷荷量(E)為了獲得準(zhǔn)準(zhǔn)確的電壓壓穩(wěn)定極限限值，需要要進(jìn)行多次次計(jì)算繞過極限點(diǎn)點(diǎn)后，又可可以用常規(guī)規(guī)的潮流計(jì)計(jì)算下半段段曲線基本算法的的問題：如何選定節(jié)節(jié)點(diǎn)和其電電壓值如何確定電電壓的下降降幅度如何確定連連續(xù)潮流下下的發(fā)散問問題最優(yōu)乘子潮潮流法：張伯明《高等電力網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)分析》p225在牛頓法的的校正式中中引入一個(gè)個(gè)松馳因子子，使得功功率偏差量量最小，在在潮流無解解的情況下下，收斂到到最小功率率偏差量。。使潮流問題題變?yōu)橐粋€(gè)個(gè)優(yōu)化問題題進(jìn)行靈敏度度分析電壓崩潰事事故事例1987年年1月12日法國(guó)西部部電力系統(tǒng)統(tǒng)（袁季修修p280-283)：事件發(fā)生在在法國(guó)網(wǎng)的的西部，時(shí)時(shí)屬冬季，，氣溫較低低.由于照明和和熱力設(shè)備備的原因，，負(fù)荷對(duì)電電壓十分敏敏感.初始狀態(tài)下下，有功/無功功率和和電壓都屬屬正常狀況況.從全國(guó)來說說，峰荷為為5800萬，功率儲(chǔ)儲(chǔ)備590萬.10:55到11:41之間，一些些獨(dú)立的事事件使得區(qū)區(qū)域內(nèi)的3臺(tái)在線機(jī)組組(共四臺(tái))相繼從網(wǎng)中中脫離，留留下一臺(tái)機(jī)機(jī)組運(yùn)行.11:28地區(qū)調(diào)度發(fā)發(fā)出命令，，開動(dòng)燃汽汽輪機(jī).在損失了3臺(tái)機(jī)組后的的13秒(暫態(tài)穩(wěn)定后后)，第4機(jī)組由勵(lì)磁磁電流保護(hù)護(hù)動(dòng)作而切切機(jī)，引起起地區(qū)電壓壓急劇下降降，400KV電壓跌至380KV.在30秒的平穩(wěn)期后后，電壓繼繼續(xù)下跌并并波及法國(guó)國(guó)電網(wǎng)的其其它區(qū)域，，在六分鐘鐘內(nèi)，損失失另外9臺(tái)常規(guī)火電電機(jī)組和核核電機(jī)組.11:45到11:50時(shí)，損失發(fā)發(fā)電容量900MW.11:50時(shí)，區(qū)域的的電壓穩(wěn)定定在300KV，在最遠(yuǎn)端400KV的變電所，，電壓為180KV，在由調(diào)度中中心發(fā)令切切負(fù)荷之后后(切斷400KV/225KV的變壓器后后切150萬負(fù)荷)電壓恢復(fù).事故后的分分析表明：：在規(guī)定的時(shí)時(shí)間內(nèi)，實(shí)實(shí)現(xiàn)了緊急急有功支援援(起動(dòng)燃汽輪輪機(jī)、增加加水輪機(jī)的的出力).11:41后，第一次次電壓跌落落，負(fù)荷減減少，使系系統(tǒng)能達(dá)到到一個(gè)接近近初始狀態(tài)態(tài)的運(yùn)行點(diǎn)點(diǎn).11:42－11:45，LTC動(dòng)作，調(diào)整整中壓電壓壓(20KV)，使負(fù)荷穩(wěn)定定，但運(yùn)行行點(diǎn)在惡化化，EHV系統(tǒng)電壓下下跌，損耗耗增加，無無功出力接接近極限.11:45，交流發(fā)電電機(jī)達(dá)到無無功極限，，整個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)出現(xiàn)高度度非線性，，而且無法法分地區(qū)控控制電壓，，LTC使系統(tǒng)不穩(wěn)穩(wěn)定，大量量發(fā)電機(jī)跳跳閘.負(fù)荷隨電壓壓線性變化化.鎖定超高壓壓/高壓網(wǎng)的LTC，系統(tǒng)會(huì)得到到更好的保保護(hù).同時(shí)，這種種效果受負(fù)負(fù)荷動(dòng)態(tài)特特性的影響響，不能持持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)長(zhǎng)，必須采采取緊急措措施(如切負(fù)荷)有些切負(fù)荷荷命令沒有有得以實(shí)現(xiàn)現(xiàn).發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)機(jī)最大勵(lì)磁磁電流保護(hù)護(hù)的設(shè)定和和發(fā)電機(jī)保保護(hù)的延遲遲設(shè)定的有有問題.在此事故中中，常規(guī)的的保護(hù)表現(xiàn)現(xiàn)正常，只只是在損失失第四臺(tái)發(fā)發(fā)電機(jī)、系系統(tǒng)超高壓壓跌到380KV時(shí)，225KV高壓網(wǎng)的高高/中變壓器變變比動(dòng)作、、引起負(fù)荷荷增加，導(dǎo)導(dǎo)致電壓進(jìn)進(jìn)一步下跌跌.分析結(jié)果表表明，最好好的措施是是根據(jù)電壓壓判據(jù)、利利用自動(dòng)設(shè)設(shè)備盡可能能快地鎖定定EHV/HV變壓器變比比，從區(qū)域域控制中心心進(jìn)行緊急急狀態(tài)下的的遠(yuǎn)方負(fù)荷荷切除.EHV/HV的LTC鎖定自動(dòng)裝裝置1990年投入實(shí)驗(yàn)驗(yàn)，現(xiàn)在法法國(guó)的七大大區(qū)域調(diào)度度的EMS中都配有此此裝置.同時(shí)，事故故也引起了了EDF對(duì)在線電壓壓安全分析析的興趣.防止電壓穩(wěn)穩(wěn)定破壞的的控制策略略（袁季修《電力系統(tǒng)安安全穩(wěn)定控控制》p198-211））用于電壓和和無功功率率控制的設(shè)設(shè)施：同步發(fā)電機(jī)機(jī)；靜止無功補(bǔ)補(bǔ)償器（SVC）；；串聯(lián)或并聯(lián)聯(lián)電容器組組，電抗器器；變壓器有載載分接開關(guān)關(guān)切換裝置置；就地或遠(yuǎn)方方切負(fù)荷；；電壓控制的的分層分區(qū)區(qū)控制原則則（1）設(shè)置在發(fā)發(fā)電廠、用用戶的一級(jí)級(jí)電壓控制制通常為快速速反應(yīng)的閉閉環(huán)控制，，響應(yīng)時(shí)間間一般為秒秒級(jí)。例如如：同步電電機(jī)的無功功控制，svc的控制，以以及快速自自動(dòng)投切電電容器或電電抗器等。。主要調(diào)節(jié)節(jié)由負(fù)荷波波動(dòng)、電網(wǎng)網(wǎng)切換和事事故引起的的快速電壓壓變化。（2）設(shè)置在系系統(tǒng)樞紐點(diǎn)點(diǎn)（區(qū)域的的）的二級(jí)級(jí)電電壓控制：：二級(jí)電壓控控制響應(yīng)速速度一般在在幾分鐘以以內(nèi)。二級(jí)級(jí)控制系統(tǒng)統(tǒng)協(xié)調(diào)一個(gè)個(gè)區(qū)域內(nèi)各各就地一級(jí)級(jí)控制設(shè)備備的工作，，如：改變變發(fā)電機(jī)或或svc的電壓調(diào)節(jié)節(jié)定值，投投切電容器器和電抗器器，切負(fù)荷荷，以及必必要時(shí)閉鎖鎖變壓器有有載分接開開關(guān)切換裝裝置等。這這類控制也也是自動(dòng)閉閉環(huán)進(jìn)行的的，二級(jí)電電壓控制系系統(tǒng)除了將將上述實(shí)時(shí)時(shí)控制命令令從控制中中心送到執(zhí)執(zhí)行地點(diǎn)外外，還可將將各種電壓壓安全監(jiān)視視信息送給給有關(guān)值班班人員。（3）設(shè)置在系系統(tǒng)調(diào)度中中心（全網(wǎng)網(wǎng)）的三級(jí)級(jí)電壓控制制：三級(jí)電壓控控制為預(yù)防防控制，包包括的時(shí)間間跨度為幾幾十分鐘。。它的目的的在于發(fā)現(xiàn)現(xiàn)電壓穩(wěn)定定性的劣化化和采取必必要的措施施。這類控控制主要協(xié)協(xié)調(diào)各二級(jí)級(jí)控制系統(tǒng)統(tǒng)，指導(dǎo)值值班人員的的干預(yù)。除除了安全監(jiān)監(jiān)視和控制制外，經(jīng)濟(jì)濟(jì)問題主要要是在三級(jí)級(jí)控制考慮慮。同步