基于多断面控制法的在电力系统极限传输功率的计算方法

基于多断面控制法的在电力系统极限传输功率的计算方法
[摘要]研究了一种基于多断面控制法的极限传输功率计算方法，并在某省电网的运行实际中验证了该计算方法的优越性。

1.前言
传输极限（TTC）是大型电网调度员最关心的运行指标之一。

如何提高TTC 计算结果的真实性和准确性一直是电力系统的一个难题。

互联电网在线安全稳定分析和预警动态安全分析与决策系统中的裕度评估校核模块，一方面能利用系统强大的计算和数据资源，提高其计算的速度和结果的针对性；另一方面，必须具有高度的准确性和对调度员的指导意义。

为此，本文构建了基于多断面控制法的在线安全稳定分析和预警TTC算法，从系统的角度考察断面和对生产过程的真实模拟，在某省调度控制中心在线安全稳定分析与预警系统的实际运行中得到了较好的应用效果。

2.稳定裕度评估计算过程
互联电网在线安全稳定分析和预警动态安全分析与决策系统的裕度评估校核计算流程。

算法最后给出满足暂态稳定、电压稳定和N-1热稳定的断面极限。

其计算流程描述如下：
2.1调度节点从数据整合平台获取在线安全稳定分析和预警数据，即基态潮流，将其下发至计算节点，各计算节点采用多断面控制法并行调整各断面的潮流至电压稳定极限或功率极限，并按断面功率大小输出指定档位的潮流计算结果。

功率极限指调节元件已经没有调节能力时对应的断面功率。

2.2调度节点收集各断面各档位的潮流数据，将各断面潮流数据按从低档位到高档位的次序进行暂态稳定和N-1静态安全稳定校核。

2.3校核前，先根据计算节点群的计算能力，确定本轮计算允许校核的故障数目；然后生成对应个数的计算任务，并将这些任务在计算节点间进行分配。

随后调度节点将各个计算节点进行计算所需的潮流数据和相应的配置文件下发至该机器，由各计算节点并行校核，分别给出稳定与否的结果。

2.4稳定校核完毕，调度节点回收所有的计算结果，并进行分析。

若发现某次校核结论是失稳，即认为该潮流所对应的断面已越过极限。

断面最大一档不失稳潮流所对应的功率即为该断面的稳定极限。

如果所有的断面都达到稳定极限，即输出结果，停止计算；如果有断面尚未失稳，进行下一轮校核；若某个断面所有档位的潮流校核后均不失稳，稳定极限即为该断面所有档位潮流中断面功率的最大值。

此计算流程的优越性在于：
（1）得到的稳定极限应同时满足电压稳定、暂态稳定和N-1静态安全稳定约束，对调度员具有极高的参考价值。

（2）并行化程度高。

充分利用平台强大的计算能力，对计算量大的环节：潮流调整核稳定校核实行的并行计算。

采用基于任务的并行，避免不必要的通讯增加计算时间。

（3）可扩展性强。

不论新增断面、扩展故障集甚至增加校核的故障类型都能很方便地实现。

3.稳定裕度评估的多断面控制算法
潮流调整的目标是输出基态潮流至其电压稳定极限或功率极限之间固定个
数的潮流数据。

调整潮流基于多断面控制法。

稳定极限中的潮流调整是多断面控制法的一个特例：控制被研究断面功率不断增长、被研究断面相邻的断面功率控制在初始值或给定值位置。

多断面控制法得主要特点是：同步控制多个断面的功率和用多台平衡机承担系统的不平衡功率。

采用多断面控制法的原因有：
3.1每个断面的功率极限受到整个系统，特别是相邻断面功率的影响；在程序中用普通方法调整某一断面功率，通常会改变邻近断面的功率值。

而在实际系统中，断面功率是可控的。

因而，我们必须在考察某一断面极限时，将其它相关断面的功率控制住，或将其它断面功率调至我们希望的值，这样计算出的断面极限才是在确定系统中某断面的极限，才对调度员有一定的参考意义。

3.2对于大型电网，调节功率平衡的任务通常不是一台机承担，而平衡机也不具有功率不受限制的特权。

采用分布式平衡机能更真实的反映大型电网的运行特点。

在该算法中考虑电压稳定体现在：
（1）在调整过程中，被研究断面及其附近区域由于功率传输的增加，电压自然、合理的下降。

（2）当断面功率增加到一定值，再继续增加功率，由于断面附近区域的电压下降过大，使潮流不能收敛，认为已经到达电压稳定极限。

有别于经典的研究电压稳定的连续潮流法，本算法中考虑的电压变化更符合电力系统运行的实际情况。

连续潮流法以预先指定的功率增长方式增加系统功率，并用某个被选择的参数连续变化所确定的系统轨迹切线决定临界点是否到达，这个被选择的参数也叫临界参数，通常选为系统电压下降最快点的电压。

这种做法意味着如果某一点，由于预先指定的功率变化方式使其电压下降过快，为保证该点电压不崩溃，整个系统即达到极限。

断面稳定极限是为调度员安排运行方式、确定短期调度行为提供依据，因而计算过程模拟的是有安排和有监控的功率转移，在此过程中出现的局部电压异常应有可信的应对措施。

当这些问题被处理后，断面功率允许继续增长。

反应在程序中，即为：每轮调节后监测系统各母线电压，发现电压异常，在设备能力允许的范围内，采用切负荷、限制机组出力、投切电容电抗器、调整有载调压变压器分接头等措施尽可能恢复电压。

为继续增加断面功率创造条件。

多断面控制法在某轮计算中若不收敛，程序会取回上次收敛点的数据，并减小在该收敛点增加断面功率的量，重新计算潮流。

若即使断面功率增加的值非常小，潮流也不能收敛，则认为该断面的电压稳定极限已经达到。

4.应用成果
通过某省电力调度控制中心半年多的应用情况来看，该计算方法具有较高的可靠性和计算速度，在电网正常运行方式下与运方处给出的断面控制功率误差不大于5%，在事故紧急情况下又能够计算出较为可靠的断面控制功率，为提高电网稳定运行水平和事故处理提供了较好的研究计算方法。