[發明專利]一種基于時域仿真的全過程動態電壓穩定裕度評估方法

有效

• 申請號: 201310195329.3
• 申請日: 2013-05-23
• 公開（公告）號: CN103336882B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 張艷萍;張健;張鑫;陳予堯
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;中國電力科學研究院
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明屬于電力系統模擬與計算領域，具體涉及一種基于時域仿真的全過程動態電壓穩定裕度評估方法。

背景技術

電力系統中，衡量系統穩定性多采用裕度指標，所謂裕度指標是指從系統給定運行狀態出發，按照某種模式，通過負荷增長或傳輸功率的增長逐步逼近電壓崩潰點，系統當前運行點到電壓崩潰點的距離可作為電壓穩定程度的指標。裕度指標具有以下優點：能給運行人員提供一個較直觀的表示系統當前運行點到電壓崩潰點距離的量度；系統運行點到電壓崩潰點的距離與裕度指標的大小呈線性關系；可以比較方便地計及過渡過程中各種因素如約束條件、發電機的有功分配、負荷增長方式等的影響。傳統的靜態負荷裕度是基于連續潮流法，從當前工作點出發，隨負荷不斷增加，依次求解潮流，直到通過臨界點，從而得到節點PU曲線求得負荷裕度。但是靜態電壓分析方法基于穩態潮流方程或擴展潮流方程，忽略了電力系統動態調節因素的作用，用代數方程描述系統的行為，判斷系統在小擾動下維持電壓穩定的能力，因此得到的結果偏于保守。

計算裕度指標時，網絡中各負荷節點的功率可以按照任意方式增長，以逼近崩潰點，為了簡化計算，常假設負荷功率以下述四種方式增長：

(1)單負荷節點的有功功率和/或無功功率增加，其他負荷節點的功率保持不變；

(2)選定區域的負荷節點的有功和/或無功功率增加，其他負荷節點功率保持不變；

(3)某一選定區域的負荷節點的有功和/或無功功率增加，而另一選定區域的負荷節點的有功功率和/或無功功率減少，其他負荷節點功率保持不變；

(4)全部負荷節點的有功功率和/或無功功率同時增加。

動態電壓穩定裕度指標是求解電力系統在負荷以一定速率緩慢增長時，系統距離電壓崩潰點的裕度；動態電壓穩定裕度能夠計及系統中感應電動機、有載調壓變壓器(ULTC)、發電機過勵磁限制等動態元件的影響，可計算單節點、

分區和全網等多種負荷增長方式下系統的動態裕度，為運行人員提供了一個較直觀的表示系統當前運行點到電壓崩潰點距離的量度，系統運行點距離崩潰點和動態裕度呈線性關系。因此，動態電壓穩定裕度指標具有較好的實際指導意義。

發電機勵磁系統動態響應及其限制環節是影響系統電壓穩定性的一個重要因素。勵磁調節器是電力系統中調節電壓的主要手段，但其調節范圍受勵磁繞組熱容量的限制，當機組的過勵磁能力達到最大限制值時，過勵磁限制器會將勵磁電流減少到額定值，造成系統中無功功率突然減少，引起系統電壓突然降落。動態電壓穩定裕度指標計算中，系統失穩可能是負荷增長、發電機過勵限制或ULTC相繼作用的結果，也可能是各種因素同步作用的結果。目前已有的動態電壓穩定裕度計算中僅考慮了各種因素同步作用的方式，計算結果偏樂觀。

時域仿真是研究復雜大電網的重要手段。基于時域仿真的電力系統全過程動態仿真是指將電力系統機電暫態、中期和長期過程有機的統一起來進行數字仿真。它描述了電力系統受到擾動之后整個連續的動態過程。全過程動態仿真程序的微分代數方程算法采用變階變步長的GEAR法，網絡方程與微分方程聯立求解。其中，GEAR法的主要計算步驟如下：

對于1階微分方程，

(1)定義Nordsieck向量z_m，它是用前一步的高階導數y′、y″…等來代替前幾步的y或f(y,t)數據。即

(2)預測

z_m+1⁽⁰⁾＝Pz_m P為Pascal三角陣。

(3)校正

z_m+1⁽ⁱ⁺¹⁾＝z_m+1⁽ⁱ⁾+LG_m+1⁽ⁱ⁾

其中：L為K維常數向量，

(4)截斷誤差

K階方法第m步的截斷誤差是：

其中：C_k+1與階有關的常數。是第m步計算所得的Z_m與前一步的Z_m-1這兩個向量的最后一個分量相減的值。

仿真中常使用相對誤差，即要求每步的相對誤差小于事先規定的一個值ε₀：

其中y_max為積分到這一步時已出現過的y的最大值，但在開始積分時，若y＝0，則應取y_max＝1。