电力系统基本计算再认识.docx

电力系统基本计算的再认识(武汉大学电气工程学院，武汉430072)摘要：电力系统的容量不断增加，电网的结构不断扩展，致使系统出现故障的可能性也日趋增加。为了保证对用户持续供电，安全性成了电力系统运行的首要任务。由于科技的发展，对电网安全性进行分析的方法也在不断更新。本文首先对电网的基本计算——潮流计算和稳定性分析技术进行回顾，然后又总结了近年来发展起来的利用安全域对电网进行的方法，对电网安全性分析方法进行了回顾和再认识。关键词：电力系统；潮流计算；稳定性分析；静态安全域中图分类号：TM744 文献标识码：A0引言电力系统的容量不断增加，电网的结构不断扩展，致使系统出现故障的可能性也日趋增加。为了保证对用户持续供电，安全性成了电力系统运行的首要任务和互联系统的追求目标。从而，电力系统的安全性分析工作，也就显得十分重要和迫切。由于科技的发展，对电网安全性进行分析的方法也在不断更新。传统的潮流计算和稳定性分析方法依然是各种新方法的基础，但由于电网结构复杂性的不断增加，潮流计算的复杂性也不断增加，传统的稳定性分析方法也变的很繁琐。近年来，电力系统静态安全域分析已成为安全分析的一种新手段，能够有效的降低的潮流计算的复杂性，并为电力系统的运行与规划提供新的方法，同时安全域的研究将导致电力系统行为更深刻的认识。1潮流计算电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行的一项基本运算,它根据给定系统的网络结构及运行条件来确定整个系统的运行状态:主要是各节点电压(幅值和相角),网络中功率分布和功率损耗等状态。它既是对电力系统规划和运行方式的合理性、可靠性及经济性进行定量分析的依据又是电力系统稳态和暂态稳定计算的基础,是电力系统一种非常重要和基本的计算[1]。潮流计算方法的发展是与人们所能使用的计算工具的发展相联系的。早期，除了手工计算潮流外，人们用直流计算台通过物理模拟的方法来分析电力系统稳态运行状态。这种方法虽然直观，物理概念清楚，但受到系统规模等因素的限制，深入分析电网潮流存在一定困难。二十世纪五十年代中期，随着电子计算机技术的引入，求解大规模网络潮流成为可能，进而推动了潮流计算方法的飞速发展，取得了大量的成果。潮流计算的方法也变的丰富起来[2]。虽然潮流算法多种多样,但它们一般都要满足四个基本要求:1)可靠性收敛;2)计算速度快;3)使用方便灵活;4)内存占有量少,这四条是对潮流算法进行评估的主要依据[3]。下面主要从三个方面对现有的潮流计算的模型及方法进行分析：交流系统的潮流计算、含直流系统的潮流计算、含FACTS元件的潮流计算。1.1交流系统的潮流计算交流系统是现代电力系统主要组成部分，因此交流系统的潮流计算是电力系统潮流计算中最为基础和重要的部分。电力系统早期使用的是以导纳矩阵为基础并应用高斯迭代的算法(Gauss法)[4]。这种方法原理简单，内存需求少，但算法收敛性差。后来发展了以阻抗矩阵为基础的算法[5]。这种方法收敛性较好，但由于阻抗矩阵是满阵，使得内存占用量大大增加，而且每次迭代的计算量非常大，对于大系统其缺点非常突出。牛顿－拉夫逊法(Newton－Raphson即N-R)方法是解非线性代数方程组的一种基本方法，在潮流计算中也得到了广泛应用。60年代中后期，牛顿－拉夫逊法开始采用稀疏矩阵技术和节点优化编号技术[6]，使得该方法成为电力系统潮流计算中广泛采用的算法，而且至今它仍是潮流计算中的一种广泛使用的基本算法。以牛顿法为基础，产生许多派生的计算方法，如定雅克比矩阵的牛顿法、考虑二阶项的保留非线性潮流算法[7]、带最优乘子的最小化潮流算法[8,9]、直流法等，都有其特点和一定的应用场合。70年代中期，Stott在大量计算实践的基础上提出的快速分解法[10]，在计算速度、内存占用量以及程序设计简单性方面具有优异的性能，已经成为当前使用最为普遍的一种算法，并可以应用于在线。在80年代末期人们对快速分解法潮流的收敛机理给出了较为满意的解释[11]。由于配电网拓扑多为辐射状、线路的R/X比值很高，常规方法在计算配电网时收敛效果不好，人们又提出了很多专门针对配电网的潮流计算方法，如母线法(Zbus法[12]和Ybus法[13])、面向支路的前推回代法[14,15]，追赶法[16]等，丰富了交流系统潮流计算研究的内容。1.2含直流系统的潮流计算近年来，随着直流输电技术的不断发展和日臻成熟，直流输电在远距离输电、交流电力系统之间进行非同步互联、利用电缆跨海送电或向负荷密集的大城市供电以及作为限制短路电流的措施等方面得到了越来越广泛的应用。交直流混合电力系统的潮流计算和纯交流电力系统相比较，具有不少特点：首先，除了原有的交流电力系统变量以外，又增加了直流电力系统变量，两者的有关变量将通过换流站中交直流换流器的特性方程建立数学上的联系。由于通过换流器进