基于发电机励磁电流限制的电力系统中长期电压稳定的评估方法技术方案

电力系统中长期电压稳定的影响因素一般可以归结为发电机励磁电流限制、有载调压器动作以及负荷恢复。本发明专利技术提出了一种基于发电机励磁电流限制的电力系统中长期电压稳定的评估方法，该方法考虑励磁电流限制下发电机无功出力特性，并使用连续潮流计算方法实现。该方法根据发电机有功出力值、机端电压值调整发电机无功出力值，更好地模拟了适用于连续潮流计算的发电机在励磁电流限制下的无功特性。采用本发明专利技术所阐述的励磁电流限制下发电机无功限制处理方法得到的有功负荷极限结果较为精确，对于系统电压稳定、输电能力的计算有一定的指导意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属于电力系统运行和控制
大型电力系统输电能力计算中经常需要模拟给定功率交换方式下的系统运行行 为。为调度员提供诸如有功传输裕度、无功储备、线路过负荷和电压越限等安全信息。其中 PV曲线的准确求取对电力系统静态安全以及电压稳定研究具有重要意义。求取PV曲线的 方法主要有负荷增长法以及连续潮流计算方法(Continuation Power Flow Algorithm,以 下简称CPF)等。负荷增长法采用常规潮流计算方法，通过不断增加负荷节点的负荷功率来 达到PV曲线的最终目的，其缺点是在功率极限点附近潮流雅可比矩阵接近奇异，常引起潮 流方程病态，连续潮流法通过参数变化并引入一维校正方程，巧妙地解决了潮流雅可比矩 阵奇异的难题，正是这一特点使连续潮流法在PV曲线的求取过程中得到广泛应用。 —个典型的负荷型连续潮流方法，其具体实施步骤为 1、构建扩展参数化潮流方程含负荷参数的潮流方程可以表示成如下形式 尸g(乂) — 4)—sin《+cos乞)=0 i = 1，2， .NB <formula>formula see original document page 4</formula>0 i = 1，2，…，Nv 记向量e = e2，…eNB]T，v= [Vp^,…vjT，则以上方程可以简记为 (>(6>,f,;i) = o 其中，A表示负荷变化区各节点的有功负荷总和；NB不包括平衡节点的节点数 目；NV为PQ节点数目；PjA)，Qi,(A)分别表示由特定负荷增长方式定义的各节点有功功 率、无功功率与总有功负荷间的函数关系；Pie(A)， Qie(A)分别表示由特定的调度方式定 义的各发电机节点有功功率、无功功率与总有功负荷的函数关系。 2、预测环节根绝当前点及其以往几点来给出解轨迹上下一个点的估计值，从而 有利于下一点求解的快速收敛。连续潮流中通常采用的预测方法有一阶微分方法和多项式 外插方法。以正切预测法为例，主要包括计算切向量、连续性参数选取、预测下一步解 參计算切向量 根据参量形式的潮流方程，切向量[d e t， dVT， cU ]t满足如下线形方程组
技术介绍
式中，de ， dv为列向量；<formula>formula see original document page 5</formula>雅可比子阵定义为<formula>formula see original document page 5</formula> Jpe ， JPV， JQe ， JQV就是常规潮流雅可比子阵，而JPA ， JQA代表节点注入功率的变化方向，其元素可表示为<formula>formula see original document page 5</formula> 式中，i = 1，2， 上式中含有NB+NV+1个变量，但仅有NB+NV个方程，要想计算切向量，需要补充一维 规范化的方程。可以任意指定一个切向量分量为+l或者-l，但是为了不引起方程病态，一 般指定下文所说的连续性参数Vp的切向量分量为士l，即增量方程为dVp二 ±1。其中，正 负号用于指定PV曲线追踪的方向。若希望在追踪方向上连续性参数减少，则应取负号；反 之取正号。把增量的规范化方程与上式联立则有 式中列向量《e，除了第NB+p个元素为1夕卜，其他均为0，而p指示下文所 示连续性参数的位置，可以选取1，2，…，Nv+l个。 从基态开始第1次预测时，由于还不知道连续参数为哪一个，故一般暂选A为连续性参数。此时PV曲线一般比较平坦，以A为连续性参数(即p取Nv+l) —般不会引起方程的病态。 參连续性参数选取 以局部参数化法为例，以电压下降定步长的方法衍生于该方法。局部参数化法在 选择连续参数时，选择的是所有状态变量切向量中模值最大的向量，但是切向量中d e ， dV， d入的量纲分别为弧度、电压标幺值、功率标幺值，需要考虑局部参数的转换以及校正方向 的调整。选择以电压下降定步长的方法仅考虑状态变量中的电压分量，选择其切向量的最 大模值作为连续参数，在校正步中可以使用单纯的水平校正，从而简化程序，使PV曲线的 求解效率更高。其预测校正如图12所示。 为此，把连续性参数的选取范围限定为、(i = 1，2，…，Nv)中，连续性参数的选取 等价于寻找P满足 dV尸卜m(H C/ = l,2，.， Nv)VP即是所求连续性参数，在有些文献中也称为主导节点电压。 參预测下一步的解确定步长o ，并依照下式预测节点电压幅值与相角(参看图1) 由连续性参数选取环节可知|dVp| = l，代入上式有卜-%| = <7。°如果。。取值恒定，则在Vp变化方向上做近似等间距分割，而间距恰为o。由于PV曲线从Vp轴看去类 似二次曲线，在开始比较平坦部分截点较疏，而在鼻点附近截点较密，正好实现了步长控 制的目的。我们把这样的步长控制称为电压定步长下降控制法，电压下降一般取0. 005 0. 020即可满足控制要求。 3、校正环节如图1校正步所示，增加一维校正方程 ， = 0与方程联立有尸 ) = 0 0 ) = 0根据预测初值利用牛顿法求解上述方程，求解步骤如下a. 令k = 1.b. 根据(e (k)， v(k)， a (k)判断收敛条件是否满足。若是则退出，否则继续。c. 解修正方程TO M _2 W — _*A产=o求修正量(△ 9 (k)， AV(k)， A A (k))。 d.修正节点电压以及节点的注入功率。jp/( =7(*)A，尸:i+i+if)226 i = 1，2，…，NL 令k = k+l，返回步骤b。 在常规的潮流程序中，将发电机视为PV节点，即发电机节点在潮流计算中视为有 功出力一定、电压恒定的节点，将该节点无功出力以及电压角度作为松弛变量带入潮流程 序中进行计算。若考虑发电机无功出力限制，即将该PV节点设置为存在一个Qmax的节点， 在潮流计算中，随着系统负荷的增加，发电机节点为维持其机端电压V的恒定，需要发出更 多的无功以支持系统的电压水平。但由于发电机励磁绕组的发热的限制，将无功出力的最 大值设定为Qmax。 一旦该节点的无功出力达到(L,，则认为发电机已经失去了对于机端电压 的支撑作用。将PV节点转化为PQ节点进行潮流计算，此时Q = Q,，机端电压不再恒定。 在电力系统发生电压紧急的情况下，如果发电机的端电压无法控制，电枢绕组电 流则成为限制因素。由于连续潮流计算考虑的是发电机有功出力以及无功出力持续增长的 情况，故此处考虑的限制环节主要为励磁电流限制。 对于常规的发电机无功出力限制的处理存在两点问题。首先，发电机的Q,确定。 发电机的励磁绕组是允许短暂的过载能力的，即发电机的励磁电流可以在短暂的时间内达 到基准值的1倍甚至更高，这种调节方式称之为反时限调节，即维持时间越短，励磁电流的 过载倍数越大。在这样的调节方式下，发电机的Qmax的确定，如何考虑励磁系统的过载能力 值得深究；其次，一旦在连续潮流计算中，将发电机的PV节点转化为PQ节点后，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于发电机励磁电流限制的电力系统中长期电压稳定的评估方法，其特征在于该方法包括以下步骤：（一）构建电力系统含负荷参数的潮流方程，表示成如下形式：Ｐ↓［Ｇ］（λ）－Ｐ↓［ｉＬ］（λ）－Ｖ↓［ｉ］＊Ｖ↓［ｊ］（Ｂ↓［ｉｊ］ｓｉｎθ↓［ｉｊ］＋Ｇ↓［ｉｊ］ｃｏｓθ↓［ｉｊ］）＝０ｉ＝１，２，…Ｎ↓［Ｂ］Ｑ↓［ｉＧ］（λ）－Ｑ↓［ｉＬ］（λ）－Ｖ↓［ｉ］＊Ｖ↓［ｊ］（Ｇ↓［ｉｊ］ｓｉｎθ↓［ｉｊ］－Ｂ↓［ｉｊ］ｃｏｓθ↓［ｉｊ］）＝０ｉ＝１，２，…，Ｎ↓［Ｖ］记向量θ＝［θ↓［１］，θ↓［２］，…θ↓［ＮＢ］］↑［Ｔ］，Ｖ＝［Ｖ↓［１］，Ｖ↓［２］，…Ｖ↓［ＮＶ］］↑［Ｔ］，则以上方程可以简记为：＊＊＊其中，λ表示负荷变化区各节点的有功负荷总和；ＮＢ不包括平衡节点的节点数目；ＮＶ为ＰＱ节点数目；Ｐ↓［ｉＬ］（λ）、Ｑ↓［ｉＬ］（λ）分别表示由特定负荷增长方式定义的各节点有功功率、无功功率与总有功负荷间的函数关系；Ｐ↓［ｉＧ］（λ）、Ｑ↓［ｉＧ］（λ）分别表示由特定的调度方式定义的各发电机节点有功功率、无功功率与总有功负荷的函数关系；（二）采用常规的连续潮流法，对上述含负荷参数的潮流方程进行求解，得到系统总有功极限负荷，以系统总有功极限负荷作为裕度指标对电力系统中长期电压稳定性进行评估；（三）连续潮流计算中的发电机节点设为存在无功出力最大值Ｑ↓［ｍａｘ］的ＰＶ节点，在计算过程中任一发电机节点达到无功出力最大值Ｑ↓［ｍａｘ］，则在后续的连续潮流计算中根据该发电机节点有功出力值Ｐ、机端电压值Ｖ调整发电机无功出力值Ｑ，用以更好地模拟该台发电机在励磁电流限制下的无功特性。...

【技术特征摘要】
一种基于发电机励磁电流限制的电力系统中长期电压稳定的评估方法，其特征在于该方法包括以下步骤(一)构建电力系统含负荷参数的潮流方程，表示成如下形式 <mrow><msub> <mi>P</mi> <mi>G</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>&lambda;</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>P</mi> <mi>iL</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>&lambda;</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>V</mi> <mi>i</mi></msub><munder> <mi>&Sigma;</mi> <mi>j</mi></munder><msub> <mi>V</mi> <mi>j</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>B</mi><mi>ij</mi> </msub> <mi>sin</mi> <msub><mi>&theta;</mi><mi>ij</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>G</mi><mi>ij</mi> </msub> <mi>cos</mi> <msub><mi>&theta;</mi><mi>ij</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>0</mn> </mrow>i＝1，2，…NB <mrow><msub> <mi>Q</mi> <mi>iG</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>&lambda;</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>Q</mi> <mi>iL</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>&lambda;</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>V</mi> <mi>i</mi></msub><munder> <mi>&Sigma;</mi> <mi>j</mi></munder><msub> <mi>V</mi> <mi>j</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>G</mi><mi>ij</mi> </msub> <mi>sin</mi> <msub><mi>&theta;</mi><mi>ij</mi&...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘楠，印永华，马世英，唐晓骏，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]