國網(wǎng)考試總結(jié)-高等電力系統(tǒng)分析

國網(wǎng)考試總結(jié)-高等電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析的基本概念電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析是電力系統(tǒng)規(guī)劃和調(diào)度的常用手段，用以判斷在發(fā)生預(yù)想事故（輸變電設(shè)備強(qiáng)迫退出運(yùn)行）后系統(tǒng)是否會過負(fù)荷或電壓越限的功能。電力系統(tǒng)動態(tài)安全分析用于判斷在發(fā)生預(yù)想事故后系統(tǒng)是否會失穩(wěn)的功能。靜態(tài)安全分析的基本方法：補(bǔ)償法，直流潮流法，靈敏度分析法。直流輸電的基本原理及穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型1、直流輸電線路輸送的電流和功率由線路兩端的直流電壓所決定，與兩端的交流系統(tǒng)的頻率和電壓相位無關(guān)。直流電壓的調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)換流器的觸發(fā)角和交流系統(tǒng)的電壓來實(shí)現(xiàn)的，換流器輸出直流電壓的改變，將決定直流電流的大小。（直流潮流的控制）2、由于交流變壓器等值電感的存在，相電流不能突變，因而換流器的供電電源從一相換到另一相時(shí)不能瞬時(shí)完成，需要經(jīng)過一個(gè)換相期，換相期所對應(yīng)的電角度稱為換相角。（換相角定義，范圍）3、由于換相角的存在，直流電壓的平均值將隨直流電流的增大而減小；換流器正常工作的觸發(fā)角的變化范圍減小。（換相角對直流系統(tǒng)的影響）4、換相電流中包含兩個(gè)分量，分別為常數(shù)分量和正弦分量。其中，常數(shù)分量隨著觸發(fā)角的增大而減小，正弦分量滯后于換相電壓90°。常數(shù)分量是短路電流中的自有分量，其產(chǎn)生機(jī)理是電感回路中的電流不能發(fā)生突變；正弦分量是短路電流中的強(qiáng)迫分量，由于短路回路是純電感回路，所以正弦分量的相位滯后于電源電壓90度。因此，換流器的穩(wěn)態(tài)工況是在換相期使交流系統(tǒng)兩相短路，在非換相期使交流系統(tǒng)單相斷線。（換相電流的理解）5、直流潮流的基本方程：整流器、逆變器、交流基波電流和直流電流、直流電壓和交流電壓的關(guān)系。6、直流穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方程中引入了等值換相電阻，等值換相電阻并不具有真實(shí)電阻的全部意義，它不吸收有功功率，其大小體現(xiàn)了直流電壓平均值隨直流電流增大而減小的斜率。等值換相電阻是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，不隨系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的改變而改變。由于等值電阻的引入，換相角不顯含在直流潮流公式中，換相效應(yīng)完全由換相電阻與直流電流的乘積表征。（等值換相電阻，表達(dá)式）7、多橋換流器通常采用偶數(shù)個(gè)橋在直流側(cè)相串，在交流側(cè)相并的接線方法。雙橋換流器采用YY接線和Y△接線，使交流側(cè)電壓相位相差30°。（多橋換流器）8、一般的控制過程是，首先由自由控制系統(tǒng)調(diào)整觸發(fā)角（整流側(cè)為觸發(fā)角，逆變側(cè)為熄弧超前角）而使整個(gè)電力系統(tǒng)快速地達(dá)到合適的運(yùn)行狀態(tài)；然后通過調(diào)整換流變壓器的變比使換流器的觸發(fā)角運(yùn)行在合適的值域；最后通過交流系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整（電壓）使全系統(tǒng)運(yùn)行在理想狀態(tài)。（換流器的控制）9、直流系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行控制注意事項(xiàng)：（1）交流系統(tǒng)電壓的微小變化會引起直流電流的巨大變化，為防止直流電流的波動，快速調(diào)整換流器的觸發(fā)角以跟蹤交流電壓的變化是直流系統(tǒng)正常運(yùn)行的必要條件；（2）換流器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行調(diào)整應(yīng)盡可能使其直流電壓在額定電壓附近，過低的直流電壓將伴隨較大的直流電流，較大的直流電流直接增大直流線路上的功率損耗，同時(shí)還增大交流系統(tǒng)的功率損耗。此外，直流電流越大，電流衰減越慢，導(dǎo)致?lián)Q相角越大，大的換相角會使觸發(fā)角的變化范圍減??；（3）換流器的穩(wěn)定運(yùn)行調(diào)整應(yīng)使功率因數(shù)盡可能高，較高的功率因數(shù)可以減小在交流系統(tǒng)的無功補(bǔ)償容量，其次可以充分利用換流器和換流變壓器的容量傳輸較大的有功功率，再者可以降低系統(tǒng)的功率損耗。要想提高功率因數(shù)，對整流器而言應(yīng)使觸發(fā)角較小，對逆變器而言應(yīng)使熄弧超前角減小。10、直流系統(tǒng)常用的控制方式有：定電流控制、定電壓控制、定功率控制、定控制角控制和定變比控制。其中整流器常采用定變比（定功率）和定電流控制，逆變器常采用定變比（定電壓）和定熄弧角控制。（控制方法）11、交直流混連系統(tǒng)的潮流計(jì)算主要有統(tǒng)一迭代法（聯(lián)合求解法）和交替迭代法。統(tǒng)一迭代法以極坐標(biāo)形式下的牛頓法為基礎(chǔ)，將交流節(jié)點(diǎn)電壓的幅值和相角與直流系統(tǒng)中的直流電壓、直流電流、換流變壓器變比、換流器的功率因數(shù)及換流器控制角統(tǒng)一進(jìn)行迭代求解。具有良好的收斂性，對于不同結(jié)構(gòu)、參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)以及直流系統(tǒng)的各種控制方式的算例，都能可靠求解。交替迭代法是統(tǒng)一迭代法的簡化，將交流系統(tǒng)方程和直流系統(tǒng)方程分別求解。求解交流系統(tǒng)時(shí)，將直流系統(tǒng)用接在相應(yīng)節(jié)點(diǎn)上的已知其有功功率和無功功率的負(fù)荷來等值；求解直流系統(tǒng)時(shí)，將交流系統(tǒng)等值為加在換流器交流母線上的一個(gè)恒定電壓。當(dāng)交流系統(tǒng)較弱時(shí)，交替迭代法收斂性變差。（交直流系統(tǒng)潮流計(jì)算方法）12、以換流器直流額定功率為基準(zhǔn)，從換流器交流側(cè)母線處觀察到的交流系統(tǒng)等值電抗的標(biāo)幺值的倒數(shù)稱為短路比（SCR）。短路比越大，系統(tǒng)越強(qiáng)。短路比小于3稱之為弱交流系統(tǒng)，其中弱交流系統(tǒng)有很大的等值電抗，從而使得換流器交流母線電壓對注入功率的變化非常敏感。柔性輸電的工作原理和穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型工作原理靜止無功補(bǔ)償器（staticvarcompensator,SVC）晶閘管控制的串聯(lián)補(bǔ)償器（thyristorcontrolledseriescompensator,TCSC）靜止同步補(bǔ)償器（staticsynchronouscompensator,STATCOM）統(tǒng)一潮流控制器（unifiedpowerflowcontroller,UPFC）靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器（staticsynchronousseriescompensator,SSSC）晶閘管控制的移相器（thyristorcontrolledphaseshiftingtransformer,TCPST）1、柔性輸電裝置在系統(tǒng)中的連接方式可以分為串聯(lián)型、并聯(lián)型和綜合型。其中SVC和STATCOM為并聯(lián)型；TCSC和SSSC為串聯(lián)型；TCPST和UPFC為綜合型。2、SVC可以看作并聯(lián)在系統(tǒng)中的一個(gè)可變電納，其電納值由SVC的控制器決定。SVC通過控制晶閘管的導(dǎo)通角從零到π/2的過程，Xsvc從容性最大連續(xù)地變?yōu)楦行宰畲笾?，同常情況下，其控制信號為所并聯(lián)節(jié)點(diǎn)的電壓。SVC是通過調(diào)整其中的電感介入系統(tǒng)時(shí)間的長短來改變自身的等值電抗，STATCOM是通過調(diào)整其交流輸出電壓的幅值和相位。3、STATCOM將電壓型逆變器經(jīng)電抗器或變壓器并聯(lián)在系統(tǒng)中，可以表示成并聯(lián)在系統(tǒng)中的一個(gè)受控電流源，其幅值和相位由STATCOM的控制器決定。（等值電路圖）STATCOM有兩個(gè)控制變量，分別是相角δ和脈寬θ，其中只有δ是自由的（近似分析忽略電阻，即等值銅耗和STACOM的有功損耗時(shí)，θ為自由控制變量）。通過調(diào)整相角，補(bǔ)償電流的幅值和相位都發(fā)生變化，即可以通過保持脈寬不變，調(diào)整相角改變STATCOM向系統(tǒng)中輸入的無功功率，同時(shí)電容電壓將隨之改變；同時(shí)調(diào)整相角和脈寬可以使電容電壓保持常數(shù)而只調(diào)整無功功率。當(dāng)STATCOM從系統(tǒng)中吸收無功功率時(shí)，Vs滯后VSVG的電角度為δ；注入無功功率時(shí)，Vs超前VSVG的電角度為δ。電流超前VSVG時(shí)向系統(tǒng)注入無功功率，反之吸收無功功率。4、TCSC可表示成串聯(lián)在線路中的一個(gè)可變電抗，其容抗值由TCSC的控制器決定。TCSC可以快速、連續(xù)地改變所補(bǔ)償?shù)妮旊娋€路的等值電抗，因此，在一定的運(yùn)行范圍內(nèi)可以將此線路的輸送功率控制為期望的數(shù)值。調(diào)整閥的導(dǎo)通角將使串聯(lián)在線路中的電抗XTCSC發(fā)生變化，從而使得線路的等值電抗成為一個(gè)可控參數(shù)。由于對閥的控制是由按一定的控制策略事先設(shè)計(jì)的控制器完成的，在其動態(tài)響應(yīng)特性理想的條件下，可以使輸電線路的輸電容量達(dá)到其熱穩(wěn)極限。5、SSSC是將電壓型逆變器經(jīng)變壓器串聯(lián)在線路中，可以表示為串聯(lián)在系統(tǒng)中的一個(gè)電壓源，其幅值和相位由SSSC的控制器決定。當(dāng)純無功補(bǔ)償時(shí)，電壓源的相位總與線路電流相垂直。6、TCPST由并聯(lián)變壓器（激勵(lì)變壓器）、串聯(lián)變壓器（加壓變壓器）和切換開關(guān)構(gòu)成，用于調(diào)整節(jié)點(diǎn)電壓相位。對于并聯(lián)變壓器（一次側(cè)為△接法），一次側(cè)的a、b、c三相輸入分別為線路的b、c、a相。移相器通過控制開關(guān)，即改變變比k，調(diào)整角度φ=f（k），因此，其控制參數(shù)為輸出電壓的模值和相位。由于移相器是無源元件，忽略自身的功率損耗，移相器輸出的復(fù)功率與輸入的復(fù)功率相等，即串聯(lián)電壓源發(fā)出的功率全部由并聯(lián)電流源從系統(tǒng)吸收。7、UPFC相當(dāng)于STATCOM與SSSC的組合，兩個(gè)由GTO實(shí)現(xiàn)的電壓型換流器共用一個(gè)直流電容，從而使STATCOM與SSSC發(fā)生耦合。一臺UPFC有三個(gè)獨(dú)立變量，分別為電流（線路參數(shù)），電壓幅值和電壓相位，可以同時(shí)控制3個(gè)運(yùn)行變量，分別為有功功率，無功功率和電壓。UPFC為無源元件，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行條件下，必須保持電容電壓為常數(shù)，因此，可以由兩條阻抗與理想電壓源串聯(lián)的支路表示。盡管穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)需要保持電容電壓為常數(shù)，但是兩個(gè)換流器由于直流電容的耦合，允許STATCOM從系統(tǒng)吸收有功功率然后經(jīng)直流電容由SSSC送回系統(tǒng)，或者相反。這樣，UPFC中串聯(lián)變壓器輸出電壓的模值和相位都可以任意調(diào)整；UPFC中并聯(lián)變壓器支路除了對系統(tǒng)提供并聯(lián)無功補(bǔ)償外，還承擔(dān)系統(tǒng)有功功率與串聯(lián)變壓器有功功率的交換。8、TCSC和SSSC用于補(bǔ)償線路參數(shù)，SVC和STATCOM用于控制節(jié)點(diǎn)電壓幅值，TCPST用于調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)電壓相位。數(shù)學(xué)模型9、含有柔性元件的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算可以分為兩類：第一類，根據(jù)具體的柔性輸電元件的功能和系統(tǒng)運(yùn)行的需要給出潮流控制目標(biāo)，通過計(jì)算獲得電力系統(tǒng)潮流和柔性輸電元件的控制參數(shù)；第二類，給定柔性輸電元件的控制參數(shù)，通過計(jì)算獲得系統(tǒng)潮流。10、在潮流計(jì)算中SVC和STATCOM可以看作并聯(lián)在節(jié)點(diǎn)上的電容或電抗，向系統(tǒng)注入或從系統(tǒng)吸收無功功率，所以在潮流計(jì)算中將其看作PV節(jié)點(diǎn)，控制目標(biāo)是支撐該節(jié)點(diǎn)電壓的幅值為給定值。當(dāng)系統(tǒng)的容量約束不滿足條件時(shí)，可以將控制目標(biāo)改為定無功功率輸出，從而將裝有該裝置的節(jié)點(diǎn)設(shè)為PQ節(jié)點(diǎn)，重新進(jìn)行計(jì)算。11、含有TCSC潮流計(jì)算時(shí)，相當(dāng)于系統(tǒng)增加了一個(gè)新節(jié)點(diǎn)P。12、由于SSSC自身有兩個(gè)控制變量，即逆變器交流輸出電壓的幅值和相位，因此潮流計(jì)算方程需要增加兩個(gè)。其中一個(gè)是對交流系統(tǒng)的控制目標(biāo)，通常設(shè)定SSSC所在線路的有功功率為常數(shù)；另一個(gè)是SSSC自身的條件約束，即保持電容電壓為額定常數(shù)。和TCSC相比，SSSC不需要增加節(jié)點(diǎn)。13、TCPST在計(jì)算時(shí)，將其節(jié)點(diǎn)注入功率描述，從而使系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣仍是對稱的。14、含有UPFC的潮流計(jì)算任務(wù)是：對于系統(tǒng)的某種運(yùn)行方式和UPFC的控制目標(biāo)，計(jì)算系統(tǒng)所有節(jié)點(diǎn)電壓的幅值與相角和UPFC的控制參數(shù)。15、采用解耦法的計(jì)算方法中，由于UPFC能獨(dú)立于其串聯(lián)補(bǔ)償而向系統(tǒng)提供并聯(lián)補(bǔ)償，故UPFC并聯(lián)變壓器所連接的節(jié)點(diǎn)電壓幅值可以控制為定值，也可以將補(bǔ)償?shù)臒o功功率控制為定值；UP