□趙 寧 于少鵬

一、引言

電力系統(tǒng)是由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費(fèi)系統(tǒng)。電力系統(tǒng)需要穩(wěn)定運(yùn)行才能保證電網(wǎng)的正常，但是由于外界的干擾或者負(fù)荷的變化都會(huì)影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，從而影響電能的質(zhì)量。

本文應(yīng)用電力系統(tǒng)綜合分析軟件對(duì)wscc -40 節(jié)點(diǎn)含風(fēng)力發(fā)電的電力系統(tǒng)進(jìn)行了潮流和穩(wěn)定分析計(jì)算，討論了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組接入電力系統(tǒng)后對(duì)系統(tǒng)潮流和穩(wěn)定的影響，得出分析結(jié)果，為系統(tǒng)運(yùn)行和規(guī)劃改造提出參考意見，提高電網(wǎng)運(yùn)行效率。

二、仿真軟件

電力系統(tǒng)綜合程序(Power System Analysis Software Package，PSASP)有三層結(jié)構(gòu)，第一層是公用數(shù)據(jù)和模型的資源庫，其中包括電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、用戶自定義模型庫、固定模型庫、用戶程序庫，用于進(jìn)行數(shù)據(jù)和模型建立;第二層是基于資源庫的應(yīng)用程序包，其中包括:故障分析、穩(wěn)態(tài)分析、機(jī)電暫態(tài)分析，用于各種計(jì)算分析;第三層是計(jì)算結(jié)果和分析工具，分析計(jì)算后生成結(jié)果數(shù)據(jù)庫。

節(jié)點(diǎn)的電壓和相角，以及支路的功率損耗、網(wǎng)絡(luò)損耗等都可以通過該程序的潮流計(jì)算得到，并通過結(jié)果來分析電壓越線及過負(fù)荷等問題;暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算則用于分析系統(tǒng)在受到干擾后恢復(fù)穩(wěn)定的情況，分析影響系統(tǒng)穩(wěn)定的因素，從而進(jìn)一步找出提高穩(wěn)定性的措施。

三、WSCC-40 節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)簡(jiǎn)介

WSCC-40 節(jié)點(diǎn)含風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電力系統(tǒng)是在39 節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)基礎(chǔ)上并入2MW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，并根據(jù)并入的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)，觀察其對(duì)原電力系統(tǒng)的電壓及潮流的影響，通過增加無功補(bǔ)償和調(diào)節(jié)母線電壓來維持整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定。該系統(tǒng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的電壓等級(jí)為110Kv，各發(fā)電機(jī)的電壓等級(jí)為6．5 Kv 和10．5 Kv。為了研究的方便，本系統(tǒng)設(shè)置了一個(gè)平衡節(jié)點(diǎn)，即發(fā)電機(jī)3，該平衡節(jié)點(diǎn)的作用是在進(jìn)行電力系統(tǒng)潮流計(jì)算時(shí)滿足整個(gè)電網(wǎng)的功率平衡和穩(wěn)定。該電力系統(tǒng)具體構(gòu)成元件及其連接方式參見圖1。

四、潮流分析

PSASP 在兩種編輯方式下的使用步驟如下:一是輸入電網(wǎng)數(shù)據(jù)，二是方案定義，三是數(shù)據(jù)檢查，四是作業(yè)定義，五是執(zhí)行計(jì)算，六是報(bào)表輸出結(jié)果。

(一)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)包括母線數(shù)據(jù)，交流線數(shù)據(jù)，發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)，兩繞組變壓器數(shù)據(jù)，負(fù)荷數(shù)據(jù)等，部分?jǐn)?shù)據(jù)如表1所示。

表1 部分兩繞組變壓器數(shù)據(jù)

(二)潮流計(jì)算。將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入到電力系統(tǒng)綜合分析軟件中，檢查數(shù)據(jù)無誤后即可進(jìn)行潮流計(jì)算。將電力系統(tǒng)中負(fù)荷數(shù)據(jù)的100%、75%、50%分別進(jìn)行潮流計(jì)算，得到該電力系統(tǒng)的大、中、小負(fù)荷潮流計(jì)算。

(三)計(jì)算結(jié)果。大負(fù)荷方式潮流分析計(jì)算結(jié)果包括潮流計(jì)算摘要信息報(bào)表、結(jié)果綜述報(bào)表、全網(wǎng)母線(發(fā)電)結(jié)果報(bào)表、全網(wǎng)母線(負(fù)荷)結(jié)果報(bào)表、全網(wǎng)交流線結(jié)果報(bào)表、全網(wǎng)兩繞組變壓器結(jié)果報(bào)表等，其中結(jié)果綜述報(bào)表及其潮流分布圖如圖1。

圖1 大負(fù)荷潮流分布圖

將負(fù)荷分別降低到75%和50%完成中負(fù)荷方式潮流分析計(jì)算以及小負(fù)荷方式潮流分析計(jì)算(計(jì)算結(jié)果略)。由上述潮流計(jì)算分析可知，該電力系統(tǒng)在符合變動(dòng)時(shí)電壓會(huì)有波動(dòng)但是還在維持系統(tǒng)穩(wěn)定的范圍內(nèi)。如果電力系統(tǒng)負(fù)荷變動(dòng)較大影響整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定時(shí)，就需要對(duì)母線電壓進(jìn)行調(diào)整，如提高起始點(diǎn)母線電壓，增加無功補(bǔ)償裝置等。

表2 結(jié)果綜述報(bào)表

五、暫態(tài)穩(wěn)定分析計(jì)算

(一)單相短路。選擇支路25 為短路線對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析，做單相短路結(jié)果如下:

直接方式輸出

圖2 全網(wǎng)發(fā)電機(jī)功角圖

由圖2 可知各發(fā)電機(jī)功角在系統(tǒng)遇到單相短路后有一些偏離，但經(jīng)過一段時(shí)間后功角重新恢復(fù)到新的平衡，整個(gè)電力系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)。

(二)三相短路。同樣選擇支路25 為短路線進(jìn)行三相短路穩(wěn)態(tài)分析，做三相短路結(jié)果如下:

直接方式輸出

圖3 全網(wǎng)發(fā)電機(jī)功角圖

由圖3 結(jié)果可知該系統(tǒng)對(duì)于三相短路故障同樣具有穩(wěn)定性，但三相短路故障比單相短路故障對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生的影響較大，發(fā)電機(jī)功角波動(dòng)幅度較大。

提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施有:采用自動(dòng)勵(lì)磁裝置，減小元件電抗即采用分裂導(dǎo)線或串聯(lián)電容器;提高電壓等級(jí);采用并聯(lián)補(bǔ)償或改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等。據(jù)了解，在實(shí)際運(yùn)行中，對(duì)于一些大的電力系統(tǒng)干擾，采用切除發(fā)電機(jī)、快速切除故障、切除負(fù)荷等控制措施，功角曲線變化不同能使系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性得到提高。

六、結(jié)語

本文以39 節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)為基礎(chǔ)加入風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，建立了簡(jiǎn)單的電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，討論了整個(gè)電網(wǎng)的功率平衡、電壓穩(wěn)定及暫態(tài)穩(wěn)定。從該電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)果分析來看，該系統(tǒng)具有一定穩(wěn)定性，對(duì)于單相和三相短路故障能較快恢復(fù)到平衡。

本文給出了一些提高電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的方法和措施。電源規(guī)劃的原則是盡可能地保證功率的平衡，同時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)性，不可避免長(zhǎng)距離的輸電，因此靜止無功補(bǔ)償是一個(gè)重要考量，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可控的電壓支撐。同時(shí)在研究中制約仿真結(jié)果正確性的主要因素是負(fù)荷模型和實(shí)際情況相差較遠(yuǎn)，因此下一步的研究方向則是如何建立貼近實(shí)際情況的負(fù)荷模型，建立完善的事故預(yù)案準(zhǔn)備，進(jìn)而提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。

［1］丁曉瑩，王錫凡． 考慮輸電網(wǎng)絡(luò)損耗的節(jié)點(diǎn)電價(jià)計(jì)算方法［J］．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005，22

［2］趙會(huì)龍．含風(fēng)電電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析［D］．華北電力大學(xué)，2014

［3］鄧麗． 風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的影響［D］． 山東大學(xué)，2013

［4］遲永寧．大型風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)的穩(wěn)定性問題研究［D］．中國電力科學(xué)研究院，2006

［5］李惜玉．基于PSASP 的電力網(wǎng)潮流和暫態(tài)穩(wěn)定分析［J］．實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2009

［6］電力系統(tǒng)分析綜合程序基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫用戶手冊(cè)［R］．北京:中國電力科學(xué)研究院，2001

［7］電力系統(tǒng)分析綜合程序潮流計(jì)算用戶手冊(cè)［R］．北京:中國電力科學(xué)研究院，2001

［8］電力系統(tǒng)分析綜合程序暫態(tài)穩(wěn)定用戶手冊(cè)［R］．北京:中國電力科學(xué)研究院，2001