《电力系统计算》PPT课件.ppt

3-8 含柔性输电元件的电力系统潮流计算含柔性输电元件的电力系统潮流计算传统电力系统运行状态调整方式的缺点：传统电力系统运行状态调整方式的缺点：分接头调节、串补电容、并联补偿通过机械装置投切，速分接头调节、串补电容、并联补偿通过机械装置投切，速度慢，且不能灵活调整，系统潮流分布为自由潮流，线路的度慢，且不能灵活调整，系统潮流分布为自由潮流，线路的同步稳定极限远小于热稳极限，输电能力没有充分发挥。同步稳定极限远小于热稳极限，输电能力没有充分发挥。柔性输电技术的作用：柔性输电技术的作用：利用大功率电力电子元器件构成的装置来控制或调节交流利用大功率电力电子元器件构成的装置来控制或调节交流电力系统的运行参数和电力系统的运行参数和/或网络参数，从而优化电力系统的运或网络参数，从而优化电力系统的运行状态，提高电力系统的输电能力。行状态，提高电力系统的输电能力。系统需求：系统需求：由于负荷大幅度增加，希望提高已有交流线路的输电能力。由于负荷大幅度增加，希望提高已有交流线路的输电能力。已在实际工程中大量应用的有已在实际工程中大量应用的有:1)静止无功发生器静止无功发生器(SVC);2)晶闸管控制的串联电容器晶闸管控制的串联电容器(TCSC);3)静止同步补偿器静止同步补偿器(STATCOM)。初步应用的有：初步应用的有：统一潮流控制器（统一潮流控制器（UPFC）。）。含含FACTS的潮流计算或控制问题的分类：的潮流计算或控制问题的分类：1 1）给出潮流目标值，通过潮流计算获得柔性输电元件的控制参数；）给出潮流目标值，通过潮流计算获得柔性输电元件的控制参数；2 2）给出柔性输电元件的控制参数，通过计算获得潮流，一般用于数）给出柔性输电元件的控制参数，通过计算获得潮流，一般用于数学优化。学优化。一、含一、含SVCSVC的电力系统潮流的电力系统潮流计算计算 1）SVC的数学模型的数学模型 TCR等值基波电抗：等值基波电抗：TCR从系统吸收的无功：从系统吸收的无功：TSC运行方式：运行方式：（1）退出；退出；（2）投入）投入，注入系统：注入系统：SVC注入系统无功：注入系统无功：SVC的等值电抗：的等值电抗：2）含）含SVC的电力系统潮流计算的电力系统潮流计算 SVCSVC属并联装置，相当并联在节点上的一个电容或电抗，向系统注属并联装置，相当并联在节点上的一个电容或电抗，向系统注入或吸收无功功率，以维持节点电压稳定。入或吸收无功功率，以维持节点电压稳定。潮流计算中，将装有潮流计算中，将装有SVCSVC的节点作为的节点作为PVPV节点处理即可。算出节点无节点处理即可。算出节点无功功Q Qinin后，即可算出导通角后，即可算出导通角 当当Q Qinin超过超过SVCSVC的最大容量时，的最大容量时，SVCSVC将改为定无功功率输出，此时，将改为定无功功率输出，此时，将装有将装有SVCSVC的节点也将改为的节点也将改为PQPQ节点，重新计算潮流。节点，重新计算潮流。二、含二、含STATCOMSTATCOM的电力系统潮流的电力系统潮流计算计算 1）STATCOMSTATCOM的数学模型的数学模型 也称ASVG，采用全控型器件，比SVC的运行范围更宽、调节速度更快！下图中的STATCOM相当一个自换相的电压型三相全桥逆变器。稳态时：2）含）含STATCOM的电力系统潮流计算的电力系统潮流计算 STATCOM也也属并联装置，相当并联在节点上的一个电容或电抗，属并联装置，相当并联在节点上的一个电容或电抗，向系统注入或吸收无功功率，以维持节点电压稳定。向系统注入或吸收无功功率，以维持节点电压稳定。潮流计算中，也将装有潮流计算中，也将装有STATCOM的节点作为的节点作为PVPV节点处理即可。节点处理即可。算出节点无功算出节点无功Q Qinin后，解出逆变器输出电压相位后在求出方波宽度后，解出逆变器输出电压相位后在求出方波宽度 当当Q Qinin超过超过STATCOM的最大容量时，的最大容量时，STATCOM将改为定无功功将改为定无功功率输出，此时，将装有率输出，此时，将装有STATCOM的节点也将改为的节点也将改为PQPQ节点，重新节点，重新计算潮流。计算潮流。三、含三、含TCSCTCSC的电力系统潮流的电力系统潮流计算计算 1）TCSCTCSC的数学模型的数学模型 2）含）含TCSC的电力系统潮流计算的电力系统潮流计算 STATCOM属串联装置，相当于串联在线路中的一个可变电抗。属串联装置，相当于串联在线路中的一个可变电抗。潮流计算中，增加节点潮流计算中，增加节点p，利用替代的方法，拆去，利用替代的方法，拆去TCSC支路，并用支路，并用节点节点l、p的注入功率来模拟的注入功率来模拟TCSC这一可变电抗。这一可变电抗。注意修改节点导纳矩阵！注意修改节点导纳矩阵！由于增加了状态变量由于增加了状态变量XTCSC，雅可比矩阵将增加一阶，雅可比矩阵将增加一阶。新增的一列中将有如下三个非零元素：新增的一列中将有如下三个非零元素：新增的一行中还将增加如下四个非零元素：新增的一行中还将增加如下四个非零元素：四、含四、含UPFCUPFC的电力系统潮流的电力系统潮流计算计算 1）UPFCUPFC的数学模型的数学模型 稳态时相当于可用两条由阻抗和理想电源串联组成的支路稳态时相当于可用两条由阻抗和理想电源串联组成的支路表示，电源电压又可由表示，电源电压又可由GTOGTO门极控制信号调整。门极控制信号调整。2）含）含UPFC的电力系统潮流计算的电力系统潮流计算计算方法：计算方法：PQ分解法或牛顿法分解法或牛顿法节点节点l看作看作PV节点时，仅需要修正一个元素：节点时，仅需要修正一个元素：节点节点l看作看作PQ节点时，除上一个元素外，还需要修正以下四个元素：节点时，除上一个元素外，还需要修正以下四个元素：UPFC控制参数的计算方法：控制参数的计算方法：节点节点m m的流出功率为：的流出功率为：3-9 电力潮流问题解得的存在性与多值性电力潮流问题解得的存在性与多值性若把节点若把节点2作为作为PV，则：，则：影响收敛性的因数和克服不收敛现象的一些措施：影响收敛性的因数和克服不收敛现象的一些措施：1.保证输入数据正确；保证输入数据正确；2.保证无功功率合理分布；保证无功功率合理分布；3.合理选择电压初值；合理选择电压初值；4.跟踪、分析中间计算结果，查找不收敛原因；跟踪、分析中间计算结果，查找不收敛原因；5.考虑负荷静态特性有利于收敛；考虑负荷静态特性有利于收敛；6.注意联络线功率，负荷太重不利于收敛；注意联络线功率，负荷太重不利于收敛；7.小阻抗、小阻抗、R/X比值大支路的处理：比值大支路的处理：3-10 电力系统最优潮流问题电力系统最优潮流问题OPF：在满足特定的电力系统运行和安全约束条件下，通过调在满足特定的电力系统运行和安全约束条件下，通过调整系统中可利用的控制手段实现预定目标最优的系统稳定运行整系统中可利用的控制手段实现预定目标最优的系统稳定运行状态。状态。OPF的前提条件：的前提条件：（1）火电（核电）投入运行的机组已知（不解决机组启停问题）；）火电（核电）投入运行的机组已知（不解决机组启停问题）；（2）各水电机组的出力已定（由水库经济调度确定）；）各水电机组的出力已定（由水库经济调度确定）；（3）电力网络结构确定（不考虑网络重构问题）。）电力网络结构确定（不考虑网络重构问题）。OPF的目标函数：的目标函数：(1)系统运行成本最小系统运行成本最小(有功优化有功优化)(2)有功传输损耗最小有功传输损耗最小(无功优化无功优化)OPF的约束条件：的约束条件：（1）节点有功和无功平衡（等式约束）；）节点有功和无功平衡（等式约束）；（2）发电机有功出力上下限；）发电机有功出力上下限；（3）发电机无功出力上下限；）发电机无功出力上下限；（4）无功补偿装置的容量限制；）无功补偿装置的容量限制；（5）移相器抽头位置约束；）移相器抽头位置约束；（6）可调变压器抽头位置约束；）可调变压器抽头位置约束；（7）节点电压上下限限制；）节点电压上下限限制；（8）支路传输功率上限限制。）支路传输功率上限限制。OPF的变量：的变量：（1）控制变量：机组出力、变比等）控制变量：机组出力、变比等（2）状态变量：节点电压、支路功率等）状态变量：节点电压、支路功率等一、一、数学模型数学模型OPF的数学模型的数学模型二、二、OPF计算方法计算方法（1）非线性规划法）非线性规划法(罚函数法、拉格郎日乘子法罚函数法、拉格郎日乘子法)；（2）二次规划法）二次规划法(非线性规划法的特殊形式非线性规划法的特殊形式)；（3）线性规划法）线性规划法(分解成有功、无功两个优化子问题，然后分解成有功、无功两个优化子问题，然后采用交替迭代求解，主要是分段线性化采用交替迭代求解，主要是分段线性化)；（4）混合规划法）混合规划法(有功、无功优化子问题采用不同方法联合有功、无功优化子问题采用不同方法联合求解求解)；（5）内点法；）内点法；（6）人工智能法。）人工智能法。三、三、最优潮流应用最优潮流应用特点：特点：把经济调度和潮流计算有机地融合在一起，以潮流方把经济调度和潮流计算有机地融合在一起，以潮流方程为基础，进行经济与安全的全面优化。程为基础，进行经济与安全的全面优化。主要应用在电力系统的如下经济性方面：主要应用在电力系统的如下经济性方面：1）实时电价制定。电价随时间、空间的不同而不同；）实时电价制定。电价随时间、空间的不同而不同；2）辅助服务定价。）辅助服务定价。AGC、热备用、冷备用、电压、热备用、冷备用、电压/无功支无功支 持、黑启动、调峰等；持、黑启动、调峰等；3）输电费用计算。包括网损分摊、输电设备利用份额计算；）输电费用计算。包括网损分摊、输电设备利用份额计算；4）网络阻塞管理。技术上有切线路、调变比和）网络阻塞管理。技术上有切线路、调变比和FACTS;经济经济上利用价格手段进行电力交易量管理，消除网络过载现象；上利用价格手段进行电力交易量管理，消除网络过载现象；5）可用传输容量估算。充分利用现有路径传输容量。）可用传输容量估算。充分利用现有路径传输容量。最优潮流在电力市场中的应用情况表最优潮流在电力市场中的应用情况表应用领域应用领域目标函数目标函数网络模型网络模型特殊约束特殊约束特殊控制变量特殊控制变量实时电价计算社会效益最大DC/AC机组爬坡约束、备用约束供方、需方报价输电费用确定发电成本最小/用户收益最大DC/AC事故约束发电出力、负荷、FACTS设备网络阻塞管理管理费用最小DC/AC运行、事故、稳定性约束处理增量、合同削减量、FACTS设备ATC计算总输电容量最大AC事故、稳定性、随机操作FACTS设备辅助服务支持辅助服务费用最小DC相关设备约束备用容量输电权分配拍卖收益最大DC报价、事故约束报价、FACTS设备