电力系统静态安全分析基本理论_电力系统静态安全分析

电力系统静态安全分析基本理论由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“电力系统静态安全分析”。

电力系统静态安全分析基本理论

陆 未 111101120 60年代以来，由于欧美各国的一些电力系统多次发生大面积停电事故，在经济上造成了巨大损失，各国对于电力系统的安全性分析，开始给予足够的重视。概述

随着电力系统总容量的不断增加、网络结构不断扩大，致使系统出现故障的可能性也日趋增加。在互联系统中，机组或线路故障，往往会导致各种不同严重的后果，最终导致用户供电中断。

对安全的广义解释是保持不间断的供电，亦即不失去负荷。进行系统的安全分析，其主要目的在于提高系统的安全性，而提高系统的安全性，则必须从系统规划、系统调度操作以及系统维修计划等方面作统一而全面的考虑，并最终将集中体现在系统的运行条件上。

一般来说，电力系统如果在数量上和质量上，都满足了用户的要求，就可以认为系统处于正常的运行状态。具体来说，处于正常运行的电力系统，必须同时满足两类条件：

①等式约束条件。

系统中各节点的有功、无功功率的供需必须平衡，即

PiPGiPLiQiQGiQLi

(1)式中，Pi、Qi分别为节点i的有功、无功注入功率；下角标G和L分别表示发电机和负荷。也可以写成：

g(x)0

(2)式中，x为系统运行的状态变量。

②不等式约束条件

在具有合格电能质量的条件下，有关设备的运行状态应处于其运行限值以内，即没有过负荷。即

对于运行在只满足等式约束条件，但不满足不等式的状态，称为紧急状态。紧急状态又可以分成两类：①持久性的紧急状态：没有失去稳定性质，可通过校正控制使之回到安全状态。②稳定性的紧急状态：可能失去稳定的紧急状态。可以通过紧急控制使系统回到恢复状态。紧急控制一般包括甩负荷，切机，解列控制。系统经紧急控制后回到恢复状态，此时系统可能不满足等式约束，而满足不等式约束，或一部分满足约束，另一部分不满足。对处于恢复状态的系统，一般通过恢复控制使之进入正常状态。恢复控制一般有启动备用机组，重新并列系统等。静态安全分析方法

在电力系统的运行中，为了避免过负荷和电压越限引起的设备损毁，或由于过负荷设备在系统保护作用下退出运行而导致大面积连锁反应性的停电，在线或实时地进行系统静态安全分析非常重要。由于不涉及元件动态特性和电力系统的动态过程，静态安全分析实质上是电力系统运行的稳态分析问题，即潮流问题也就是说，可以根据预想的事故，设想各种可能的设备开断情况，完成相应的潮流计算，即可得出系统是否安全的结论。在静态安全分析评定中，预想事故集至少包括下列扰动：①支路开断；②发电机开断。进行这两种事故评定，目前有许多种分析方法。但是，静态安全分析要求检验的预想事故数量非常大，而在线分析或实时分析又要在短时间内完成这些计算。因此，究竟采用何种方法来进行静态安全分析，主要取决于研究课题在精度上和时间上的要求。

在电力系统基本运行方式计算完毕以后，往往还要求系统运行人员或规划设计人员进行一些特殊运行方式的计算，以分析系统中某些支路开断以后系统的运行状态，即断线运行方式。对于确保电力系统可靠运行，合理安排检修计划是非常必要的。

发电厂运行状态的变化，如发电厂之间出力的调整和某些发电厂退出运行等情况，在程序中都是比较好模拟的。因为这时网络结构和网络参数未发生变化，所以网络的阻抗矩阵、导纳矩阵以及P-Q分解法中的因子表都应和基本运行方式一样。因此我们只需按照新的运行方式给定各发电厂的出力，直接转入迭代程序。在这种情况下，不必重新送电压初值，利用基本运行方式求得的节点电压作为电压初值可能更有利于收敛。

比较实用的静态安全分析方法。网络断线分析还可以结合故障选择技术，以减少断线分析的次数，进一步提高静态安全的效率。参考文献[4]给出了灵敏度法的断线处节点注入功率增量的计算方法。

在网络的基本情况（即未发生预想事故的情况）潮流求得之后，对于支路开断模拟，通常有下列几种方法：①直流法；②补偿法；③分布系数法。而对于发电机开断模拟，有下列几种方法：①直流法；②分布系数法；③计及电力系统频率特性的静态频率特性法。N-1检验与故障排序方法

在进行大型电力系统安全分析时，需要考虑的预想事故数目是相当可观的。要给出预想事故的安全评价，需要逐个对预想事故进行潮流分析，然后校核其违限情况。因此安全分析的计算量很大，难以适应实时要求。

目前比较常见的网络安全运行要求是满足N-1检验，即在全部N条线路中任意开断一条线路后，系统的各项运行指标均应满足给定的要求。在网络规划形成的初期，最重要的原则是使网络不出现过负荷，即网络能够满足安全的输送电力的要求，为此应进行逐条线路开断后的过负荷校验。当任意一条线路开断后能够引起系统其他线路出现过负荷或系统解列时，说明网络没有满足N-1检验。

严格的N-1检验需要对全部线路进行N次断线分析，计算工作量很大。实际上，网络中有一些线路在开端后并不引起系统过负荷，因此我们可根据各线路开断后引起系统过负荷的可能性进行故障排序，然后按照顺序依次对过负荷可能性较大的线路进行校验。当校验到某条线路开断后不引起超过负荷时，则排在其后的线路就可以不再进行校验，从而可以显著地减少计算量，这个过程也称为故障选择。目前国内外已出现了不少故障排序方法，这些方法评判系统故障的标准各不相同。通常是以是否引起系统过负荷作为标准的故障排序方法。

为了综合反映系统的过负荷情况，定义标量函数PI(Performance Index)作为系统运行行为指标：

PPIlll

l1PlL2

(5)式中，Pl为线路l的有功潮流；Pl为线路l的传输容量；l为支路l中的并联线路数；l为线路l的权系数，反映该线路故障对系统的影响；L为网络支路数。

除此之外，电力系统的在线控制，已成为当前实现“电力系统运行的计算机化”所期望的主要目标。其中，实时地静态安全分析（即判断电力系统对预想事故的承受能力）是保证系统安全运行的重要环节之一。为了实施这一功能，总会在系统的规模与计算机内存容量，以及分析计算所需的响应时间等方面，存在着难以克服的矛盾。同时，又由于不可能在控制中心内，获得互联系统的完整而准确的实时信息，而系统数学模型的规模却显然又应与所能得到的实时信息相匹配，以致也不得不把系统中的某些不可观察部分，作为外部等值来处理。所以，等值方法的研究，在离线分析和在线分析方面，都有着相当重要的实际意义。在电力系统静态安全分析中，仅仅是研究系统的静态行为，故采用的是静态等值方法。

联络线内部系统I外部系统E边界母线B研究系统ST拟予等值的系统E互联系统PS 图2 互联电力系统的第一种划分

边界母线联络线内部系统I外部系统E研究系统ST拟予等值的系统E互联系统PS 图3 互联电力系统的第二种划分

一般来说，一个互联电力系统可以划分成研究系统ST和外部系统E两部分。所谓研究系统是指感兴趣区，它就是拟给以详尽模拟的电网部分（即拟于了解其运行细节的电网部分）；而外部系统则是拟采用某种等值方法来取代的电网部分。

在在线情况下，由于ST的状态可由状态估计器提供，为此，ST又被称为可观察系统，而E则由于其状态往往不能在实时下获得而被称为不可观察系统。

参考文献

[1] 诸骏伟.电力系统分析 上册[M].北京：中国电力出版社，1995.[2] 吴际舜.电力系统静态安全分析[M].上海：上海交通大学出版社，1988.[3] 张伯明，陈寿孙，严正.高等电力网络分析[M].北京：清华大学出版社，1996.[4] 王锡凡.现代电力系统分析[M].北京：科学出版社，2003.[5] 陈辉.电力系统静态安全分析[D].武汉水利电力大学,1999.[6] 留毅，章静芳.电力系统静态安全分析综述[J].科技创新导报，2010，(30):64.[7] 邱家驹，钱源平，刘艳，等.基于地理信息系统的电力系统静态安全分析可视化方法[J].中国电机工程学报，1999，(5):62-66.[8] 王锡凡，王秀丽.实用电力系统静态安全分析[J].西安交通大学学报，1988，22(1).