靜態(tài)安全分析(一)

第四章靜態(tài)安全分析

劉寶柱電力系統(tǒng)研究所參考書1、高等電力網(wǎng)絡(luò)分析張伯明2、電力系統(tǒng)分析（上）諸俊偉超星3、電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析吳際舜超星4、現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析王錫凡5、中國期刊網(wǎng)上的文獻(xiàn)主要內(nèi)容主要內(nèi)容概述：運(yùn)行狀態(tài)及轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)等值：Ward等值

線路開斷模擬：直流法補(bǔ)償法機(jī)組開斷模擬：直流法靜態(tài)頻率特性法預(yù)想事故分析內(nèi)容聯(lián)系狀態(tài)估計(jì)實(shí)時(shí)方式靜態(tài)安全分析潮流計(jì)算研究方式安全運(yùn)行的約束

系統(tǒng)負(fù)荷需求：E－滿足

NE－不滿足

功率平衡

運(yùn)行約束：C－滿足

NC－不滿足

電壓約束，線路潮流約束等

可靠性約束：

R－滿足

NR－不滿足

預(yù)想故障分析恢復(fù)控制緊急控制運(yùn)行狀態(tài)的劃分正常狀態(tài)ECR恢復(fù)狀態(tài)NECNR警戒狀態(tài)ECNR緊急狀態(tài)ENCNR瓦解狀態(tài)NENCNR預(yù)防控制校正控制發(fā)電量不足元件故障的可能后果機(jī)組故障喪失發(fā)電量線路故障機(jī)組孤立母線孤立冗余降低約束越限連鎖故障系統(tǒng)崩潰系統(tǒng)解列失去負(fù)荷安全分析的迫切性60年代中期的大停電事故促進(jìn)了安全分析進(jìn)展安全分析目的：

用預(yù)想事故分析的方法來預(yù)知系統(tǒng)是否存在安全隱患，以便及早采取相應(yīng)的措施防止系統(tǒng)發(fā)生大的事故。

1965年11月9日美國東北部大停電損失25000MW，停電13h1967年6月5日美國PJM系統(tǒng)大停電損失10000MW，停電12h輸電線路過負(fù)荷，導(dǎo)致連鎖跳閘?。?！安全分析內(nèi)容靜態(tài)安全分析：判斷在發(fā)生預(yù)想事故后系統(tǒng)是否會過負(fù)荷或電壓越限的功能動態(tài)安全分析：

判斷在發(fā)生預(yù)想事故后系統(tǒng)是否會失穩(wěn)的功能外部網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)等值概述目標(biāo)：使等值后在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的各種操作調(diào)整后的穩(wěn)態(tài)分析與在全網(wǎng)未等值前所作的分析結(jié)果相同或十分相近。要求解內(nèi)容：外部系統(tǒng)等值網(wǎng)絡(luò)和等值邊界節(jié)點(diǎn)注入電流等值內(nèi)容：將原網(wǎng)絡(luò)劃分為內(nèi)部節(jié)點(diǎn)集合、邊界節(jié)點(diǎn)集合、外部系統(tǒng)集合，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通過狀態(tài)估計(jì)器提供潮流數(shù)據(jù)，外部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)由上一級電網(wǎng)控制中心提供外部網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)等值概述

等值目的①降低網(wǎng)絡(luò)分析的計(jì)算量和對內(nèi)存的需求②回避量測不全或無量測的網(wǎng)絡(luò)部分，降低量測信息需求量③刪除不關(guān)心的網(wǎng)絡(luò)部分，避免分析者分散注意力我國等值主要目的①網(wǎng)調(diào)度中心：對某些省網(wǎng)進(jìn)行等值處理②省調(diào)度中心：對某些與之相聯(lián)的省網(wǎng)進(jìn)行等值處理對省內(nèi)某些地區(qū)進(jìn)行等值處理③地調(diào)度中心：對相鄰地區(qū)或省網(wǎng)進(jìn)行等值處理靜態(tài)等值概述分類：拓?fù)浞ㄗR別法（非拓?fù)浞ǎ┳R別法：根據(jù)內(nèi)部系統(tǒng)實(shí)時(shí)量測信息估計(jì)出外部系統(tǒng)的等值，如果系統(tǒng)發(fā)生結(jié)構(gòu)改變應(yīng)重新啟動拓?fù)浞ǎ篧ard等值法1949WardREI等值法1975DimoWard等值法描述系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)電壓方程將節(jié)點(diǎn)分類：內(nèi)部系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)集合——I邊界節(jié)點(diǎn)集合——B外部系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)集合——E外部節(jié)點(diǎn)電壓量：Ward等值法消去UE合并后實(shí)際應(yīng)用時(shí)，功率代替電流上式的電流部分Ward等值法化為功率方程i12S2Si內(nèi)部系統(tǒng)邊界節(jié)點(diǎn)聯(lián)絡(luò)線等值支路等值注入S1Ward等值步驟1、選取一代表性運(yùn)行方式，利用潮流計(jì)算確定電壓值；2、確定內(nèi)部集及邊界節(jié)點(diǎn)集；3、消去外部系統(tǒng)，得到等值邊界節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納陣4、列寫等值研究系統(tǒng)的功率方程5、求解此等值研究系統(tǒng)的功率方程簡單系統(tǒng)算例－j4－j4－j4－j41234邊界節(jié)點(diǎn)ij0.1j0.2j0.2j0.2j0.1簡化前寫出相應(yīng)的導(dǎo)納陣并進(jìn)行Ward等值簡單系統(tǒng)算例簡單系統(tǒng)算例等值邊界導(dǎo)納陣：邊界節(jié)點(diǎn)ij1.11簡化后Ward等值缺點(diǎn)及改進(jìn)用等值網(wǎng)求解潮流時(shí)，迭代次數(shù)可能過多或完全不能收斂；等值網(wǎng)的潮流可能收斂到一個(gè)不可行解上；潮流結(jié)果可能誤差很大用等值功率注入代替邊界節(jié)點(diǎn)上的并聯(lián)支路；外部網(wǎng)的PV節(jié)點(diǎn)盡量保留；實(shí)時(shí)等值的處理稀疏性——等值與否的選擇缺點(diǎn)改進(jìn)措施改進(jìn)Ward等值法——緩沖等值法同心松弛：以發(fā)生預(yù)想事故的節(jié)點(diǎn)為中心，按各相關(guān)支路與中心聯(lián)系的緊密程度可以把其余節(jié)點(diǎn)劃分為若干層，各層受到事故擾動影響隨著與中心距離增大而逐步衰減。聯(lián)絡(luò)線故障或邊界節(jié)點(diǎn)上的擾動影響最大緩沖等值網(wǎng)：以邊界母線為中心，向外保留第一層節(jié)點(diǎn)，同時(shí)略去該層節(jié)點(diǎn)間的聯(lián)線，加上用Ward等值法得到的邊界節(jié)點(diǎn)上的等值注入緩沖等值網(wǎng)內(nèi)部系統(tǒng)邊界節(jié)點(diǎn)緩沖節(jié)點(diǎn)等值注入緩沖支路緩沖等值網(wǎng)的處理1、邊界點(diǎn)：等值注入和等值支路由常規(guī)Ward等值計(jì)算2、緩沖節(jié)點(diǎn)：處理為PV節(jié)點(diǎn)，規(guī)定有功注入為0，電壓為所連邊界節(jié)點(diǎn)電壓，由于緩沖支路電阻《電抗，相角取所連邊界節(jié)點(diǎn)電壓的相角3、如果邊界節(jié)點(diǎn)本身就是PV節(jié)點(diǎn)，則不需要緩沖4、當(dāng)邊界節(jié)點(diǎn)與PV相鄰時(shí)，也可不設(shè)緩沖節(jié)點(diǎn)改進(jìn)Ward等值法——Ward節(jié)點(diǎn)注入法1、用等值功率注入代替邊界節(jié)點(diǎn)上的并列支路2、外部網(wǎng)的PV節(jié)點(diǎn)盡量保留，原則：

①保留具有最大無功功率輸出能力的機(jī)組②保留的發(fā)電機(jī)應(yīng)與內(nèi)部系統(tǒng)電氣距離較近③消去其余的所有發(fā)電機(jī)和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)

i12S1S2SikPk保留的PV母線SeSt聯(lián)絡(luò)線改進(jìn)Ward等值法——Ward節(jié)點(diǎn)注入法3、邊界功率匹配邊界節(jié)點(diǎn)的功率注入可以由邊界節(jié)點(diǎn)和內(nèi)部系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)器提供的電壓計(jì)算得到（1）規(guī)劃設(shè)計(jì)：潮流計(jì)算得到k的電壓值，按照邊界節(jié)點(diǎn)注入功率計(jì)算（2）在線應(yīng)用：可令Pk=0，Uk為已知，但相角

θk未知，故Se未知。問題：如何計(jì)算Se，才能得到Si？改進(jìn)Ward等值法——Ward節(jié)點(diǎn)注入法邊界節(jié)點(diǎn)1的等值注入功率：其中St——聯(lián)絡(luò)線功率

Se——保留PV節(jié)點(diǎn)向節(jié)點(diǎn)1提供的功率

Sb——來自其他邊界節(jié)點(diǎn)的功率為求Se，利用PQ分解法：方程數(shù)＝保留的PV節(jié)點(diǎn)數(shù)Ward節(jié)點(diǎn)注入法步驟：1、確定擬消去的外部節(jié)點(diǎn)集合，其中不包括擬保留的PV節(jié)點(diǎn)，不計(jì)外部系統(tǒng)的對地支路2、消去外部節(jié)點(diǎn)，求出邊界節(jié)點(diǎn)間的等值支路、邊界節(jié)點(diǎn)與保留PV節(jié)點(diǎn)間的等值支路3、離線應(yīng)用：潮流計(jì)算得到各節(jié)點(diǎn)的電壓大小和角度，計(jì)算出Se，則邊界節(jié)點(diǎn)注入可求4、在線應(yīng)用：在線邊界匹配求出邊界節(jié)點(diǎn)的等值注入基本節(jié)點(diǎn)與基本支路基本節(jié)點(diǎn)：外部系統(tǒng)中的某些節(jié)點(diǎn)或支路對內(nèi)部系統(tǒng)有著較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)，此節(jié)點(diǎn)狀態(tài)改變對內(nèi)部系統(tǒng)的潮流分配有著明顯的影響基本支路：連接基本節(jié)點(diǎn)的支路靜態(tài)等值時(shí)基本節(jié)點(diǎn)與基本支路應(yīng)盡量保留靈敏度分析確定基本節(jié)點(diǎn)基本節(jié)點(diǎn)的確定牛頓法修正方程①假定有功注入不變可得基本節(jié)點(diǎn)的確定基本節(jié)點(diǎn)集合：外部的節(jié)點(diǎn)中對邊界節(jié)點(diǎn)有較大影響展開取一門檻值衡量電壓靈敏度：②假定無功注入不變直流法潮流計(jì)算支路潮流：極坐標(biāo)法展開：假設(shè)條件：直流法潮流計(jì)算簡化為：節(jié)點(diǎn)i注入功率：整理：直流法潮流計(jì)算數(shù)學(xué)模型：直流法安全分析某支路開斷：若支路km開斷km展開：則直流法安全分析支路km開斷后任一支路功率判斷是否越限——支路km開斷后節(jié)點(diǎn)相角變化量的列向量為計(jì)算方便兩條線路開斷kmpq支路km和pq同時(shí)開斷后兩條線路開斷雙重開斷后其余支路功率增量直流法小結(jié)1、簡單快速，能夠適應(yīng)實(shí)時(shí)安全分析之需要；2、精度不高；3、只能分析線路有功，不能明確電壓、無功問題；4、利用單一支路開斷結(jié)果，可以簡便計(jì)算多重故障；補(bǔ)償法支路開斷時(shí)，在該支路兩端點(diǎn)引入補(bǔ)償電流或功率，模擬支路開斷的影響原導(dǎo)納陣不變，因子表不用重新計(jì)算原網(wǎng)絡(luò)U1UiUjUnI1IiIjIn+Iij-IijIij原注入電流：新注入電流：新節(jié)點(diǎn)電壓方程計(jì)算Iij迭加法：原網(wǎng)絡(luò)