張雙梅,王國城,劉瑞超(.國網(wǎng)天津市電力公司 寶坻供電分公司，天津 30800；.光大生物能源(天津薊縣)有限公司，天津 30907)

0 引 言

電力系統(tǒng)源網(wǎng)間的協(xié)同調(diào)控問題是電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行的核心問題。然而，由于系統(tǒng)運(yùn)行的不均勻性[1-2]，導(dǎo)致了源網(wǎng)非同調(diào)現(xiàn)象的產(chǎn)生，該現(xiàn)象是指網(wǎng)的安全制約了最經(jīng)濟(jì)源的運(yùn)行，使部分網(wǎng)不隨源而變化或變化趨勢相反的現(xiàn)象。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，風(fēng)、光、儲(chǔ)等可再生能源以分散或集中的方式大規(guī)模的并入電網(wǎng)，源的類型、網(wǎng)的規(guī)?？涨褒嫶蠛蛷?fù)雜，導(dǎo)致該現(xiàn)象將進(jìn)一步加劇。

與此同時(shí)，等值簡化對(duì)異常復(fù)雜的電力系統(tǒng)顯得尤為必要[3-4]，簡單且精確的模型可以極大地提高系統(tǒng)的計(jì)算效率。近年來，國內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)此展開了大量的研究[5-6]，在動(dòng)態(tài)等值中，同調(diào)機(jī)群識(shí)別、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、原動(dòng)機(jī)等參數(shù)簡化一直是研究的熱點(diǎn)。靜態(tài)等值中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)等值簡化等方面也出現(xiàn)了大量的研究成果[7-8]。但這些方法或僅對(duì)某一特定元件參數(shù)或僅對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)展開研究，沒有考慮源網(wǎng)間的非同調(diào)關(guān)系，且簡化后的等效模型存在依賴于運(yùn)行點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)潮流模式變化較大等問題[9-10]。

針對(duì)上述情況，本研究提出源網(wǎng)同調(diào)和非同調(diào)的指標(biāo)、判別源網(wǎng)同調(diào)的方式，以及利用源網(wǎng)同調(diào)特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)分類簡化的方法。

1 源網(wǎng)非同調(diào)現(xiàn)象

根據(jù)功率分布理論，電網(wǎng)中任意支路中的潮流為具有不同系數(shù)的電源提供的功率分量的代數(shù)和，功率分量的歸屬電源明確，體現(xiàn)了源網(wǎng)之間的耦合關(guān)系。然而，對(duì)應(yīng)負(fù)荷曲線中某點(diǎn)，電源最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式受網(wǎng)的制約而出現(xiàn)非同調(diào)的現(xiàn)象。本研究采用三節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)對(duì)此情況進(jìn)行說明，如圖1所示。

圖1 三節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)

系統(tǒng)負(fù)荷運(yùn)行模式如表1所示。

表1 負(fù)荷運(yùn)行模式(單位：MW)

1.1 源網(wǎng)同調(diào)

在負(fù)荷模式一情況下，對(duì)其進(jìn)行連續(xù)潮流計(jì)算，得到系統(tǒng)各電源及網(wǎng)絡(luò)潮流變化情況如表2所示。負(fù)荷最大時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行如圖2所示。此時(shí)恰好滿足網(wǎng)的制約(支路1-2達(dá)輸電限值)。

結(jié)果顯示，在該負(fù)荷模式下，隨著負(fù)荷的增加，源網(wǎng)保持同步增加，源的最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式不受網(wǎng)的制約，源網(wǎng)同調(diào)。

表2 負(fù)荷模式一下系統(tǒng)有功變化情況(單位：MW)

1.2 源網(wǎng)非同調(diào)

在負(fù)荷模式二下，節(jié)點(diǎn)1、節(jié)點(diǎn)3處的負(fù)荷保持不變，節(jié)點(diǎn)2處的負(fù)荷由60 MW增長至116 MW，對(duì)其進(jìn)行連續(xù)潮流計(jì)算，可得系統(tǒng)各電源及網(wǎng)絡(luò)潮流變化情況如表3所示。

負(fù)荷最大時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行如圖3所示。

圖2 負(fù)荷模式一最值時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行

負(fù)荷1負(fù)荷2負(fù)荷3電源A電源B電源C電源D支路1-2潮流支路1-3潮流支路2-3潮流初值5060225502850012615966終值501162252228508412613110

圖3 負(fù)荷模式二最值時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行

此時(shí)，隨著節(jié)點(diǎn)2負(fù)荷增大，受網(wǎng)的制約，電源A、支路1-3、支路2-3有功減小，電源D有功增大，支路1-2有功保持不變，網(wǎng)不隨電源D同調(diào)變化。

2 源網(wǎng)非同調(diào)識(shí)別指標(biāo)

與源網(wǎng)非同調(diào)相反，同調(diào)的源和網(wǎng)指的是源網(wǎng)有功變化同步增大或減小，表現(xiàn)了源網(wǎng)內(nèi)部無制約和擠兌，可分為一類，顯示源的屬性；而部分網(wǎng)在源的變化過程中保持不變，相對(duì)獨(dú)立，也可分為一類，顯示網(wǎng)的特性；若同調(diào)源與其互聯(lián)的網(wǎng)非同調(diào)，則網(wǎng)將其分為獨(dú)立的類。經(jīng)過此劃分，原電力系統(tǒng)可簡化為由同類的源與網(wǎng)組成的簡化系統(tǒng)。

同調(diào)屬性是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化識(shí)別的過程，設(shè)當(dāng)前時(shí)刻為t0，定義超前時(shí)刻t1時(shí)，源網(wǎng)非同調(diào)的識(shí)別指標(biāo)為：

(1)

3 蒙特卡洛模擬及源網(wǎng)分類識(shí)別

3.1 蒙特卡洛模擬系統(tǒng)運(yùn)行

在不同時(shí)刻電力系統(tǒng)的負(fù)荷可能不同，服從隨機(jī)變化規(guī)律，而蒙特卡羅模擬預(yù)測法[11]是一種利用隨機(jī)數(shù)來解決具有動(dòng)態(tài)隨機(jī)性質(zhì)問題的方法，在電力系統(tǒng)分析中已得到廣泛應(yīng)用[12]。

假設(shè)系統(tǒng)的發(fā)電、負(fù)荷服從區(qū)間內(nèi)的均勻分布，即：

(2)

(3)

(4)

(5)

3.2 源網(wǎng)同調(diào)狀態(tài)識(shí)別

根據(jù)潮流計(jì)算結(jié)果，設(shè)t1時(shí)刻得到的系統(tǒng)源網(wǎng)功率分別為：

(6)

式中：n—系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)；b—支路數(shù)。

設(shè)t0時(shí)刻系統(tǒng)潮流分布已知，表示為：

(7)

則t1時(shí)刻相對(duì)于t0時(shí)刻源和支路的有功變化量分別為：

(8)

其中:

(9)

(10)

根據(jù)式(8)的數(shù)據(jù)，使用(1)的識(shí)別指標(biāo)可識(shí)別出系統(tǒng)的同調(diào)源和同調(diào)網(wǎng)，進(jìn)一步對(duì)式(8)進(jìn)行計(jì)算，可得到識(shí)別源網(wǎng)同調(diào)的矩陣：

C=(ΔP)T?(ΔPl)′

(11)

在上述計(jì)算過程中，存在部分源節(jié)點(diǎn)保持不變的情況，這部分節(jié)點(diǎn)為聯(lián)絡(luò)性節(jié)點(diǎn)，可根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將其分類。

4 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

筆者采用IEEE118進(jìn)行仿真，以驗(yàn)證本研究的算法，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)參考文獻(xiàn)[13]。

經(jīng)過本研究第1及第2部分分類算法，將系統(tǒng)分為3類的距離比分為兩類的小，所以將系統(tǒng)分為3類為最優(yōu)的分類，分為3類的結(jié)果如表4、圖4所示。

表4 IEEE118母線系統(tǒng)分為3類結(jié)果

圖4 IEEE118母線系統(tǒng)分為三類示意圖

按圖4所示的分類結(jié)果將系統(tǒng)簡化為如圖5所示的三母線系統(tǒng)。

圖5 IEEE118母線系統(tǒng)簡化為三母線系統(tǒng)示意圖

其中，母線Ⅰ與Ⅱ之間有83-84、83-85、94-93、94-92、100-92、100-101、100-103、100-104、100-106共9條并行支路，母線Ⅱ與Ⅲ之間有21-20、23-32、26-30、27-32、28-29、49-42、45-44、65-38、114-31共9條并行支路。

根據(jù)文獻(xiàn)[14]算法計(jì)算圖8所示簡化電網(wǎng)PTDF矩陣Hr及節(jié)點(diǎn)有功注入Pr分別為：

筆者使用本文所提方法對(duì)圖5所示簡化系統(tǒng)進(jìn)行潮流計(jì)算，與文獻(xiàn)[14]的比較結(jié)果如表5所示。

表5 簡化IEEE118母線系統(tǒng)潮流結(jié)果比較/MW

5 結(jié)束語

本研究根據(jù)電網(wǎng)各個(gè)電源具有同調(diào)的特點(diǎn)提出了一種新的電網(wǎng)簡化方法。通過使用本研究所提方法，在算例部分可以看出，可以極大簡化電網(wǎng)的分析和調(diào)度，有助于提高電網(wǎng)監(jiān)視的效率，且可以達(dá)到與原始電網(wǎng)相同的調(diào)度結(jié)果。

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