張新華，薛發(fā)明，趙慶新

(1.山東聊城供電公司，山東聊城252053；2.積成電子股份有限公司，山東濟南250100)

0 引言

為了對電網(wǎng)出現(xiàn)的不安全因素進行快速的預(yù)防性控制，同時為事故情況下的潮流越限消除提供量化的調(diào)整手段,力求以最少的調(diào)整獲得最快、最好的效果，避免人工處理的盲目性，具有非常重要的意義。

通過靈敏度計算得到對于越限支路的機組、負(fù)荷靈敏度信息，并在此基礎(chǔ)上通過輔助決策計算給出快速消除越限的調(diào)整發(fā)電機有功功率使得過負(fù)荷解除，或者當(dāng)調(diào)整功率不能消除越限時，給出切負(fù)荷的方案，將對電網(wǎng)的安全可靠運行提供充分的保證。

1 機組對支路的靈敏度

1.1 靈敏度的物理意義

當(dāng)系統(tǒng)中機組i有功增加1個單位(1 MW)時，支路L有功潮流變化量ΔPL(MW)就是機組i有功對支路L有功潮流的靈敏度

在實際的電網(wǎng)計算中,機組i有功增加1個單位時，默認(rèn)系統(tǒng)中的平衡機H有功減少1個單位(忽略網(wǎng)損的變化)，以保證全網(wǎng)的有功功率的平衡。因而，上述靈敏度是機組i有功增加1個單位，同時，平衡機H有功減少1個單位時支路L有功潮流的變化量，而不僅僅是機組i有功增加引起的支路潮流變化量。

對于負(fù)荷而言,其對于支路的靈敏度含義同上,只是在實際的決策過程中,只給出拉負(fù)荷的方案。

1.2 靈敏度計算

靈敏度的計算利用了快速分解法中的節(jié)點導(dǎo)納矩陣虛部B′及直流潮流公式

式中:L是支路下標(biāo)；i是機組或負(fù)荷下標(biāo)；xL是支路的電抗；ΔP是節(jié)點注入功率，單位矢量，只有第i個元素(ΔPi，機組i的有功增量)是1，其他元素為0；ΔPL是支路L潮流的變化量；ΔθL是支路L兩端的相位差。

電網(wǎng)潮流斷面的有功是多條聯(lián)絡(luò)線有功功率的總加。計算機組或負(fù)荷對于電網(wǎng)潮流斷面的靈敏度時,采用支路合成法來計算。即某機組對于電網(wǎng)潮流斷面的靈敏度為機組對斷面內(nèi)各支路靈敏度的總加

式中:L為電網(wǎng)潮流斷面下標(biāo)；i為調(diào)整設(shè)備下標(biāo)；N為支路下標(biāo)。

1.3 平衡機轉(zhuǎn)移及靈敏度變換

機組A，B和C，設(shè)機組C為平衡機，忽略網(wǎng)損變化；機組A加出力、機組C減出力對支路L的靈敏度為SLA；機組B加出力、機組C減出力對支路L的靈敏度為SLB，也就是機組B減出力、機組C加出力對支路L的靈敏度為-SLB。

圖4 機組加減出力的轉(zhuǎn)移

若加減出力量都是1個單位，則加A減C且加C減B的總效果等價為加A減B?；蛘哒f，以機組C為平衡機的靈敏度之差SLA-SLB等價于以機組B為平衡機的機組A的靈敏度。即

式中下標(biāo)C=H表示選機組C為平衡機，其余同。

這一結(jié)論有重要意義，它表明:在指定平衡機C條件下計算出各機組對支路L的靈敏度后，若要計算任一其他機組B為平衡機時機組對支路L的新的靈敏度，只要將原靈敏度減去機組B的靈敏度即可。以B為平衡機的A的靈敏度等于以A為平衡機的B的靈敏度的相反數(shù)。且由式(5)可知，平衡機的靈敏度為零。

2 基于靈敏度的輔助決策調(diào)整策略

2.1 發(fā)電機組調(diào)整原則

對于每條支路，不同的機組升降有功出力對它潮流變化的影響是不同的，調(diào)整靈敏度較高的機組才能達(dá)到快速、有效消除潮流越限的目的。因而在選擇控制手段時,應(yīng)當(dāng)以靈敏度計算的結(jié)果作為基礎(chǔ)，同時考慮以下因素:

(1)發(fā)電機的升降出力速率，一般來說，水電機組的調(diào)整速率要遠(yuǎn)高于火電機組的調(diào)整速率，為了快速消除越限，必須考慮到機組調(diào)整速率的影響。

(2)發(fā)電機的可調(diào)裕度，對水電機組上調(diào)可以到額定功率，下調(diào)可以到0功率，但是對于火電機組由于受到最低脫油穩(wěn)燃功率的限制，不能下調(diào)到零。以上為理論上機組的調(diào)整裕度，但是在實際操作中一般要求在一定的時間內(nèi)消除越限，設(shè)定為10分鐘，則此時機組的調(diào)整裕度將受到調(diào)整速率的限制。

機組理論下調(diào)裕度:PAO＝P－PDn(6)

機組實際下調(diào)裕度PA＝min{Rate*10,PAO}(7)

式中Rate為機組升降出力速率；P為機組當(dāng)前有功功率；PDn為機組有功運行下限。

(3)水電機組的開機策略，由于水電機組具有快速開停機的特性，在選擇可調(diào)機組時，要考慮到水電機組的開機策略。

(4)在選擇控制設(shè)備時，將靈敏度進行分段，靈敏度高的分段內(nèi)的機組優(yōu)先調(diào)節(jié)，在同一個分段內(nèi)的選擇調(diào)整設(shè)備時，同時考慮其調(diào)整速率和靈敏度因素來確定調(diào)整順序。假定將靈敏度分為4段定義一個系數(shù)

為同時考慮到靈敏度和升降出力速率兩個因素，在此定義發(fā)電機組的調(diào)整能力為

在電網(wǎng)發(fā)生事故，造成潮流越限時，以發(fā)電機的調(diào)整能力作為調(diào)整機組先后次序的依據(jù)。根據(jù)此綜合指標(biāo)進行調(diào)整設(shè)備排序的話，可以實現(xiàn)優(yōu)先調(diào)整高靈敏度的設(shè)備，同時在靈敏度較高的設(shè)備中選擇調(diào)整速率較快的機組進行調(diào)整。

2.2 負(fù)荷調(diào)整原則

在調(diào)整發(fā)電機組無效時，需要拉負(fù)荷來消除越限。對于福建電網(wǎng)每個地區(qū)都有其對應(yīng)的拉荷序位表，按照負(fù)荷的重要程度，次要負(fù)荷的拉荷序位在前，重要負(fù)荷的拉荷序位在后。

因而在選擇拉負(fù)荷消除潮流越限時，為避免拉掉重要負(fù)荷，需要考慮負(fù)荷拉荷序位的因素。

在選擇負(fù)荷時同樣將靈敏度進行分段，同一分段內(nèi)的負(fù)荷按照拉荷序位來確定調(diào)整次序。

在此定義負(fù)荷的調(diào)整能力為

式中:Si為負(fù)荷i的靈敏度；Seq為負(fù)荷i的拉荷序位。

在選擇可拉負(fù)荷時，以負(fù)荷的調(diào)整能力作為拉負(fù)荷先后次序的依據(jù)。

2.3 調(diào)整量計算

靈敏度計算得到的結(jié)果是發(fā)電機或負(fù)荷有功調(diào)整對于支路有功的靈敏度，對于電網(wǎng)潮流輸送斷面來說，其監(jiān)視量為有功總加，調(diào)整量可以根據(jù)有功靈敏度信息直接得出。潮流斷面G越限ΔPG對應(yīng)機組i的有功調(diào)整量為

式中:SGi為機組i對于斷面G的有功靈敏度。

對于支路電流越限，為了根據(jù)支路電流越限量來求取調(diào)整設(shè)備的調(diào)整量，在計算中作近似處理，假定在調(diào)整的過程中支路無功及電壓未發(fā)生變化。則支路L電流上限對應(yīng)的支路有功為

式中:PL、QL、IL、IUPL分別為支路L的當(dāng)前有功、無功、電流及電流報警上限。

支路電流越限量對應(yīng)的有功越限量為

對應(yīng)機組i的調(diào)整量為

式中:SLi為機組i對于支路L的有功靈敏度。

2.4 功率平衡問題

調(diào)整策略計算的關(guān)鍵是要給出各個機組或負(fù)荷的調(diào)整量，而不僅僅是一個調(diào)整順序。求調(diào)整量的方法是按靈敏度絕對值大小的降序來依次求得調(diào)整量。由于出力調(diào)整，會帶來功率不平衡量。例如，若計算結(jié)果中，絕對值大的靈敏度都是正值，對應(yīng)正靈敏度的機組應(yīng)減出力以消除越限。因此，可能排不上加出力的機組，調(diào)整就已經(jīng)結(jié)束，減出力完畢后將造成功率缺額。工程中，這部分缺額在電網(wǎng)中實際操作時將由AGC機組自動調(diào)整來平衡。

在研究態(tài)下，可以考慮由靈敏度相反或靈敏度為0的機組反向調(diào)整來平衡功率缺額。假定對于支路L要調(diào)整正靈敏度的機組i和負(fù)靈敏度的機組j，則在計算調(diào)整量時，考慮機組i和j的影響，同時保證功率平衡，有

由上式可以看出，機組i和j靈敏度越大，機組所需調(diào)整量越小，對于消除支路電流越限越有效，考慮到機組的調(diào)整裕度各有不同，如果機組j調(diào)整結(jié)束還未平衡掉功率缺額，則選擇另一臺靈敏度與機組i相反的機組，繼續(xù)調(diào)整直到功率平衡為止。

2.5 重大故障的多點越限問題

正常情況下，電網(wǎng)內(nèi)發(fā)生越限一般是單點輕微越限，進行調(diào)整時涉及的范圍不大，一般調(diào)整1～2個電廠的機組出力即可滿足消除越限的需要。

但是當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生重大事故時，可能會造成多點的潮流越限。這就涉及到多個越限點之間的調(diào)整方案如何協(xié)調(diào)的問題。

如果對于兩個越限點給出的調(diào)整策略都包括機組i，那么該機組的調(diào)整量以使二越限點都恢復(fù)正常為準(zhǔn)。

式中:ΔPi為機組I總調(diào)整量；ΔPi1為越限點1對應(yīng)機組I調(diào)整量；ΔPi2為越限點2對應(yīng)機組I調(diào)整量。

3 計算案例

以下采用福建電網(wǎng)2008年3月21日14時40分的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，針對多種情況進行了驗算。

3.1 調(diào)整機組消除電網(wǎng)潮流斷面有功越限案例

選取福建電網(wǎng)2008年3月21日14時40分?jǐn)?shù)據(jù)斷面作為研究對象，對當(dāng)前電網(wǎng)斷面進行掃描可知，白甘線、田甘線有功總加上限為300 MW，當(dāng)前值359 MW越上限。

故障后故障點附近的潮流圖如圖1所示。

圖1 故障點潮流圖

利用靈敏度分析軟件求增加或減少運行中的機組有功對降低(白甘+田甘)有功潮流的靈敏度。見表1，其中排序原則是先按靈敏度絕對值大小從大到小排序，以下各表的排序原則同上。

此處將發(fā)電機組的調(diào)整能力定義為:機組靈敏度×機組調(diào)整速度×靈敏度系數(shù)。在選擇控制設(shè)備調(diào)整的先后序列時，以機組的調(diào)整能力作為標(biāo)準(zhǔn)。

表1中，靈敏度為正值時，說明控制量增加，被控制量也隨之增加。靈敏度為負(fù)值時，說明控制量增加，被控制量隨之減小。以下各表單位及正、負(fù)號含義相同。

表1 增減機組有功減少(白甘+田甘)有功潮流

此處發(fā)電機組對于該斷面的有功潮流靈敏度比較高，并且靈敏度最高的周寧水電廠，其機組的有功升降出力速率也比較高，所以優(yōu)先調(diào)整周寧水電廠的機組來消除(白甘+田甘)有功潮流的越限。

經(jīng)過調(diào)整設(shè)備搜索，及事故輔助決策計算后可得到調(diào)整方案如下:

表2 調(diào)整方案

利用潮流計算對該方案進行驗證，可知，下調(diào)周寧水電站周寧1號機出力65.4 MW后，(白甘+田甘)有功潮流總加降至303 MW,基本達(dá)到了消除有功輸送潮流越限的目的。

3.2 調(diào)整機組消除線路電流越限案例

仍然選取福建電網(wǎng)2008年3月21日14時40分?jǐn)?shù)據(jù)斷面作為研究對象，如果不考慮電網(wǎng)潮流輸送斷面有功越限的影響，在此基礎(chǔ)上，開斷總角I路，造成總角II路電流越限。故障后故障點附近的潮流圖如圖2所示。

圖2 故障點潮流圖

表3 故障前后潮流數(shù)據(jù)對比

利用靈敏度分析軟件求增加或減少運行中的機組有功對降低總角II線有功潮流的靈敏度。見表4。

此處將發(fā)電機組的調(diào)整能力定義為:機組靈敏度×機組調(diào)整速度×靈敏度系數(shù)。在選擇控制設(shè)備調(diào)整的先后序列時，以機組的調(diào)整能力作為標(biāo)準(zhǔn)。

表4中，靈敏度為正值時，說明控制量增加，被控制量也隨之增加。靈敏度為負(fù)值時，說明控制量增加，被控制量隨之減小。以下各表單位及正、負(fù)號含義相同。

表4 機組有功對總角Ⅱ線有功潮流的靈敏度

從表4中可以看出調(diào)整棉花灘電廠的機組對于消除總角II路潮流越限還是比較有效的。經(jīng)輔助決策計算得到調(diào)整方案。

表5 調(diào)整方案

利用潮流計算對該方案進行驗證，可知，下調(diào)棉花灘水電廠有功出力后，總角II路電流降至997A,達(dá)到了消除支路電流越限的目的。

3.3 拉荷消除線路電流越限案例

仍然選取福建電網(wǎng)2008年3月21日14時40分?jǐn)?shù)據(jù)斷面作為研究對象，如果不考慮電網(wǎng)潮流輸送斷面有功越限的影響，在此基礎(chǔ)上，開斷500kV泉江I、II路，然后開斷湖官I路，造成湖官II路以及泉塘I、II路電流越限。故障后故障點附近的潮流圖如圖3所示。

圖3 故障點潮流圖

表6 故障前后潮流數(shù)據(jù)對比

由于篇幅有限，僅列出對應(yīng)湖官II線的機組和負(fù)荷靈敏度信息如表7～9。

表7 機組有功對湖官II線支路有功潮流的靈敏度

從上表中可以看出對于湖官II線的潮流越限，發(fā)電機的調(diào)整靈敏度太低，需要考慮拉掉部分負(fù)荷，來改善潮流越限的情況。

表8 負(fù)荷對湖官II線支路有功潮流的靈敏度

經(jīng)過輔助決策計算得到調(diào)整方案如表9。

利用潮流計算對該方案進行驗證，可知，進行以上拉荷處理后,湖官II線電流降至1 108 A,泉塘I、II路電流均降至1 021 A，由于受到可拉負(fù)荷量的限值，雖然不能完全消除越限，但是方案對于改善電流的越限情況還是有幫助的。

表9 調(diào)整方案

綜上所述，利用系統(tǒng)的事故處理輔助決策功能可以快速給出消除電網(wǎng)潮流越限的支路。并且在輔助決策計算過程中參考靈敏度信息，考慮到發(fā)電機組的調(diào)整速率及調(diào)整裕度，以及負(fù)荷拉閘序位，最終得到合理的調(diào)整方案。

4 結(jié)束語

基于靈敏度分析的點位運行輔助決策系統(tǒng)，做為電網(wǎng)安全控制的一個強有力輔助手段，大大降低了電網(wǎng)安全控制的勞動強度，不僅提高了調(diào)度人員的工作效率，而且有助于運行人員隨時發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)中的不安全因素，進行快速的反應(yīng)和控制，從而可以降低事故概率，以及防止事故的進一步擴展。對提高電網(wǎng)安全性起到了很好的作用。

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