典型ieee3机9节点电力系统潮流分析_现代电力系统分析

01

电力系统最优潮流
  1. 最优潮流的控制变量是待优选确定的。
  2. 最优潮流的控制变量：
  • 除平衡节点，发电机的有功出力；
  • 所有发电机的无功出力或对应的节点电压模值；
  • 移相器抽头位置，带负荷调压变压器的变比，并联电容器、电抗器容量。
最优潮流的状态变量：
  • 节点电压
  • 支路功率
最优潮流问题是把电力系统经济调度和潮流计算有机融合在一起的一个大型多约束非线性规划问题。最优潮流的目标函数：
  • 燃料费用最小
  • 有功网损最小
有功最优潮流的目标函数是燃料费用最小；无功最优潮流的目标函数是有功网损最小。最优潮流的计算方法：
  • 非线性规划法(简化梯度法)
  • 二次规划法
  • 线性规划法
  • 混合规划法
  • 内点法
  • 人工智能法
简化梯度法是以极坐标形式的牛顿-拉夫逊潮流算法为基础。简化梯度法的梯度向量为∂L/∂u。简化梯度最优潮流中步长因子c选的过大将导致在最优点附近振荡，选的过小将使迭代次数增加。简化梯度法中，控制变量不等式约束越上限，取上限；函数不等式约束采用罚函数。简化梯度法的缺点：      
  • 收敛速度很慢
  • 依赖惩罚因子的选择
最优潮流牛顿法中，海森矩阵W和节点导纳矩阵具有相同的稀疏结构。将越界不等式约束h i(x)>0，将其中的一部分转化为等式约束h i(x)=0，实际上意味看将它们强制在限值上，是一种硬性约束；而罚函数法为软性约束。内点法的基本思路是使得寻优迭代过程始终在可行域内进行。内点法的计算量随系统规模的增大不是很明显，适于求解大规模的系统优化问题。跟踪中心轨迹内点法中，当靠近可行域边界时，障碍函数趋于无穷大。跟踪中心轨迹内点法中，中心参数σ一般取0.1。跟踪中心轨迹内点法中，收敛条件是Gap

02

电力系统状态估计
  1. 电力系统状态估计的功能主要包括：
  • 根据量测量对生数据进行处理，得到最接近于系统真实状态的最佳估计值；
  • 对生数据进行不良数据的检测与辨识；
  • 推算出完整而精确的电力系统的各种电气量。
电力系统状态估计的量测方程为z=h(x)+v。在状态估计中，量测向量的维数即方程式的个数比未知状态量个数多，具有量测冗余性。系统可观测的必要条件是量测方程对应的m×n雅克比矩阵秩为n。状态估计采用最小二乘法，其目标函数是以状态量和状态量估计值之差的平方和最小为目标准则，是无偏估计。当量测函数h(x)为非线性函数时，采用最小二乘状态估计，可以通过迭代法求解。采用加权最小二乘法，对于精度高的量测量权值应取大一些。理论上，可以将误差大于±3σ的数据作为不良数据，但在实用中，往往取达到±(6~7)σ以上的数据作为不良数据。不良数据的检测方法：
  • 目标函数检测法
  • 标准残差检测法
  • 加权残差检测法
残差搜索辨识法适用于弱相关的多个不良数据和单个不良数据的辨识。残差污染和残差淹没会使不良数据点模糊，导致辨识不良数据的困难。

03

电力系统静态安全分析
  1. 电力系统安全分析的研究主要集中在网络的简化等值、快速潮流计算方法和预想事故的自动筛选三方面，与稳定性分析无关。
  2. 电力系统运行满足等式约束条件和不等式约束条件，但安全裕度小，系统运行在不安全正常状态。
  3. 电力系统运行能满足功率平衡，但某些母线电压越界，部分设备出现过负荷现象，系统运行在紧急状态。
  4. 电力系统运行发生连锁反应，出现系统解列现象，系统运行在危及状态。
  5. 电力系统静态安全分析方法的选择首先是快速性，其次是精确性。
  6. 静态安全分析的预先事故应包括：
  • 支路开断
  • 发电机开断
支路开断的静态安全分析方法：
  • 直流法
  • 补偿法
  • 分布系数法
  • 灵敏度分析法
发电机开断的静态安全分析方法：
  • 直流潮流法
  • 分布系数法
静态安全分析的直流法的优缺点：
  • 线性模型，计算速度快，方便估算多重支路开断的潮流；
  • 准确度不高，只能解出节点电压相角、支路有功功率、节点注入有功功率。
预想事故一览表中是按事故的严重性来进行排序的。由预想事故集形成预想事故一览表，是通过快速近似的潮流计算和行为指标来实现的。行为指标是用来评价预想事故严重程度的指标。在预想事故自动筛选时，遮蔽现象会使严重的预想事故排在不严重的预想事故之后，从而导致不该发生的事故却发生了。

04

电力系统静态等值方法
  1. 在网络等值中，将节点集合划分为内部系统、边界系统、外部系统。
  2. 内部系统与外部系统直接相连的节点称为边界节点，内部系统与边界节点连接的支路称为联络线。
  3. 常规Ward等值适用于在线应用和外部系统全部是PQ节点。
  4. 用常规Ward等值法对外部系统等值，其外系统被等值为边界节点间连接支路和边界节点的注入功率。
  5. 常规Ward等值法的缺点：
  • 等值计算误差大；
  • 对外部系统PV节点注入无功功率的模拟不准确。
用REI等值法对外部系统等值，其外系统被等值为一个辐射状的简单网络。

05

电力系统复杂故障分析
  1. 对称分量法是一种相量分析法，只能用于分析某一特定时刻的状态，而不能分析暂态过程。
  2. 不同故障特殊相的理想变压器的变比取值
    特殊相n1n2n3
    a111
    ba^2a1
    caa^21
  3. 阻抗参数方程适合于分析双重串联型复杂故障。
  4. 导纳参数方程适合于分析双重并联型复杂故障。
  5. 混合参数方程适合于分析串联-并联型复杂故障和任何多重复杂故障。

06

电力系统暂态稳定分析
  1. 我国《电力系统安全稳定导则》中将电力系统角度稳定性分为静态稳定性、暂态稳定性和动态稳定性，不包括小干扰稳定性。
  2. 电力系统受到大扰动后在第一摇摆周期就失去稳定，其失稳形式是非周期性失去同步。
  3. 电力系统的暂态稳定性与扰动性质、扰动发生地点、扰动前系统运行状况有关。
  4. 电力系统暂态稳定的仿真时间通常在10秒-20秒。
  5. 电力系统的长期暂态稳定性分析的时间在几分钟至几十分钟。
  6. 在电力系统暂态稳定分析中，发电机节点的处理与发电机采用的模型、发电机采用的求解方法有关，与采用的数值积分法、励磁系统采用的模型无关。
  7. 电力系统暂态稳定分析时域法的两种常用方法是基于改进欧拉法的暂态稳定分析迭代法和基于隐式梯形积分法的暂态稳定分析联立求解法
  8. 电力系统暂态稳定分析的交替求解法的缺点为交接误差。
  9. 选择数值积分法要注意考虑到计算精度、数值稳定性、对刚性微分方程组的适应性。
  10. 数值积分法的数值稳定性最好的为隐式梯形积分法，计算精度最高的为龙格-库塔法。
  11. 在单机无穷大系统暂态稳定分析中，直接法与等面积定则是完全等价的。
  12. 在电力系统暂态稳定分析中，计及发电机凸极效应时，发电机节点的处理可以采用直接法、迭代法和牛顿法，不能采用高斯-赛尔德法。
  13. 电力系统暂态稳定分析的直接法的应用主要体现在：
  • 在线动态安全分析，快速给出预想事故的系统稳定度；
  • 离线暂态稳定分析中用于故障的扫描和筛选。
电力系统暂态稳定分析的直接法分析的优点主要表现为：
  • 计算速度快；
  • 能给出系统的稳定度。
电力系统暂态稳定分析的直接法分析的缺点主要表现为：
  • 模型受限制；
  • 计算误差大；
  • 结果偏于保守。
电力系统暂态稳定分析的直接法需要计算故障切除时的系统暂态能量和系统临界能量。在多机电力系统暂态稳定的直接法分析中，系统势能主要包括位置势能、磁性势能和耗散势能三部分。对于n机电力系统，共有2^(n-1)-1种失稳模式。在判别失稳模式过程中，需要识别严重受扰机组，一般采用故障初始加速度和M i的比值大的以及故障切除时角速度大的方法来进行排序。惯性中心坐标的暂态能量法去除了对稳定性没有影响的动能部分，比同步坐标的暂态能量法的分析计算精度高势能边界面法(PEBS法)中，采用沿持续故障轨迹V p达到最大值的方法来确定临界能量。扩展等面积法(EEAC法)适合于分析双机失稳模型的暂态稳定性，不适合于分析多机失稳模式、多机群失稳模式和任意失稳模式的暂态稳定性。在电力系统暂态稳定分析过程中，当电力网络中发生故障或操作时，需要修改的为微分方程、网络方程以及导纳矩阵。

07

电力系统小干扰稳定分析
  1. 电力系统同步转矩不足，小干扰后，同步发电机转子角度非周期增大，系统非周期失步，也称滑行失步。
  2. 电力系统负阻尼，小干扰后，系统周期失步，也称自发振荡。
  3. 状态矩阵特征值中，存在正实根，该系统非周期失步；存在正实共轭根，该系统周期失步。
  4. 状态矩阵特征值中，存在负实根，该系统周期性单调减幅运行，能稳定运行；存在负实共轭根，该系统周期性减幅振荡，能稳定运行。
  5. 如果系数矩阵是实数矩阵，系统特征值有复数根，则复数特征值以共轭对形式出现，每对共轭复根对应一个振荡模式。
  6. 振荡频率在0.1~2.5Hz的功率振荡、机电振荡，称为低频振荡。
  7. 电力系统机电低频振荡主要包括局部振荡和区域间振荡两种模式。
  8. 电力系统区域间振荡模式的振荡频率在0.1~0.7Hz。
  9. 在重负荷条件下，快速高放大倍数的励磁系统产生的阻尼是负阻尼，对振荡起恶化作用。
  10. 参与因子的模式大，表明该机与对应的振荡模式关联度大，在此发电机安装PSS控制效果好。
  11. PSS输入信号可选取转速增量、发电机有功功率增量和母线电压的频率增量的信号。
  12. 将PSS的输出信号作为励磁系统的附加控制信号。

08

直流输电
  1. 大容量远距离输电、海底电缆输电和解决同步电网互联稳定性可应用高压直流输电。
  2. 没有同步运行稳定性问题、不会增加短路容量和可实现异频电网互联都属于高压直流输电的优点。
  3. 平波电抗器在直流输电系统的作用是减少直流电压、电流的波动。直流滤波器，在双桥时需要滤除的谐波是12n±1，单桥时需要滤除的谐波是6n±1。
  4. 换流器在正常运行状态下，换相角应小于60°。换相角大于60°，将出现有3个以上的阀同时导通的不正常运行方式。
  5. 换流器的换相角γ与直流电流Id、触发延迟角α、交流回路电感Lc有关。
  6. 在有交流回路电感情况下，换流器换相将引起直流电压减小。
  7. 换流器在换相过程中，存在换相角，直流电压平均值为Vd0cosα-RcId。
  8. 换流器交直流电流间的关系为I=(√6/π)Id。
  9. 直流系统运行时，换流器内部稳态条件下所消耗的无功功率达到传输功率的50%。
  10. 为了避免晶闸管元件岀现“换相失败”故障，一般熄弧超前角μ应控制在17°-21°之间。
  11. 熄弧超前角的计算式μ=π-δ，即熄弧超前角=π-熄弧角。
  12. 直流输电线路稳态方程RdcId=Vdv-Vdi。
  13. 直流输电系统在正常工作方式下，可采用的控制方式主要为"整流侧定电流控制，逆变侧定电压控制”和″整流侧定功率控制，逆变侧定熄弧超前角控制”。
  14. 在整流侧交流电压过低或逆变侧交流电压过高的情况下，直流输电系统一般采用“整流侧最小触发角控制，逆变侧定电流控制”方式。
  15. 在直流输电系统中，快速调整直流输电系统的电压和电流(或输送功率)一般采用自动控制系统调整整流侧晶闸管的触发延迟角α和逆变侧晶闸管的熄弧超前角μ；慢速调整一般采用调整换流变压器的电压比。

09

柔性输电
  1. 柔性输电主要采用的技术为：先进的控制理论、大功率电力电子技术和计算机信息处理技术。
  2. 并联型柔性输电装置：SVC(TSC、TCR)、SVS、SVG、SSG、STATCOM。
  3. 串联型柔性输电装置：TCSC、SSSC。
  4. 综合型柔性输电装置：UPFC、TCPST。
  5. 并联型柔性输电装置相当于一个在连接点处向系统注入的电流源。
  6. TCR通过控制晶闸管的触发延迟角，可控制每个周波内电感L接入系统的时间长短，从而改变TCR的等值电抗。
  7. TCR的触发角α取值范围为[π/2,π]。
  8. TSC通过对阀的控制可使电容器并接于系统中或退出运行两种状态。
  9. TSC中，电容电流过零时晶闸管自然关断，电容电压为电源电压峰值。
  10. STATCOM的功能与SVC基本相同，它可等效为一个可调电压源。
  11. STATCOM实际上是一个自换相的电压型三相全波桥式逆变器，由电容器、全控型阀元件、二极管组成。
  12. STATCOM的2个控制变量：脉宽θ和相位角δ。
  13. 当STATCOM的输出电压大于系统电压时，STATCOM向系统输出感性无功功率，工作于容性区。
  14. UPFC具有两个电压型换流器，其中换流器1通过耦合变压器与线路并联，其功能类似于STATCOM。
  15. UPFC可以同时调整影响电力线输送功率的线路参数、节点电压幅值、节点电压相位。
  16. UPFC的串联无功补偿功能的实现，要求串联补偿电压与线路电流垂直。
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