大电网调度计划下的静态安全校核实用化技术

大电网调度计划下的静态安全校核实用化技术

刘雪梅陈静尚明雁

（国网银川供电公司宁夏银川市750411）

摘要：本文分析了静态安全校核技术在电网调度技术中的应用，静态安全校核是智能电网调度技术支持系统的一个重要模块，对调度计划进行一系列的静态安全稳定分析，为调度员提供前瞻性的潮流信息。文章主要总结归纳了静态安全校核在实际应用中所用到的实用化技术，并且指出计划潮流生成的未来时刻潮流断面的收敛性、准确性和静态安全分析的计算速度是静态安全校核模块主要考察的对象，也是影响静态安全校核实用化的重要因素。

关键词：大电网调度计划静态安全分析实用化技术

1引言

经过这些年的快速发展，我国电网已经跨入大电网、特高压的新时代。为了保障大电网安全、优质、经济地运行，国家电网公司启动了新一代电网调度技术支持系统———智能电网调度技术支持系统的研究和建设。智能电网（SmartGrid）调度技术支持系统由基础平台和实时监控与预警、调度计划、安全校核、调度管理四类应用组成。调度计划和安全校核是智能电网调度技术支持系统的重要组成部分。合理的调度计划关系到系统未来的安全经济运行。静态安全校核是电网安全稳定运行的一道重要防线，它对给定的调度计划进行一系列的安全稳定分析计算，分析调度计划存在哪些问题。大电网规模的庞大是制约静态安全校核能否满足实用化的关键因素。本文主要分析研究大电网调度计划静态安全校核在实际应用中所用到的一些实用化技术。[1]

2静态安全校核基础

静态安全校核包括潮流计算、静态安全分析、灵敏度计算、短路电流计算四个模块，本文主要研究潮流计算和静态安全分析。潮流计算模块是基础，其主要作用是在缺少无功、电压计划的情况下形成未来的计划潮流断面，为后续各种稳定分析计算提供计算初值。基态潮流断面的准确性直接影响后续分析计算的准确性。静态安全分析即N-1分析，电力系统一般要求系统在某一元件发生故障而被切除，系统仍能够正常安全稳定运行，不发生支路（包括线路和变压器）过负荷和节点电压越限。静态安全分析模块要对系统中所有主设备（包括发电机、线路、变压器、母线）进行开断分析以发现系统中哪些支路发生过负荷或节点电压越限，实际中主要考虑发电机和支路的开断。

3静态安全校核实用化技术

3.1计划潮流生成的实用化技术

静态安全校核中的潮流计算不同于一般意义上的潮流计算，是一种特殊的潮流计算，工程上称之计划潮流计算。调度计划只提供发电机的有功发电计划、检修计划、区域间联络线计划等，而并不提供无功、电压计划（无功、电压计划包括发电机机端电压、变压器分接头位置、电容电抗器的补偿情况等），只有这些数据并不能进行潮流计算。

在进行潮流计算前，对潮流数据补充和整合，形成完整必备的潮流计算数据是进行潮流计算的第一步。调度计划的制定是基于实际电网某一历史相似日时段的潮流断面制定的，因此计划潮流缺失的数据可以从历史相似时段的数据中提取进行补充，这是比较合理的方式，也能够较准确地反映实际电网的情况。

提出一套完整的计划潮流数据自动生成方法。首先从正常态网络模型数据中提取出设备的拓扑关系和元件参数，从相似日历史数据中提取包括发电机机端电压、变压器分接头、电容电抗器的补偿情况的无功电压数据，以形成完整的PSD-BPA格式的潮流数据；然后进行有功功率平衡的检查与调整，计算系统发电受电用电以及系统网损的不平衡功率，网损采用固定网损的方式，当不平衡功率大于设定的门槛值，则要将不平衡功率分配到具有调节能力的机组；最后进行无功电压调整，系统的无功应该满足就地平衡的原则。文中首先在系统中选择一些枢纽节点设置为PV节点，潮流计算时会把这些点的电压强制设置为设定值。潮流计算结束后，计算这些点因强制电压而产生的无功不平衡量，将这些无功不平衡量分配给周围的无功源上，就可实现无功区域平衡，最后将节点类型恢复，潮流一般收敛，节点电压也能满足要求。如果仍不满足要求则重复以上过程。采用最优化模型以形成计划潮流，其认为潮流计算中有功和无功耦合较弱，因此将问题分解为有功和无功两个子问题分别进行求解，并且都是构建最优化模型用内点法进行求解。有功子问题的目标是调整发电机的有功出力，在满足系统母线预报负荷的前提下，使之与计划发电出力之间的偏差最小，并匹配联络线断面功率计划值。有功子问题采用直流潮流模型。无功子问题的目标是给出全网的合理无功电压分布，得到一个收敛的交流潮流解，通过改变发电机组无功出力，使全网网损最小。无功子问题采用交流潮流模型。[2]

由于有功子问题采用直流潮流模型，直流潮流模型不考虑系统网损，为了提高收敛性和计算精度，文中将有功子问题中的直流潮流模型中加入网损因素，即将负荷的有功功率由原来的替换为，式中为网损率，一般取值为1.1%～1.4%，文中对于网损也是采用固定网损的方式。也提出了一种日前预报潮流自动生成的方法，文中首先讲述多数据源的参数获取和参数拟合，自动生成用于计划潮流计算的各类数据；然后根据联合动态潮流算法对潮流计算模型进行调整，首先进行有功平衡调整，有功调整过程相同，最后进行无功电压调整。文中的联合动态潮流算法是根据无功就地平衡的思想，通过定义两种新的节点类型，在PQ分解法的迭代过程中增加无功电压调整，根据无功出力约束和电压约束将节点无功不平衡量分配至各无功源，最终实现无功就地平衡和电压合理分布。

3.2静态安全分析实用化技术研究

以三华电网（华北、华中、华东互联电网）为例，系统总计算节点达到2万多，如果对每一个元件都进行开断并进行详细分析，则完成一次分析所需要的时间非常可观，严重影响了调度计划应用的实时性。为了减少静态安全分析的计算总时间，通常采用的实用化技术有故障预筛选技术、采用N-1计算的快速算法、并行计算技术、数据复用技术等。

3.2.1故障预筛选技术

系统中不是所有的故障都是有害的，不需要进行详细的静态安全分析，可以先进行故障预筛选，去除绝大多数故障只剩下需要进一步进行详细分析的故障，可以大大减少静态安全分析的计算时间。故障预筛选技术有多种：1）若事故前的支路潮流有功潮流小于0.3MW，无功潮流小于0.3Mvar，或者事故后支路端节点的补偿注入功率小于0.1MW或Mvar时，认为该预想事故是无害的，不需要进行进一步的详细静态安全分析；2）两种快速预想故障扫描过滤方法：间接法和直接法。间接法仅利用产生故障时的某些数据进行排队，速度快但精度低；直接法是快速求解故障后潮流并按严重程度排队；3）采用一种基于直流潮流筛选的故障筛选技术，直流潮流对单个故障的分析计算速度比交流潮流计算速度快的多，并且对于输电网而言，直流潮流计算精度也较高，因此直流潮流非常适合于用作静态安全分析的故障筛选。当有线路潮流超过该线路潮流限额的某一规定值时则要进行进一步的详细潮流分析。此外，还有其他的故障预筛选技术，如高效定界法。[3]

3.2.2N-1分析的快速算法

筛选出的故障需要进行进一步的详细分析，如果进行详细的交流潮流分析，则耗时较多，可以采用一些N-1分析的快速算法加快计算速度。下面主要总结支路和发电机开断时通常采用的实用化模拟技术。

1）支路开断模拟

支路开断模拟就是通过计算机模拟的方式切除某一条支路对系统进行潮流计算，以验证切除该支路系统是否发生某条支路过负荷或节点电压越限。目前较为成熟的支路开断模拟技术有直流法、分布系数法、灵敏度分析法、补偿法等。直流法是通过直流潮流快速计算出开断后系统有功分布情况，具有模型简单、计算速度快的优点，但计算精度不高，且只能分析系统有功分量。

分布系数表示某一条支路开断后，在其他支路引起的潮流变化量，通常在离线情况下，求出所有可能支路开断的开断分布系数，在支路开断分析时，可以很快地计算出开断后潮流。

4总结

本文总结归纳了在大电网调度计划静态安全校核实际应用中的实用化技术，具体讲述了几种计划潮流生成的实用化方法，以及在静态安全分析中所用到的故障预筛选、N-1分析的快速算法、并行计算和数据复用技术等实用化技术。

参考文献：

[1]王毅等.用于调度计划安全稳定校核的潮流数据自动整合调整方法[J].电网技术，2010，34（4），100-104.

[2]林毅等.日前计划安全校核中计划潮流自动生成技术[J].电力系统自动，2012，36（20），68-73.

[3]谢昶等.基于多数据源的日前预报潮流自动生成方法[J].电力系统自动化，2012，36（21），87-92.