電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件

第五章電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析概述Ward等值支路開(kāi)斷模擬直流法賠償法靈敏度分析法發(fā)電機(jī)開(kāi)斷模擬預(yù)想事故自動(dòng)選擇電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第1頁(yè)一、概述伴隨系統(tǒng)總?cè)萘吭黾?，網(wǎng)絡(luò)不停擴(kuò)大，系統(tǒng)出現(xiàn)故障可能性也日趨增加。最終造成用戶(hù)供電中止。為確保供電連續(xù)性，要求系統(tǒng)安全可靠。可靠性：在互連系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)方面，出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)確保對(duì)負(fù)荷連續(xù)供電能力。是一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間概念。安全性：在互連系統(tǒng)運(yùn)行方面，出現(xiàn)故障時(shí)確保對(duì)負(fù)荷連續(xù)供電能力。是時(shí)變或瞬時(shí)性問(wèn)題。當(dāng)前安全分析，大部分采取確定性方法，用時(shí)尚和穩(wěn)定程序?qū)ψ顕?yán)重事故情況進(jìn)行大量運(yùn)算。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第2頁(yè)安全分析目標(biāo)：提升系統(tǒng)安全性。必須從系統(tǒng)規(guī)劃、系統(tǒng)調(diào)度操作、系統(tǒng)維修等方面統(tǒng)一考慮，最終表達(dá)在系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)上。電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)用四種狀態(tài)來(lái)描述：安全正常狀態(tài)不安全正常狀態(tài)緊急狀態(tài)恢復(fù)狀態(tài)電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第3頁(yè)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)對(duì)安全解釋?zhuān)赫９╇娗闆r下，是否能保持時(shí)尚及電壓模值等在允許范圍以?xún)?nèi)表示。等式約束形式：g(x)=0.式中：x為系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)量。能夠認(rèn)為是功率平衡。在含有合格電能質(zhì)量條件下，相關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)處于其運(yùn)行限值以?xún)?nèi)，即沒(méi)有過(guò)負(fù)荷。

即：Uimin≤Ui≤UimaxPkmin≤Pi≤PkmaxQkmin≤Qi≤Qkmax

也可寫(xiě)成：h(x)≤0總而言之：電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足等式和不等式兩種約束條件。這時(shí)處于運(yùn)行正常狀態(tài)。

電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第4頁(yè)正常狀態(tài)電力系統(tǒng)可分為安全正常狀態(tài)與不安全正常狀態(tài)。已處于正常狀態(tài)電力系統(tǒng)，在承受一個(gè)合理預(yù)想事故集（contingencyset）擾動(dòng)之后，假如仍不違反等約束及不等約束，則該系統(tǒng)處于安全正常狀態(tài)。假如運(yùn)行在正常狀態(tài)下電力系統(tǒng)，在承受要求預(yù)想事故集擾動(dòng)過(guò)程中，只要有一個(gè)預(yù)想事故使得系統(tǒng)不滿(mǎn)足運(yùn)行不等式約束條件，就稱(chēng)該系統(tǒng)處于不安全正常狀態(tài)。預(yù)防控制：使系統(tǒng)從不安全正常狀態(tài)轉(zhuǎn)變到安全正常狀態(tài)控制伎倆。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第5頁(yè)電力系統(tǒng)安全分析：應(yīng)用預(yù)想事故分析方法來(lái)預(yù)知系統(tǒng)是否存在隱患，即處于不安全正常狀態(tài)，采取對(duì)應(yīng)辦法使之恢復(fù)到安全正常狀態(tài)。靜態(tài)安全分析：用來(lái)判斷在發(fā)生預(yù)想事故后系統(tǒng)是否會(huì)發(fā)生過(guò)負(fù)荷或電壓越限等。暫態(tài)安全分析：判斷系統(tǒng)是否會(huì)失穩(wěn)。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第6頁(yè)緊急狀態(tài)：運(yùn)行在只滿(mǎn)足等式約束條件但不滿(mǎn)足不等式狀態(tài)。持久性緊急狀態(tài)：沒(méi)有失去穩(wěn)定性質(zhì)，可經(jīng)過(guò)校正控制使之回到安全狀態(tài)。穩(wěn)定性緊急狀態(tài)：可能失去穩(wěn)定緊急狀態(tài)。經(jīng)過(guò)緊急控制到恢復(fù)狀態(tài)。緊急控制普通包含甩負(fù)荷，切機(jī)，解列控制。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)緊急控制后回到恢復(fù)狀態(tài)時(shí)可能不滿(mǎn)足等式約束，而滿(mǎn)足不等式約束，或一部分滿(mǎn)足約束，另一部分不滿(mǎn)足。對(duì)處于恢復(fù)狀態(tài)系統(tǒng)，普通經(jīng)過(guò)恢復(fù)控制使之進(jìn)入正常狀態(tài)。恢復(fù)控制普通有開(kāi)啟備用機(jī)組，重新并列系統(tǒng)等。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第7頁(yè)電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第8頁(yè)能量管理系統(tǒng)（EMS）包含SCADA、安全監(jiān)控及其它調(diào)度管理與計(jì)劃功效系統(tǒng)?；A(chǔ)：SCADA、狀態(tài)預(yù)計(jì)、安全分析運(yùn)行控制：自動(dòng)發(fā)電控制、負(fù)荷控制、電壓控制、調(diào)度員培訓(xùn)仿真等。電能管理：發(fā)電計(jì)劃、經(jīng)濟(jì)調(diào)度、負(fù)荷預(yù)測(cè)、電能交易評(píng)定、運(yùn)行規(guī)劃等電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第9頁(yè)二、電力系統(tǒng)靜態(tài)等值應(yīng)用等值方法能夠大大縮小問(wèn)題計(jì)算規(guī)模，系統(tǒng)中一些不可觀察部分也經(jīng)過(guò)等值方法來(lái)處理。電力系統(tǒng)按計(jì)算要求分研究系統(tǒng)和外部系統(tǒng)。前者要求詳細(xì)計(jì)算，后者可用等值計(jì)算來(lái)取代。研究系統(tǒng)可分為邊界系統(tǒng)和內(nèi)部系統(tǒng)。邊界系統(tǒng)是指內(nèi)部系統(tǒng)與外部系統(tǒng)相聯(lián)絡(luò)邊界點(diǎn)（或邊界母線(xiàn)）。內(nèi)部系統(tǒng)與邊界系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)支路稱(chēng)為聯(lián)絡(luò)線(xiàn)。外部等值方法必須確保被研究系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行條件發(fā)生改變時(shí)，其等值網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果應(yīng)與未簡(jiǎn)化前由全系統(tǒng)計(jì)算分析結(jié)果相近。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第10頁(yè)互聯(lián)電力系統(tǒng)劃分互聯(lián)絡(luò)統(tǒng)可用劃分成研究系統(tǒng)ST和外部系統(tǒng)E兩部分。一些文件把研究系統(tǒng)分成邊界系統(tǒng)B和內(nèi)部系統(tǒng)I。如右。還有一個(gè)，把內(nèi)部系統(tǒng)稱(chēng)為研究系統(tǒng)，而邊界母線(xiàn)歸并在外部系統(tǒng)中。普通WARD等值用前種，REI等值用后一個(gè)。REI：RedialEquipmentIndependent互聯(lián)絡(luò)統(tǒng)第一個(gè)劃分互聯(lián)絡(luò)統(tǒng)第二種劃分電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第11頁(yè)Ward等值互聯(lián)絡(luò)統(tǒng)可用以下一組線(xiàn)性方程組表示如將電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)分為三類(lèi)：以子集I表示內(nèi)部系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)集合，子集B為邊界節(jié)點(diǎn)集合，子集E為外部系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)集合。式（1）可寫(xiě)成（1）（2）電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第12頁(yè)消去式（2）中UE，得消去外部節(jié)點(diǎn)后YBB受到修正，亦即邊界節(jié)點(diǎn)自導(dǎo)納與互導(dǎo)納改變。外部系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)注入電流IE經(jīng)過(guò)分配矩陣D被分配到邊界節(jié)點(diǎn)上，分配矩陣D為或?qū)懗桑?）（4）電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第13頁(yè)對(duì)線(xiàn)性系統(tǒng)來(lái)說(shuō)式(3)、(4)是一個(gè)嚴(yán)格等值。只要IE不變，在任何IB、II下，由（3）求得UB、UI都與未等值網(wǎng)一致。但在實(shí)際應(yīng)用中，需要注入功率來(lái)代替注入電流，即則（3）可寫(xiě)成（5）電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第14頁(yè)若E定義為則式(5)可寫(xiě)成（6）基本情況下外部系統(tǒng)注入功率分配到邊界節(jié)點(diǎn)上注入功率增量電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第15頁(yè)假如系統(tǒng)是在某一基本運(yùn)行方式下進(jìn)行等值，則外部系統(tǒng)注入功率分配到邊界節(jié)點(diǎn)上注入功率增量值為（7）等值是不嚴(yán)格：因?yàn)橥獠肯到y(tǒng)注入功率在邊界節(jié)點(diǎn)上分配與U*B相關(guān)。等值后邊界注入功率式（6）與運(yùn)行方式相關(guān)。在非基本運(yùn)行方式下，因?yàn)橥獠抗?jié)點(diǎn)電壓UE不一樣于基本情況，而（7）卻引入了基本情況下UE，也有誤差。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第16頁(yè)形成Ward等值步驟（1）選取一個(gè)有代表性基本運(yùn)行方式，經(jīng)過(guò)時(shí)尚計(jì)算確定全網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)復(fù)電壓。（2）選取內(nèi)部系統(tǒng)范圍和確定邊界節(jié)點(diǎn)，然后對(duì)以下矩陣進(jìn)行高斯消元。目標(biāo)：消去外部系統(tǒng)，保留邊界節(jié)點(diǎn)，得到僅含邊界節(jié)點(diǎn)外部等值導(dǎo)納陣。YBB–YBEYEE-1YEB(3)依據(jù)式（7）計(jì)算出分配到邊界節(jié)點(diǎn)上注入功率增量，并將其加到邊界節(jié)點(diǎn)原有注入上，得到邊界節(jié)點(diǎn)等值注入PiEQ、QiEQ。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第17頁(yè)

邊界節(jié)點(diǎn)等值注入PiEQ、QiEQ

另一形成方法:在已知基本運(yùn)行方式下內(nèi)部與邊界節(jié)點(diǎn)i電壓模值與相角Ui0,θi0后，則PiEQ,QiEQ另外表示方式為：式中：gij+jbij為與邊界節(jié)點(diǎn)i相連聯(lián)絡(luò)線(xiàn)或等值支路導(dǎo)納。θij0表示邊界節(jié)點(diǎn)i和相鄰節(jié)點(diǎn)j之間電壓相角差。gio+jbio為支路i側(cè)對(duì)地支路導(dǎo)納；jωi表示節(jié)點(diǎn)j與i相鄰。優(yōu)點(diǎn)：在實(shí)時(shí)情況下，外部系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)改變不知，而內(nèi)部和邊界節(jié)點(diǎn)復(fù)電壓和聯(lián)絡(luò)線(xiàn)時(shí)尚，能夠隨時(shí)由狀態(tài)預(yù)計(jì)器

提供。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第18頁(yè)Ward等值后網(wǎng)絡(luò)接線(xiàn)電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第19頁(yè)Ward等值網(wǎng)缺點(diǎn)迭代次數(shù)可能過(guò)多或完全不收斂。等值網(wǎng)時(shí)尚計(jì)算可能收斂在不可行解上。時(shí)尚計(jì)算結(jié)果可能誤差太大。原因：這是因?yàn)榍笕〉戎凳窃诨具\(yùn)行方式下進(jìn)行，而在系統(tǒng)實(shí)時(shí)情況下，因?yàn)檫\(yùn)行方式改變會(huì)造成外部系統(tǒng)實(shí)際注入改變和參數(shù)發(fā)生改變，所以造成時(shí)尚計(jì)算誤差。

這種現(xiàn)象在無(wú)功功率方面表現(xiàn)得更為突出。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第20頁(yè)Ward等值法改進(jìn)辦法并聯(lián)支路處理：等值后并聯(lián)支路，代表了從邊界節(jié)點(diǎn)看出去外部網(wǎng)絡(luò)對(duì)地電容和賠償并聯(lián)支路。因?yàn)橥獠烤W(wǎng)絡(luò)串聯(lián)阻抗值較小，所以外部系統(tǒng)并聯(lián)支路有集聚于邊界節(jié)點(diǎn)趨勢(shì)。等值在邊界并聯(lián)支路，產(chǎn)生錯(cuò)誤并聯(lián)支路響應(yīng)模型。如：邊界節(jié)點(diǎn)電壓微小改變，造成并聯(lián)支路無(wú)功功率顯著增加。而實(shí)際外部系統(tǒng)一些節(jié)點(diǎn)電壓，通常受鄰近PV節(jié)點(diǎn)支援，邊界節(jié)點(diǎn)電壓改變，對(duì)這些節(jié)點(diǎn)電壓影響很小。所以：等值時(shí)盡可能不用并聯(lián)支路，而經(jīng)過(guò)求邊界等值注入來(lái)計(jì)及影響?？紤]并聯(lián)支路聚集效應(yīng)。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第21頁(yè)保留外部系統(tǒng)部分PV節(jié)點(diǎn)；在等值時(shí)，假如外部系統(tǒng)中含有PV節(jié)點(diǎn)，則內(nèi)部系統(tǒng)中發(fā)生事故開(kāi)斷時(shí)，應(yīng)保持外部PV節(jié)點(diǎn)對(duì)內(nèi)部系統(tǒng)無(wú)功支援。不然，等值網(wǎng)時(shí)尚解算結(jié)果差。做法：進(jìn)行外部等值時(shí)，保留無(wú)功出力大，且與內(nèi)部

系統(tǒng)電氣距離小PV節(jié)點(diǎn)。

電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第22頁(yè)非基本運(yùn)行方式下WARD等值校正：以?xún)?nèi)部系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)作狀態(tài)預(yù)計(jì)，求出邊界節(jié)點(diǎn)電壓模值與電壓相角；然后以全部邊界節(jié)點(diǎn)作為平衡節(jié)點(diǎn)，對(duì)基本運(yùn)行方式下外部等值系統(tǒng)（由邊界節(jié)點(diǎn)及保留外部系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)組成）作時(shí)尚計(jì)算。對(duì)保留PV節(jié)點(diǎn)：有功注入為0，電壓模值為給定值，相角取邊界節(jié)點(diǎn)相角平均值。時(shí)尚計(jì)算求得邊界注入用于校正基本運(yùn)行方式下注入。假如校正后注入進(jìn)行狀態(tài)預(yù)計(jì)時(shí)，與內(nèi)部信息有較大殘差，可修改邊界節(jié)點(diǎn)電壓模值與相角，重復(fù)計(jì)算2－3次。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第23頁(yè)導(dǎo)納陣稀疏性變差是Ward等值法必定結(jié)果YEQ稀疏性取決于消去范圍大小。如1000節(jié)點(diǎn)1500條支路系統(tǒng)等值成200節(jié)點(diǎn)。其中100個(gè)是邊界節(jié)點(diǎn)。等值后矩陣等值支路有：

100×99/2＝4950條是原來(lái)三倍。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第24頁(yè)WARD等值算例如圖所表示，各條支路導(dǎo)納和節(jié)點(diǎn)注入電流在圖上標(biāo)出。將系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)劃分為：內(nèi)部系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)集I＝{5}，邊界系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)集B＝{3，4}，外部系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)集E＝{1,2}，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行WARD等值。解：首先寫(xiě)出網(wǎng)絡(luò)方程：電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第25頁(yè)則有電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第26頁(yè)求邊界等值導(dǎo)納矩陣：電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第27頁(yè)得到邊界等值導(dǎo)納矩陣：求邊界等值注入電流：等值后網(wǎng)絡(luò)方程以下：電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第28頁(yè)

電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析是依據(jù)系統(tǒng)中可能發(fā)生擾動(dòng)來(lái)評(píng)定系統(tǒng)安全性。預(yù)想事故通常包含支路開(kāi)斷與發(fā)電機(jī)開(kāi)斷兩類(lèi)。

支路開(kāi)斷模擬就是對(duì)基本運(yùn)行狀態(tài)電力系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)支路開(kāi)斷計(jì)算（開(kāi)斷時(shí)尚）分析來(lái)校核其安全性。

開(kāi)斷時(shí)尚：指網(wǎng)絡(luò)中元件開(kāi)斷并退出運(yùn)行后時(shí)尚。開(kāi)斷時(shí)尚是以開(kāi)斷前時(shí)尚作為初值進(jìn)行計(jì)算。三．支路開(kāi)斷模擬電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第29頁(yè)

支路開(kāi)斷模擬或開(kāi)斷時(shí)尚作為在線(xiàn)應(yīng)用時(shí)，對(duì)計(jì)算速度要求很高，所以需要快速求解。慣用計(jì)算方法有：直流法、賠償法、靈敏度分析法，這些方法各具特色，現(xiàn)分別介紹以下。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第30頁(yè)1直流法

直流時(shí)尚模型把非線(xiàn)性電力系統(tǒng)時(shí)尚問(wèn)題簡(jiǎn)化為線(xiàn)性電路問(wèn)題，從而使分析計(jì)算非常方便。直流時(shí)尚模型缺點(diǎn)是準(zhǔn)確度差，只能校驗(yàn)過(guò)負(fù)荷，不能校驗(yàn)電壓越界情況。但直流時(shí)尚模型計(jì)算快，適合處理斷線(xiàn)分析，而且便于形成用線(xiàn)性規(guī)劃求解優(yōu)化問(wèn)題。所以，得到了廣泛應(yīng)用。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第31頁(yè)直流時(shí)尚數(shù)學(xué)模型寫(xiě)成另一個(gè)形式其中電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第32頁(yè)

直流時(shí)尚斷線(xiàn)模型應(yīng)用直流時(shí)尚模型求解輸電系統(tǒng)狀態(tài)和支路有功時(shí)尚非常簡(jiǎn)單。而且，因?yàn)槟Ｐ褪蔷€(xiàn)性，故能夠快速進(jìn)行追加和開(kāi)斷線(xiàn)路后時(shí)尚計(jì)算。原理：原網(wǎng)絡(luò)直流時(shí)尚公式：

當(dāng)支路（或追加）開(kāi)斷后，而注入功率P沒(méi)有改變時(shí)，直流時(shí)尚公式為：

電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第33頁(yè)1）阻抗矩陣改變△X設(shè)原輸電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣為x，支路k兩端節(jié)點(diǎn)為i、j。這里支路是指兩節(jié)點(diǎn)間各線(xiàn)路并聯(lián)，線(xiàn)路是支路中一個(gè)元件。當(dāng)支路k增加一條電抗為XK線(xiàn)路（稱(chēng)追加線(xiàn)路）時(shí)，形成新網(wǎng)絡(luò)。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第34頁(yè)

應(yīng)用支路追加原理，新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣為

(3-64)

式中(3-65)

(3-66)電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第35頁(yè)

式(3-66)能夠簡(jiǎn)寫(xiě)為

(3-67)

式中：(3-68)

由式(3-67)可知節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣修正量為

(3-70)電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第36頁(yè)

2）狀態(tài)量改變

在節(jié)點(diǎn)注入功率不變情況下，能夠直接得到追加線(xiàn)路k后狀態(tài)向量增量

(3-71)

3)追加線(xiàn)路后狀態(tài)向量

電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第37頁(yè)

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)支路k時(shí)只要將XK換為-XK，以上公式一樣適用。必須指出，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)斷支路k使系統(tǒng)解列時(shí)，新阻抗矩陣不存在，這時(shí)式(3-68)中為無(wú)窮大，所以，應(yīng)用直流時(shí)尚模型能夠方便地找出網(wǎng)絡(luò)中那些開(kāi)斷后引發(fā)系統(tǒng)解列線(xiàn)路，對(duì)于這些線(xiàn)路不能直接進(jìn)行斷線(xiàn)分析。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第38頁(yè)2賠償法賠償法：將支路開(kāi)斷視為該支路未被斷開(kāi)，而在其兩端節(jié)點(diǎn)處引入某一待求賠償電流，以此來(lái)模擬支路開(kāi)斷影響。特點(diǎn)：無(wú)須修改導(dǎo)納矩陣，能夠用原來(lái)因子表來(lái)解算網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第39頁(yè)電力網(wǎng)絡(luò)發(fā)生支路改變時(shí)等效電路

電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第40頁(yè)用原網(wǎng)絡(luò)因子表對(duì)進(jìn)行消去回代運(yùn)算所求出節(jié)點(diǎn)電壓向量，就是待求發(fā)生支路開(kāi)斷后節(jié)點(diǎn)電壓向量，且以單一支路開(kāi)斷為例說(shuō)明賠償法物理概念當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)i、j之間發(fā)生支路開(kāi)斷，能夠等效地認(rèn)為在i、j節(jié)點(diǎn)間并聯(lián)了一個(gè)追加支路阻抗Zij，其數(shù)值等于被斷開(kāi)支路阻抗負(fù)值。這時(shí)流入原網(wǎng)絡(luò)注入電流將由變成當(dāng)前關(guān)鍵問(wèn)題在于要求出追加支路Zij上經(jīng)過(guò)電流，從而求得。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第41頁(yè)迭加原理電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第42頁(yè)對(duì)于線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)，能夠應(yīng)用迭加原理把圖（a）分成兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)即圖（b）和（c）。這時(shí)待求節(jié)點(diǎn)電壓也可看成兩個(gè)部分式中：相當(dāng)于沒(méi)有追加支路情況下各節(jié)點(diǎn)電壓，這個(gè)向量能夠用原網(wǎng)絡(luò)因子表求出，即:電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第43頁(yè)若假定，則有。于是由（1）就可求出當(dāng)為單位電流時(shí)，網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)電壓U(ij)，即

是向原網(wǎng)絡(luò)注入電流向量時(shí)求出，其值為(3)(2)(1)電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第44頁(yè)

這個(gè)電源等值內(nèi)阻抗ZT能夠用其它節(jié)點(diǎn)注入電流為零，僅在i、j點(diǎn)分別通入正、負(fù)單位電流后，在i、j點(diǎn)產(chǎn)生電壓差來(lái)表示。由式（3）求得后，便可求得

應(yīng)用等效發(fā)電機(jī)原理，假如把圖所表示電路上i、j節(jié)點(diǎn)間整個(gè)系統(tǒng)看成是Zij等效電源，其空載電壓就是怎樣求取，等效發(fā)電機(jī)原理(4)(5)(6)ZT亦即是從i、j節(jié)點(diǎn)看進(jìn)去輸入阻抗，令：電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第45頁(yè)支路開(kāi)斷后節(jié)點(diǎn)電壓向量經(jīng)過(guò)等值電路圖可見(jiàn)，利用式51、52可求出

由上式就可求得支路開(kāi)斷后節(jié)點(diǎn)電壓向量。(8)求得之后，由式48即可求得(9)(7)電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第46頁(yè)賠償法與快速解耦相結(jié)合計(jì)算對(duì)快速解耦時(shí)尚算法修正方程式，能夠看成是以B’及B”作為“納矩陣”節(jié)點(diǎn)方程式，其注入電流分別為ΔP/U及ΔQ/U，而待求量為Δθ及ΔU。這么就可完全套用以上計(jì)算過(guò)程進(jìn)行迭代計(jì)算。此時(shí)，圖中追加支路Zij為Zij=－1/Bij(10)當(dāng)開(kāi)斷元件是變壓器時(shí)，式49中I(ij)應(yīng)改寫(xiě)為

I(ij)=[0,…,nT,0,….,－1,0,…,0]T

式中：nT為在i側(cè)非標(biāo)準(zhǔn)變比。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第47頁(yè)開(kāi)斷變壓器這時(shí)式51、52、54也可改寫(xiě)成其中在式10中實(shí)際上只表示了開(kāi)斷不接地支路，而輸電線(xiàn)或非標(biāo)準(zhǔn)變壓器開(kāi)斷還應(yīng)考慮接地支路同時(shí)開(kāi)斷。實(shí)際應(yīng)用時(shí)忽略接地支路影響。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第48頁(yè)3

靈敏度分析法直流法快速，但只能進(jìn)行有功時(shí)尚，沒(méi)有考慮電壓無(wú)功問(wèn)題。賠償法要重復(fù)迭代。不然結(jié)果誤差大，尤其是電壓無(wú)功誤差大。斷線(xiàn)分析靈敏度法：以節(jié)點(diǎn)功率增量模擬斷線(xiàn)影響。節(jié)點(diǎn)功率方程：(i=1,2,3,…n)（略）電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第49頁(yè)

在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，發(fā)電機(jī)開(kāi)斷是一個(gè)可能發(fā)生事故。所以，電力系統(tǒng)安全分析必須具備這種預(yù)想事故模擬分析功效。當(dāng)前，多數(shù)關(guān)于發(fā)電機(jī)開(kāi)斷模擬分析方法（如直流法、分布系數(shù)法等）都是采取線(xiàn)性迭加原理，精度較差。這里介紹一個(gè)計(jì)及電力系統(tǒng)頻率特征靜態(tài)頻率特征法，這種方法準(zhǔn)確性與快速性已在實(shí)用中得到證實(shí)。第四節(jié)發(fā)電機(jī)開(kāi)斷模擬電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第50頁(yè)

直流法求發(fā)電機(jī)開(kāi)斷時(shí)尚：當(dāng)某節(jié)點(diǎn)發(fā)電機(jī)開(kāi)斷，而其它節(jié)點(diǎn)注入功率P沒(méi)有改變時(shí)，直流時(shí)尚公式為：以上方法實(shí)際上是假定失去發(fā)電機(jī)功率全部由平衡節(jié)點(diǎn)發(fā)電機(jī)來(lái)平衡，而實(shí)際并非如此。

電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第51頁(yè)計(jì)及電力系統(tǒng)頻率特征靜態(tài)頻率特征法：發(fā)電機(jī)開(kāi)斷時(shí)，內(nèi)部系統(tǒng)、外部系統(tǒng)、聯(lián)絡(luò)線(xiàn)功率均作對(duì)應(yīng)調(diào)整。發(fā)電機(jī)頻率響應(yīng)特征FRC(FrequencyResponseCharacteristics)及邊界節(jié)點(diǎn)上等值頻率響應(yīng)特征是求解這些功率改變依據(jù)。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第52頁(yè)發(fā)電機(jī)開(kāi)斷模擬數(shù)學(xué)模型發(fā)電機(jī)開(kāi)斷模擬數(shù)學(xué)模型，通常整個(gè)改變過(guò)程分為四個(gè)時(shí)段。時(shí)段1：電磁暫態(tài)過(guò)程。系統(tǒng)暫態(tài)時(shí)尚是按網(wǎng)絡(luò)阻抗與機(jī)組暫態(tài)電抗來(lái)分布，因?yàn)橄到y(tǒng)電磁儲(chǔ)能容量很小，暫態(tài)過(guò)程在數(shù)毫秒內(nèi)即被阻尼。時(shí)段2：機(jī)械暫態(tài)過(guò)程。發(fā)電機(jī)反應(yīng)過(guò)程決定于機(jī)組慣性，有功出力改變是由發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來(lái)決定。時(shí)段3：調(diào)速器動(dòng)作過(guò)程。發(fā)電機(jī)間功率分配改變是由FRC特征來(lái)決定。時(shí)段4：自動(dòng)發(fā)電控制。在一個(gè)控制區(qū)域內(nèi)發(fā)電機(jī)按自動(dòng)發(fā)電控制裝置（AGC）整定值進(jìn)行調(diào)整。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第53頁(yè)對(duì)于在線(xiàn)發(fā)電機(jī)開(kāi)斷模擬，快速反應(yīng)時(shí)段1、2不予考慮。時(shí)段3行為是靜態(tài)安全分析所需研究部分，此時(shí)各臺(tái)發(fā)電機(jī)功率改變能夠用它FRC與系統(tǒng)FRC之間百分比關(guān)系來(lái)確定。時(shí)間：幾秒～幾十秒。時(shí)段4中AGC作用：是經(jīng)過(guò)二次頻率調(diào)整來(lái)消除靜態(tài)頻率偏差，另外還可控制聯(lián)絡(luò)線(xiàn)功率來(lái)調(diào)整互聯(lián)絡(luò)統(tǒng)間靜態(tài)頻率偏差。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第54頁(yè)發(fā)電機(jī)開(kāi)斷時(shí)，系統(tǒng)中其它發(fā)電機(jī)出力改變當(dāng)系統(tǒng)中有發(fā)電機(jī)開(kāi)斷時(shí)，全系統(tǒng)靜態(tài)有功響應(yīng)是依據(jù)調(diào)速系統(tǒng)一次調(diào)整所到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)來(lái)確定。

電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第55頁(yè)

機(jī)組FRC發(fā)電機(jī)組在設(shè)定運(yùn)行點(diǎn)PGi0處特征可用調(diào)差系數(shù)RGi來(lái)表示其倒數(shù)為式中：KGi“發(fā)電機(jī)組FRC”，表示了當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)Δf頻率改變時(shí)，機(jī)組i將給出怎樣有功功率增量響應(yīng)。Hz/MWMW/Hz電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第56頁(yè)負(fù)荷FRC及總FRC負(fù)荷頻率響應(yīng)特征：系統(tǒng)頻率改變引發(fā)負(fù)荷功率改變。頻率改變幅度不大時(shí)，此特征可認(rèn)為是線(xiàn)性，以Kli表示。即當(dāng)頻率下降時(shí)，母線(xiàn)i負(fù)荷需量作線(xiàn)性降低。母線(xiàn)i總有功功率改變（總響應(yīng)），將受KGi和KLi影響，并用母線(xiàn)FRC：Ki表示：

對(duì)一個(gè)含有n母線(xiàn)電力系統(tǒng)，在每一母線(xiàn)都接有發(fā)電機(jī)及負(fù)荷假定下，系統(tǒng)總頻率特征將是每一處母線(xiàn)頻率特征總和，當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)為n時(shí)，系統(tǒng)FRC為(90)(91)電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第57頁(yè)機(jī)組開(kāi)斷設(shè)在母線(xiàn)k處開(kāi)斷一臺(tái)機(jī)組，而使系統(tǒng)喪失有功功率。在此以后，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)頻率降低了Δf，以至于系統(tǒng)中全部母線(xiàn)，都將按各自Ki作出響應(yīng)；假定喪失將全部被其它母線(xiàn)有功增量和母線(xiàn)k負(fù)荷有功增量所賠償。所以，當(dāng)系統(tǒng)喪失有功功率時(shí)，其它任一母線(xiàn)i凈有功功率改變?yōu)椋?92)電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第58頁(yè)

注意92是由關(guān)系得出(93)式92可寫(xiě)成：上式子表示其它母線(xiàn)之凈有功功率改變電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第59頁(yè)母線(xiàn)K失去凈有功功率則為：(94)(95)因?yàn)?，已?jīng)假定所以式94有電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第60頁(yè)若以向量形式來(lái)表示全部節(jié)點(diǎn)功率增量方程式，則能夠定義一個(gè)向量H，其中元素hi=0(當(dāng)i≠k時(shí)）hi=－Ks(當(dāng)i=k時(shí)）(96)(97)從而，式93,95能夠?qū)懗蓪?duì)于大型電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，因?yàn)镵s>>KGl，于是上式可寫(xiě)成電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第61頁(yè)在實(shí)際電力系統(tǒng)中，因?yàn)镵Li<<KGi，于是有當(dāng)各節(jié)點(diǎn)注入功率改變?chǔ)i能夠僅用發(fā)電機(jī)出力改變亦即ΔPGi來(lái)表示，則式97能夠?qū)懗?98)電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第62頁(yè)結(jié)合解耦時(shí)尚算法發(fā)電機(jī)開(kāi)斷用解耦時(shí)尚算法進(jìn)行交流時(shí)尚計(jì)算，能夠求得發(fā)電機(jī)k開(kāi)斷后系統(tǒng)中較準(zhǔn)確時(shí)尚分布。有功功率改變關(guān)系寫(xiě)成

(99)(100)(100’)將式96代入100左邊，可得則式99可寫(xiě)成取式中：B’是直流時(shí)尚矩陣；U是擾動(dòng)前電壓模值向量。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第63頁(yè)考慮外部等值情況當(dāng)電力系統(tǒng)進(jìn)行外部等值時(shí)，因?yàn)橥獠肯到y(tǒng)發(fā)電機(jī)也負(fù)擔(dān)了有功功率調(diào)整任務(wù)，所以必須求出外部系統(tǒng)等值FRC。若將全系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)分為三類(lèi)，E為外部系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)，B為邊界節(jié)點(diǎn)，I為內(nèi)部系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)，則式100可分解為以下形式消去外部系統(tǒng)部分后，則有電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第64頁(yè)上式中：A*BB為外部系統(tǒng)等值后，對(duì)應(yīng)于邊界節(jié)點(diǎn)系數(shù)矩陣；ΔP*B則為等值后邊界節(jié)點(diǎn)有功功率注入增量。(101)(102)若把式101中ΔPB*、ΔPB及ΔPE分別用邊界節(jié)點(diǎn)等值FRC（即KB*）、邊界節(jié)點(diǎn)FRC（即KB）及外部節(jié)點(diǎn)FRC（即KE）與PGl/(Ks-KGl)乘積表示，則式101可寫(xiě)成其中電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第65頁(yè)于是得(103)

(104)上面兩式表示外部節(jié)點(diǎn)FRC（即KE）與邊界節(jié)點(diǎn)上等值FRC（即KB*）間關(guān)系。KE是按ABEAEE-1關(guān)系分配到邊界節(jié)點(diǎn)上。令JE=AEE-1KE，則式104可寫(xiě)成式中：JE能夠由AEE三角分解后經(jīng)過(guò)前代回代來(lái)求出。由式100’可得電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第66頁(yè)求出邊界節(jié)點(diǎn)頻率響應(yīng)KB*于是式103中ABEAEE-1可寫(xiě)成代入式103得在實(shí)時(shí)情況下，外部系統(tǒng)電壓模值UE是未知。可取UE=U0≈1p.u.，于是上式可寫(xiě)成在上式中只用到B’相關(guān)元素及邊界節(jié)點(diǎn)電壓。所以求出等值FRC，亦即邊界節(jié)點(diǎn)響應(yīng)總和。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第67頁(yè)

在進(jìn)行大型電力系統(tǒng)安全分析時(shí)，需要考慮預(yù)想事故數(shù)目是相當(dāng)可觀。普通預(yù)想事故最少是開(kāi)斷一條線(xiàn)路、一臺(tái)發(fā)電機(jī)、二條線(xiàn)路或一機(jī)一線(xiàn)等。在某些情況下，也可能需要考慮更多重復(fù)合故。要給出預(yù)想事故安全性評(píng)價(jià)，需要逐一對(duì)預(yù)想事故進(jìn)行時(shí)尚分析，然后校核其違限情況。對(duì)起作用預(yù)想事故必須進(jìn)行詳細(xì)時(shí)尚分析，所以安全分析計(jì)算量很大，難以適應(yīng)實(shí)時(shí)要求。第五節(jié)預(yù)想事故自動(dòng)選擇電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第68頁(yè)預(yù)想事故自動(dòng)選擇ACS(AutomaticContingencySelection)：就是在實(shí)時(shí)條件下利用電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)信息，自動(dòng)選出那些會(huì)引發(fā)支路時(shí)尚過(guò)載、電壓違限等危及系統(tǒng)安全運(yùn)行預(yù)想事故，并用行為指標(biāo)來(lái)表示它對(duì)系統(tǒng)造成危害嚴(yán)重程度，按其次序排隊(duì)給出一覽表。預(yù)想事故自動(dòng)選擇需要一個(gè)快速開(kāi)斷模擬算法，并在精度上能夠滿(mǎn)足排隊(duì)要求，亦即是能夠剔除不起作用預(yù)想事故，并將起作用預(yù)想事故按嚴(yán)重程度排隊(duì)。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第69頁(yè)靜態(tài)安全評(píng)定步驟：1）確定預(yù)想事故集2）預(yù)想事故選擇（ACS）利用開(kāi)斷模擬算法，計(jì)算預(yù)想事故行為指標(biāo)，并預(yù)想事故自動(dòng)排序進(jìn)行。3）確定需要詳細(xì)分析。4）對(duì)選出預(yù)想事故用交流時(shí)尚進(jìn)行校驗(yàn)。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第70頁(yè)

表征預(yù)想事故嚴(yán)重程度兩種行為指標(biāo)(PIPerformanceIndex):(1)有功功率行為指標(biāo)：是一個(gè)用來(lái)衡量線(xiàn)路有功功率過(guò)負(fù)荷程度計(jì)算方式，表示式為式中：ωp為有功功率權(quán)因子；Pl為線(xiàn)路l中有功時(shí)尚；Plmax為線(xiàn)路l有功時(shí)尚限值；α為有功功率過(guò)負(fù)荷線(xiàn)路集合。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第71頁(yè)(2)無(wú)功功率行為指標(biāo)：是用來(lái)衡量電壓與無(wú)功功率違限程度計(jì)算公式，表示式為式中：Ui為節(jié)點(diǎn)i電壓模值；Uilim為節(jié)點(diǎn)I電壓模值限值；ωu為電壓權(quán)因子；Qi為節(jié)點(diǎn)I無(wú)功注入；Qilim為節(jié)點(diǎn)I無(wú)功注入限值；ωq為無(wú)功功率權(quán)因子；β為電壓模值超出上、下限節(jié)點(diǎn)集合；γ為無(wú)功超出上、下限節(jié)點(diǎn)集合。電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析培訓(xùn)課件第72頁(yè)

在上列兩式中，а、β、γ

均只限于違限線(xiàn)路或節(jié)點(diǎn)；ω