电力系统计算-2014-8

3-8含柔性输电元件的电力系统潮流计算传统电力系统运行状态调整方式的缺点：分接头调节、串补电容、并联补偿通过机械装置投切，速度慢，且不能灵活调整，系统潮流分布为自由潮流，线路的同步稳定极限远小于热稳极限，输电能力没有充分发挥。柔性输电技术的作用：利用大功率电力电子元器件构成的装置来控制或调节交流电力系统的运行参数和/或网络参数，从而优化电力系统的运行状态，提高电力系统的输电能力。系统需求：由于负荷大幅度增加，希望提高已有交流线路的输电能力。已在实际工程中大量应用的有:1)静止无功发生器(SVC);2)晶闸管控制的串联电容器(TCSC);3)静止同步补偿器(STATCOM)。初步应用的有：统一潮流控制器（UPFC）。含FACTS的潮流计算或控制问题的分类：1）给出潮流目标值，通过潮流计算获得柔性输电元件的控制参数；2）给出柔性输电元件的控制参数，通过计算获得潮流，一般用于数学优化。一、含SVC的电力系统潮流计算1）SVC的数学模型TCR等值基波电抗：TCR从系统吸收的无功：2*212sin2LLLVQVIVXL&&2,0,2sin2LXLTSC运行方式：（1）退出；（2）投入，注入系统：2CQCVLCLLCXSVC212sin22sin2SVC注入系统无功：SVC的等值电抗：22sin2VLCQQQLCSVCmaxminSVCSVCSVCereferefXXSVCSVCIXVVXVSVCSVC或固定电抗即成为的控制范围时，当系统电压的变化超出的调相机：和内阻为电源电压为可以看成的控制范围内变化时，当系统电压在2）含SVC的电力系统潮流计算SVC属并联装置，相当并联在节点上的一个电容或电抗，向系统注入或吸收无功功率，以维持节点电压稳定。潮流计算中，将装有SVC的节点作为PV节点处理即可。算出节点无功Qin后，即可算出导通角当Qin超过SVC的最大容量时，SVC将改为定无功功率输出，此时，将装有SVC的节点也将改为PQ节点，重新计算潮流。二、含STATCOM的电力系统潮流计算1）STATCOM的数学模型也称ASVG，采用全控型器件，比SVC的运行范围更宽、调节速度更快！下图中的STATCOM相当一个自换相的电压型三相全桥逆变器。稳态时：sin()sinsin()sinsin(/2)ASVGsSCASVGsASVGsVVVVKVVQVx2sinCKV2）含STATCOM的电力系统潮流计算STATCOM也属并联装置，相当并联在节点上的一个电容或电抗，向系统注入或吸收无功功率，以维持节点电压稳定。潮流计算中，也将装有STATCOM的节点作为PV节点处理即可。算出节点无功Qin后，解出逆变器输出电压相位后在求出方波宽度当Qin超过STATCOM的最大容量时，STATCOM将改为定无功功率输出，此时，将装有STATCOM的节点也将改为PQ节点，重新计算潮流。三、含TCSC的电力系统潮流计算1）TCSC的数学模型222200122cossin1()1121TCSCCCXKXXCKtgtgLC等值电抗：0/2，电抗器退出运行，阻断模式；=，电抗器与电容器并联，旁路模式。0,0,KK调整即可改变等值电抗，从而使线路等值电抗成为一个可控参数。比较小时，容性；比较大时，感性；2）含TCSC的电力系统潮流计算STATCOM属串联装置，相当于串联在线路中的一个可变电抗。潮流计算中，增加节点p，利用替代的方法，拆去TCSC支路，并用节点l、p的注入功率来模拟TCSC这一可变电抗。注意修改节点导纳矩阵！！)cos(sin)cos(sinpllpTCSCpplplTCSCplpllpplTCSCllplpTCSCpllpVVXVQXVVPpVVXVQXVVPl流出的功率：节点流出的功率：节点0sin0cossincos0sincos0cossincos0sincospl0cossin0sincoslppplliilpTCSCplcTCSCpmpmpmpmmppllpTCSCppspjpjpjpjpjjppsljljljljljjllpplTCSCllsljljljljljjlclsijijijijijjiisijijijijijjiisXVVPPXBGVVVVXVQQBGVVPPBGVVVVXVQQBGVVPPPTCSCBGVVQQBGVVPPTCSC而增补的方程为：由于未知数的功率方程式：、直接相连节点与程式：直接相连节点的功率方不与由于增加了状态变量XTCSC，雅可比矩阵将增加一阶。新增的一列中将有如下三个非零元素：新增的一行中还将增加如下四个非零元素：。后，即可求出导通角潮流计算出TCSCXplTCSCplplpllpplTCSCplpplpllpXVVPPXVVVVPVPcossinlpTCSCPlTCSClPpllpTCSCpTCSCplpplTCSClTCSClXVVXPVVXVXQVVXVXQsincoscos222四、含UPFC的电力系统潮流计算1）UPFC的数学模型稳态时相当于可用两条由阻抗和理想电源串联组成的支路表示，电源电压又可由GTO门极控制信号调整。qtII并联支路中，是支路电流的无功分量，向系统提供并联无功补偿；是支路电流的有功分量，向交流系统吸收或注入有功功率，维持直流电压为常数。稳态时，图中各量有如下关系：EtpEtqEtCEtV,VVVBCVVIUPFCUPFCPQ&&&&&&&对线路而言,节点电压由改变成了调节即可调节，从而直接控制该线路的有功功率和无功功率。由于的并联补偿作用，的模值也可以有调节。即一台可同时控制：、、2）含UPFC的电力系统潮流计算*22222*l2111122()2mVsincoslmsmCzlmzCClmlmCmlmcmlmqtlqlmmlmmmlmPPPIrIPQbbQVrPVQIVIIVIVEVFVEVFV&&&&mlcmlcPPQQ计算方法：PQ分解法或牛顿法节点l看作PV节点时，仅需要修正一个元素：节点l看作PQ节点时，除上一个元素外，还需要修正以下四个元素：UPFC控制参数的计算方法：节点m的流出功率为：**ml0*f0*2222ePmlBmlmlmmCClmlmlmlmmlfmlmlmlmBeecfcfmlmlmelmlmBmeBeVVVjQVjbVPjQrjxrjxVVPjQVjbrjxVPjQPPjQQVrjxPQrxVVQxarctgarctgP&&&&&&&&&&设：则:lmmlmr3-9电力潮流问题解得的存在性与多值性PQPQPQRQDRQDRQD时，有两个解；时，仅一个解；时，无解若把节点2作为PV，则：2PsOOVP无解条件：R扩大了实数解的范围。影响收敛性的因数和克服不收敛现象的一些措施：1.保证输入数据正确；2.保证无功功率合理分布；3.合理选择电压初值；4.跟踪、分析中间计算结果，查找不收敛原因；5.考虑负荷静态特性有利于收敛；6.注意联络线功率，负荷太重不利于收敛；7.小阻抗、R/X比值大支路的处理：3-10电力系统最优潮流问题OPF：在满足特定的电力系统运行和安全约束条件下，通过调整系统中可利用的控制手段实现预定目标最优的系统稳定运行状态。OPF的前提条件：（1）火电（核电）投入运行的机组已知（不解决机组启停问题）；（2）各水电机组的出力已定（由水库经济调度确定）；（3）电力网络结构确定（不考虑网络重构问题）。OPF的目标函数：(1)系统运行成本最小(有功优化)(2)有功传输损耗最小(无功优化)OPF的约束条件：（1）节点有功和无功平衡（等式约束）；（2）发电机有功出力上下限；（3）发电机无功出力上下限；（4）无功补偿装置的容量限制；（5）移相器抽头位置约束；（6）可调变压器抽头位置约束；（7）节点电压上下限限制；（8）支路传输功率上限限制。OPF的变量：（1）控制变量：机组出力、变比等（2）状态变量：节点电压、支路功率等一、数学模型OPF的数学模型221011minmaxminmaxminmaxmin()(cossin)0(sincos)0(cossin)GiGiiGiiiSnGiDiijijijijijjnGiDiijijijijijjGiGiGiGiGiGiiiilijijijijijijaPaPaPPVVGBQQVVGBPPPQQQVVVPPVVGBV目标函数：约束条件：2maxiijlGP二、OPF计算方法（1）非线性规划法(罚函数法、拉格郎日乘子法)；（2）二次规划法(非线性规划法的特殊形式)；（3）线性规划法(分解成有功、无功两个优化子问题，然后采用交替迭代求解，主要是分段线性化)；（4）混合规划法(有功、无功优化子问题采用不同方法联合求解)；（5）内点法；（6）人工智能法。三、最优潮流应用特点：把经济调度和潮流计算有机地融合在一起，以潮流方程为基础，进行经济与安全的全面优化。主要应用在电力系统的如下经济性方面：1）实时电价制定。电价随时间、空间的不同而不同；2）辅助服务定价。AGC、热备用、冷备用、电压/无功支持、黑启动、调峰等；3）输电费用计算。包括网损分摊、输电设备利用份额计算；4）网络阻塞管理。技术上有切线路、调变比和FACTS;经济上利用价格手段进行电力交易量管理，消除网络过载现象；5）可用传输容量估算。充分利用现有路径传输容量。最优潮流在电力市场中的应用情况表应用领域目标函数网络模型特殊约束特殊控制变量实时电价计算社会效益最大DC/AC机组爬坡约束、备用约束供方、需方报价输电费用确定发电成本最小/用户收益最大DC/AC事故约束发电出力、负荷、FACTS设备网络阻塞管理管理费用最小DC/AC运行、事故、稳定性约束处理增量、合同削减量、FACTS设备ATC计算总输电容量最大AC事故、稳定性、随机操作FACTS设备辅助服务支持辅助服务费用最小DC相关设备约束备用容量输电权分配拍卖收益最大DC报价、事故约束报价、FACTS设备