基于dpl的新疆電網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性分析

基于dpl的新疆電網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性分析

0新疆電網(wǎng)存在發(fā)展方面的問(wèn)題能源能源是可以用來(lái)發(fā)電的可能源。由于缺乏能源和可重復(fù)使用，近十年來(lái)，能源能源發(fā)電在許多國(guó)家迅速發(fā)展，成為世界上增長(zhǎng)最快的能源，深受人們的喜愛(ài)。新疆具有較大的開(kāi)發(fā)價(jià)值和潛力的9大風(fēng)區(qū),風(fēng)能資源總儲(chǔ)量為9.57億kW,技術(shù)開(kāi)發(fā)量2.34億kW,是全國(guó)風(fēng)能資源最豐富的省區(qū)之一。截止2009年底,新疆發(fā)電裝機(jī)容量1280萬(wàn)kW,其中風(fēng)電86萬(wàn)kW,占6.7%。因此,風(fēng)電已成為新疆電力工業(yè)發(fā)展的重要組成部分。新疆電網(wǎng)目前仍是獨(dú)立的電網(wǎng),并存在很多問(wèn)題。新疆電網(wǎng)地理接線分區(qū)圖如圖1所示。由于新疆地理環(huán)境和綠洲經(jīng)濟(jì)特點(diǎn),電網(wǎng)網(wǎng)架薄弱,除烏昌地區(qū)及附近建成了較為堅(jiān)強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)外,主網(wǎng)與周邊地區(qū)電網(wǎng)呈長(zhǎng)線、鏈?zhǔn)竭B接,聯(lián)系較弱,電網(wǎng)穩(wěn)定水平較低。部分地區(qū)電網(wǎng)仍通過(guò)單回線與主網(wǎng)聯(lián)絡(luò),一條聯(lián)絡(luò)線或區(qū)域內(nèi)電廠出現(xiàn)問(wèn)題就可能引發(fā)大面積停電。網(wǎng)內(nèi)的電源和負(fù)荷分布不均勻,水電主要集中在西部,南部地區(qū)缺少大電源支撐。北疆的水電、火電向南疆五地州進(jìn)行長(zhǎng)距離大功率輸送電力,送電距離達(dá)2600多km,電網(wǎng)的安全穩(wěn)定問(wèn)題突出。由于受到國(guó)際經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響,新疆的工業(yè)負(fù)荷所占比重減少,農(nóng)灌負(fù)荷和空調(diào)負(fù)荷有所增加,2009年新疆電網(wǎng)谷峰差進(jìn)一步加大,調(diào)峰再次成為焦點(diǎn)。風(fēng)電場(chǎng)出力具有波動(dòng)性和隨機(jī)性,隨著風(fēng)電比例的快速提高,對(duì)新疆電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生越來(lái)越大的影響。本文結(jié)合新疆電網(wǎng)的實(shí)際情況,在DIgSILENT/PowerFactory中構(gòu)建了含風(fēng)電的新疆實(shí)際電網(wǎng)仿真模型,對(duì)新疆電網(wǎng)關(guān)心的風(fēng)電接入對(duì)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的影響進(jìn)行了研究論證。1風(fēng)電場(chǎng)仿真模型本文以2009年底新疆投運(yùn)發(fā)電的9個(gè)風(fēng)電場(chǎng)為例,對(duì)新疆全網(wǎng)進(jìn)行了小擾動(dòng)下的靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析。新疆電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和風(fēng)電場(chǎng)的接入位置如圖1所示,風(fēng)電場(chǎng)的概況如表1所示。到目前為止,新疆電網(wǎng)主干網(wǎng)的最高電壓等級(jí)仍然是220kV,網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱。風(fēng)電場(chǎng)以定速感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為主,隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展,新建的部分風(fēng)電場(chǎng)已經(jīng)安裝了變速恒頻的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,例如風(fēng)電場(chǎng)4安裝的是雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)力發(fā)電機(jī)組。除了風(fēng)電場(chǎng)3和風(fēng)電場(chǎng)9經(jīng)35kV和110kV線路接入220kV站,其他7個(gè)風(fēng)電場(chǎng)通過(guò)升壓站后接入地區(qū)電網(wǎng)。風(fēng)電場(chǎng)模型采用單機(jī)等值模型,假設(shè)每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的初始狀態(tài)和動(dòng)態(tài)特性是相同的。仿真計(jì)算過(guò)程中考慮新疆電網(wǎng)的運(yùn)行方式不變,即忽略了變壓器有載調(diào)壓的作用、系統(tǒng)的并聯(lián)電容器組的作用和負(fù)荷的電壓靜特性等;負(fù)荷采用恒功率模型。2p-u曲線的應(yīng)用經(jīng)過(guò)20世紀(jì)六七十年代和本世紀(jì)初多次的大面積停電事故之后,引起世界各國(guó)電力部門對(duì)電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析的重視。電壓穩(wěn)定的靜態(tài)問(wèn)題可通過(guò)輸電系統(tǒng)的電壓—功率特性來(lái)分析,即P-U曲線可有效地確定電壓靜定裕度和分析影響電壓穩(wěn)定的因素。文獻(xiàn)中對(duì)繪制P-U曲線的方法進(jìn)行了廣泛的研究,其中文獻(xiàn)對(duì)連續(xù)潮流法進(jìn)行了詳細(xì)的闡述,文獻(xiàn)將P-U曲線應(yīng)用到電壓的靜態(tài)特性分析中;文獻(xiàn)用連續(xù)潮流對(duì)擴(kuò)展潮流模型進(jìn)行求解,對(duì)不同約束條件下的P-U曲線進(jìn)行了研究;文獻(xiàn)[10-12]采用潮流計(jì)算的P-U曲線對(duì)風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)的靜態(tài)安全性進(jìn)行了分析。本文基于連續(xù)潮流計(jì)算,采用DPL仿真語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)P-U曲線的風(fēng)電場(chǎng)接入靜態(tài)電壓特性分析。3計(jì)算模塊和編程平臺(tái)DIgSILENT/PowerFactory是由德國(guó)DIgSI-LENT公司編寫的一套計(jì)算機(jī)輔助工程工具,它可用來(lái)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的電力系統(tǒng)等進(jìn)行全面分析。數(shù)字仿真和電網(wǎng)計(jì)算程序(DigitalSimulationandElectricalNeTworkCalculationProgram)在DIgSILENT中可以實(shí)現(xiàn)潮流計(jì)算、短路計(jì)算、諧波分析、保護(hù)配置、穩(wěn)定性計(jì)算和模態(tài)分析等功能。為了滿足當(dāng)今電力系統(tǒng)的分析要求,DIgSILENT已經(jīng)成為一個(gè)綜合工程工具,它提供了一個(gè)完整的功能,而不僅僅是一個(gè)不同的軟件模塊的集合體。自20世紀(jì)90年代開(kāi)始,DIgSI-LENT采用對(duì)象編程技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)概念,形成了現(xiàn)代版本的雛形,元件模型庫(kù)和算法進(jìn)行了很大改進(jìn)?，F(xiàn)代版本允許用戶在數(shù)據(jù)庫(kù)中創(chuàng)建詳細(xì)的電力系統(tǒng)元件模型,包括用于穩(wěn)態(tài)、時(shí)域、頻域等計(jì)算所需參數(shù)。盡管DIgSILENT包含豐富的模型庫(kù)和強(qiáng)大的計(jì)算功能,但是仍然不能滿足一些特殊用戶的需要。因此,在程序中允許用戶使用DSL語(yǔ)言進(jìn)行模型的自定義;除此之外,DIgSILENT還提供了面向程序化過(guò)程的編程語(yǔ)言(DIgSILENTProgrammingLanguage,DPL),以方便用戶建立自定義的計(jì)算功能。目前DPL已經(jīng)作為一個(gè)模塊集成到程序中,DPL的方法與其他批處理的方法主要區(qū)別有如下幾個(gè)方面:(1)DPL中可使用判斷式的命令流。(2)DPL中可定義和使用自定義變量。(3)DPL有一個(gè)靈活的輸入輸出界面,并可與系統(tǒng)元件相聯(lián)系。(4)在DPL中可使用數(shù)學(xué)表達(dá)式等。DPL的原理如圖2所示。通過(guò)DPL可實(shí)現(xiàn)新的計(jì)算功能,這對(duì)DIgSI-LENT來(lái)說(shuō)是一種功能的增強(qiáng)。本文就是基于DPL的特點(diǎn)和原理,在其腳本中(DPLScript)編程實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定靜態(tài)特性P-U曲線的繪制,其流程如圖3所示。4風(fēng)電場(chǎng)出力變化時(shí)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性分析在靜態(tài)電壓安全性分析中,重點(diǎn)關(guān)注的是風(fēng)電場(chǎng)出力的不確定性對(duì)電網(wǎng)電壓的影響,本文在連續(xù)潮流計(jì)算的基礎(chǔ)上,根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)出力變化來(lái)確定各風(fēng)電場(chǎng)PCC母線電壓水平。先針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)4在接入新疆電網(wǎng)后采用不同功率因數(shù)控制時(shí),分析其電壓—功率特性,進(jìn)而在其基礎(chǔ)上對(duì)所有風(fēng)電場(chǎng)的靜態(tài)電壓特性進(jìn)行分析。結(jié)果如圖4、5所示。圖4是風(fēng)電場(chǎng)4在不同功率因數(shù)控制下的P-U曲線圖,圖中箭頭方向表示功率因數(shù)變化范圍:0.98、0.99、1.0、-0.98、-0.96、-0.95;圖4中曲線3控制功率因數(shù)為1,此時(shí)風(fēng)電場(chǎng)有功出力波動(dòng),電網(wǎng)電壓波動(dòng)最小;并且控制功率因數(shù)越接近1,風(fēng)電場(chǎng)出力波動(dòng)所引起的電壓波動(dòng)越小。所以本文基于上述結(jié)論對(duì)接入電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)4采用控制功率因數(shù)為1,而對(duì)其他的風(fēng)電場(chǎng)來(lái)說(shuō),根據(jù)實(shí)際情況功率因數(shù)控制在-0.98~1范圍內(nèi),進(jìn)而對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行了電壓靜態(tài)特性分析,如圖5所示。從圖中可以看出,由于受到不同地區(qū)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷水平的影響,隨著風(fēng)電場(chǎng)出力的增加,風(fēng)電場(chǎng)母線電壓水平和變化不同:在新疆阿勒泰和塔城地區(qū),由于當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷較小,并且輸電線路較長(zhǎng),導(dǎo)致線路的充電功率較大,所以風(fēng)電場(chǎng)母線電壓水平偏高,并且在圖中風(fēng)電場(chǎng)5的電壓水平已經(jīng)處于靜態(tài)穩(wěn)定的邊緣,所以,風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行時(shí)應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)視該區(qū)域,防止在風(fēng)電場(chǎng)出力波動(dòng)時(shí)發(fā)生事故。在負(fù)荷密集的烏昌、吐魯番等地區(qū),風(fēng)電場(chǎng)在無(wú)功補(bǔ)償裝置的影響下,可以保持一定的水平。盡管如此,風(fēng)電場(chǎng)在恒功率因數(shù)控制之下,PCC母線電壓都可保持在0.9~1.1(p.u.)的范圍內(nèi),從靜態(tài)安全角度分析,風(fēng)電場(chǎng)出力變化時(shí)新疆電網(wǎng)可穩(wěn)定運(yùn)行。在連續(xù)潮流計(jì)算的基礎(chǔ)上還可以對(duì)電壓靜定裕度進(jìn)行計(jì)算,采用節(jié)點(diǎn)有功裕度系數(shù)Kpi可計(jì)算電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo)。電壓穩(wěn)定裕度是評(píng)價(jià)靜態(tài)電壓穩(wěn)定的指標(biāo)之一,相比其他指標(biāo)而言,裕度指標(biāo)直觀,易于理解,能給出系統(tǒng)目前運(yùn)行狀態(tài)下穩(wěn)定儲(chǔ)備的量化評(píng)價(jià),為運(yùn)行和規(guī)劃人員提供了重要的參考依據(jù)。其計(jì)算公式如下:式中Kpi———節(jié)點(diǎn)有功裕度系數(shù)PMi———臨界狀態(tài)時(shí)風(fēng)電場(chǎng)有功出力P0i———某狀態(tài)時(shí)風(fēng)電場(chǎng)有功出力有功裕度取值在1和0(崩潰點(diǎn))之間,上式可計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的電壓穩(wěn)定裕度。為了便于分析,將有風(fēng)電接入的電網(wǎng)分為烏昌地區(qū)、吐魯番地區(qū)和新疆北部地區(qū)(包括阿勒泰地區(qū)和塔城地區(qū))三部分,分別由A、B、C代表。計(jì)算結(jié)果如下。ΔPmax:某地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)出力變化總和的最大值;ΔUmax:某地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)母線電壓變化的最大值;Pr:系統(tǒng)風(fēng)電穿透功率極限,其計(jì)算方法如下:Pr=系統(tǒng)最大負(fù)荷/風(fēng)電最大裝機(jī)容量×100%表2計(jì)算的是節(jié)點(diǎn)有功裕度系數(shù)Kpi,表3是對(duì)圖5和表2的風(fēng)電場(chǎng)參數(shù)進(jìn)行了總結(jié)比較。Kpi是基于當(dāng)前運(yùn)行方式下的穩(wěn)態(tài)潮流計(jì)算的,并且當(dāng)Kpi>0時(shí),說(shuō)明系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定;當(dāng)Kpi=0時(shí),說(shuō)明系統(tǒng)電壓臨界穩(wěn)定。如果某地區(qū)的Kpi越小,說(shuō)明該地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)所處的狀態(tài)距離穩(wěn)定極限點(diǎn)(電壓崩潰點(diǎn))越近,承受有功變化的能力就越差,該地區(qū)就是電網(wǎng)所重點(diǎn)監(jiān)視的區(qū)域。根據(jù)圖5及表2的計(jì)算結(jié)果可知,風(fēng)電場(chǎng)接入地區(qū)的Kpi值都保持在0.5左右,其中風(fēng)電場(chǎng)4的Kpi值達(dá)到了0.786,靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度很大,說(shuō)明就目前新疆電網(wǎng)接入的風(fēng)電對(duì)各地區(qū)電網(wǎng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性影響比較小。這與圖5分析的結(jié)果一致。A地區(qū)的Kpi值總體要比其他地區(qū)的Kpi值大,并且由表3可以看出,A地區(qū)電網(wǎng)可承受的風(fēng)電場(chǎng)出力變化也是最大的,A地區(qū)風(fēng)電穿透功率是B地區(qū)的2倍,是C地區(qū)的4倍多,以上結(jié)果說(shuō)明風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)引起的靜態(tài)電壓?jiǎn)栴}與地區(qū)電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、負(fù)荷水平及無(wú)功補(bǔ)償?shù)纫蛩赜嘘P(guān)。A地區(qū)電網(wǎng)是新疆主電網(wǎng),是新疆的電源中心和負(fù)荷中心,其大容量的火電機(jī)組能有力地支撐電壓水平,所以其電壓穩(wěn)定裕度相對(duì)較大;并且相對(duì)其他地區(qū)而言,A地區(qū)電網(wǎng)投入大量的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置,所以可接納很大的風(fēng)電容量及承受風(fēng)電場(chǎng)出力波動(dòng)。從表3中還可以看出,A地區(qū)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)構(gòu)成的風(fēng)電場(chǎng),在其出力波動(dòng)所引起的電壓波動(dòng)(0.021p.u.)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于A地區(qū)和其他地區(qū)由異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)構(gòu)成的風(fēng)電場(chǎng)(最大為0.080),并且在其PCC母線所計(jì)算的Kpi值最大(0.786),表明由雙饋機(jī)組構(gòu)成的風(fēng)電場(chǎng)接入新疆電網(wǎng)對(duì)其靜態(tài)電壓穩(wěn)定性影響是最小的。5風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)仿真分析本文基于DIgSILENT/PowerFactory對(duì)風(fēng)電場(chǎng)接入新疆電網(wǎng)對(duì)其電壓靜態(tài)特性的影響進(jìn)行了全面的分析和研究,綜合以上分析結(jié)果可得:(1)通過(guò)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)P-U曲線的繪制和分析,當(dāng)前規(guī)模的風(fēng)電容量接入新疆電網(wǎng)對(duì)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性影響較小,風(fēng)電場(chǎng)在功率波動(dòng)時(shí)電網(wǎng)可安全運(yùn)行。(2)通過(guò)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)接入后的Kpi值的計(jì)算和分析可知,風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)引起的靜態(tài)電壓?jiǎn)栴}與地區(qū)電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、負(fù)荷水平及無(wú)功補(bǔ)償?shù)纫蛩赜嘘P(guān)。在新疆電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)堅(jiān)強(qiáng)的A地區(qū)Kpi值相對(duì)較大,可接納大容量的風(fēng)電場(chǎng)和提高風(fēng)電穿透功率。所以為使系