动态潮流中两种不平衡功率分配方法的比较

当系统出现功率扰动过后,系统中所有的发电机都将感应该扰动并调整出力。在需要计算扰动后系统的稳态潮流时传统的所有不平衡功率完全由松弛节点(SlackBus)进行平衡的潮流计算方法对该问题不能很好地解决。动态潮流计算与普通的潮流计算方法相比最大的不同即在于对以上问题的处理,当前的动态潮流计算方法在进行不平衡功率分配时主要存在两种思路,即以发电机转动惯量为依据进行分配的方法和以发电机频率特性系数为依据进行分配的方法。但是研究发现不同的分配方法都存在一定的适用条件和适用范围,且不同的分配方法对计算出的系统稳态潮流将产生影响。在此,本文在对推导以上两种分配方法的分配原理的基础上,通过分析与比较,得到了两种分配方法的适用条件和适用范围。最后利用算例仿真验证了不同的分配方法对系统稳态潮流的影响情况。     

多平衡机潮流计算在调度员潮流中的应用

在常规潮流计算中，通常只设置一个平衡节点，对应一个平衡机，用以平衡系统中的不平衡功率，这与电力系统的实际情况并不相符。实际电力系统的情况是，当系统出现较小不平衡功率时，不平衡功率由所有有容量裕度的发电机和所有负荷根据它们各自的有功频率特性系数来共同分配（一次调频）；当系统出现较大不平衡功率时，不平衡功率除了通过一次调频来调节外，还可以利用具有二次调频能力的发电机组来进行二次调频。     

考虑平衡节点无功约束的潮流算法

从交流功率网络性质和电力系统网络参数结构2方面分析了常规潮流算法中需要选择基准节点和平衡节点的原因。根据连续潮流计算中发电机无功约束出现的节点类型转换现象,提出了通过转换平衡节点类型来解决平衡机无功约束的潮流算法。通过对负荷节点功率变动态导纳处理,解决了电力系统天网性质造成的节点导纳矩阵病态问题,弥补了常规潮流算法的不足,反映了节点电压是由所有节点注入功率共同维持的客观事实。IEEE多个算例验证了所提算法的正确性和合理性。     

获取电力系统运行方式的多平衡机潮流模型

提出了制定大规模电力系统运行方式的三种多平衡机潮流模型。通过设置多台平衡机分摊全系统不平衡功率来提高潮流计算收敛域。与常规潮流计算方法相比,只需采用控制方程替换平衡机的功率平衡方程即可得到适定的多平衡机潮流方程式。所提出的模型不但可以扩大潮流求解的收敛域,还可以满足对运行方式的特殊要求:维持中枢点电压为指定值,灵活控制各平衡机出力比例,实现多区域互联系统断面功率控制。所提出的多平衡机潮流模型阶数与常规潮流模型相同,因此其求解的复杂性保持不变。IEEE 162节点系统、陕甘1 265节点互联系统以及国内实际21 479节点系统的计算结果验证了所提出模型的正确性和有效性。     

动态连续潮流计算静态电压稳定裕度的沿途捕鱼算法

为解决连续潮流法在不平衡功率分配原则上存在的不足,将动态潮流引入到经典连续潮流法中,根据发电机和负荷的功频静特性系数分担不平衡功率,建立动态连续潮流模型.同时,为寻求控制变量的最优组合,解决优化过程陷入局部最优的问题,引入增加沿途搜索策略的改进捕鱼算法,求取表征系统静态电压稳定的功率裕度.通过IEEE6、IEEE14标准节点系统进行计算和仿真,验证了该理论的有效性.     

计及源荷双侧响应的概率潮流计算方法

为有效计及源荷双侧响应对潮流分布的影响,基于系统随机注入量与响应量的概率模型,从可调度常规机组和柔性负荷的不平衡功率基准值的分配、响应随机变量的计算2个方面对基于半不变量法的概率潮流模型进行了改进,并提出了其求解流程。该算法避免了传统概率潮流模型由单平衡机承担系统不平衡功率而导致的潮流结果误差较大的弊端,计算结果更加符合实际潮流分布的情况。对某实际电网的算例仿真分析验证了算法的有效性和实用性。     

基于Matlab的动态潮流研究

电力系统潮流计算是电力系统分析中的最基本的一种计算,但是在电网各种运行方式中,节点注入功率的改变特别是节点注入停运将使系统节点有功、无功注入发生较大的变化,会使系统功率出现严重不平衡,从而使以往的潮流计算方法在这种情况下往往会出现收敛性差、计算结果与实际不符的情况。基于此,本文在Matlab运行环境下采用P-Q分解法与最优控制理论相结合进行动态潮流计算,克服了常规潮流算法中由平衡节点独自承担不平衡功率而导致潮流收敛性差、结果和实际不符的情况,并且与常规的动态潮流计算相比,提高了运行速度与准确率。     

基于动态潮流方程的连续潮流模型与方法

连续潮流法(continuation power flow,CPF)是静态电压稳定分析的一个基本工具。针对常规连续潮流法在处理不平衡功率上的不足,建立基于动态潮流方程的连续潮流模型,称之为动态连续潮流模型(dynamic continuation power flow,DCPF)。作为一种系统化的方法,DCPF合理地分配了系统不平衡功率,解决了常规连续潮流计算结果依赖于平衡节点选择的问题,提高了电压稳定评估的精度。IEEE-39节点和实际省级电网的算例结果表明:动态连续潮流模型计算结果不依赖于平衡节点的选择,计算速度可满足在线运行的需要。     

计及频率变化的异步迭代分布式动态潮流

为便于分布式调度员培训仿真系统（DTS）中分布式潮流算法的应用,提出了一种计及频率变化的基于异步迭代的分布式动态潮流算法。该算法将互联系统采用协调层一子系统、发电机单元一网络单元2个不同层次的模型来表示。在上级调度中心建立协调层,由发电机单元实现频率变化时电网不平衡功率在各子系统发电机节点和负荷节点之间的分配,并进行频率仿真;在网络单元采用基于异步迭代模式的分布式算法进行全网的分布式潮流计算,通过网络单元与发电机单元之间的交替求解,求得全网频率变化仿真与潮流分布。以IEEE118节点扩展系统为例,对所提出算法进行验证,结果表明该算法能够准确地仿真分布式系统的频率变化并求解全网潮流分布。     

动态连续潮流与自适应混沌粒子群结合计算静态电压稳定裕度

提出一种动态连续潮流(Dynamic Continuation Power Flow,DCPF)与自适应混沌粒子群优化算法(Adaptive Chaotic Particle Swarm Optimization,ACPSO)结合求取系统最大静态电压稳定裕度的方法。该方法以静态电压稳定裕度最大为目标函数,针对连续潮流在处理不平衡功率上存在不足,将动态潮流算法引入到连续潮流模型中,根据发电机和负荷的静态频率特性分配系统的不平衡功率,建立DCPF模型;用DCPF计算每一组控制变量对应的静态电压稳定裕度;用ACPSO进行最优控制变量组合的搜索,求取最大静态电压稳定裕度;ACPSO算法通过将混沌算法引入到粒子群优化中,克服单纯粒子群优化算法计算速度慢、有时易陷入局部最优解的缺点。算例验证了该算法的有效性。     

计及分布式电源下垂控制和负荷静态特性的三相不平衡孤岛微电网直接潮流算法

基于分布式电源下垂控制、负荷静态特性和三相不平衡网络模型,提出了一种三相不平衡孤岛微电网的直接潮流算法。首先基于配电网直接潮流算法,并计及分布式电源下垂控制和负荷静态特性的影响,推导建立了三相不平衡孤岛微电网直接潮流算法的计算模型。为了求解所提直接潮流算法的计算模型,提出了一种两层潮流迭代法,其中内层潮流迭代法用于求解除虚拟节点外的三相不平衡孤岛微电网的潮流计算,外层潮流迭代法用于更新虚拟节点电压和系统角频率。最后分别基于澳大利亚真实网络和25节点典型微电网开展多场景仿真分析,并将其与牛顿信赖域方法进行对比分析,仿真及对比结果表明所提算法能够快速准确地反映微电网的特点以及真实运行状态,并能够解决三相不平衡孤岛微电网的潮流计算问题。     

Unbalanced power flow calculation of a power system containing a variable‐speed generator

There are some factors that render a power system network unbalanced: UHV transmission lines in which three‐phase transmission lines are not transposed, an unbalanced transformer, unbalanced load as well as sustained unbalanced faults. On the other hand, the number of variable‐speed generators used in pumping‐up power stations has recently been increasing in Japan. This paper presents a new means of calculating unbalanced power flow of a power system which contains variable‐speed pumping‐up generators. This new technique is based on the phase coordinate method, because a power system which has elements of unsymmetrical impedance can easily be analyzed by using it. In this paper, phase coordinate models of the variable‐speed generator and its secondary exciting circuit, composed of a GTO converter/inverter, are analyzed first. Procedures of power flow calculation of unbalanced power systems follow. © 2000 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 134(3): 34–43, 2001     

最优乘子法及其在交直流电网潮流计算中的应用

最优乘子法具有收敛可靠性高,能较好处理病态潮流,潮流无解时能给出最小二乘解等优点,在实际电力系统中得到广泛应用。在推导最优乘子法求解二次方程组的原理的基础上,基于直角坐标系建立了电压源换流器的稳态等效模型,从而将交直流电网潮流计算问题转换为二次方程组的数值求解问题,实现了潮流计算模型与计算方法的解耦,降低了潮流计算代码实现的复杂性。针对大规模交直流电网潮流计算收敛困难问题,提出了含多平衡机及多机联合调压的潮流计算统一迭代模型以改善大规模交直流电网潮流计算的收敛性。通过对含厦门柔性直流输电工程的福建电网某运行方式进行仿真计算,验证了所提模型的正确性及方法的有效性。     

考虑泵类负荷特性的低压配电网潮流计算

提出了一种考虑泵类负荷特性的低压配电网潮流计算方法。通过将泵类负荷的电动机转矩平衡方程和配电网各节点功率平衡方程组合起来,构成了考虑泵类负荷特性的低压配电网潮流计算模型。在求解配电网潮流计算的牛拉法的基础上,提出通过将泵类负荷电动机转矩平衡方程与各节点功率平衡方程进行统一迭代和交替迭代两种方法进行求解。通过对实际低压配电网台区的计算分析,验证了该方法能获得更加准确的配网负荷节点电压,而且能够获得泵类负荷正常运行时和启动时的节点电压。     

考虑风电调度策略的电力系统随机潮流计算

针对风电并网系统,提出了一种考虑风电调度策略的多点线性化随机潮流计算方法。该方法以半不变量和Gram-charlier级数为基础,综合计及风电出力、传统发电和负荷的不确定性,借助多点线性技术保证计算结果的准确性;同时,借助安全约束经济调度方法,在随机潮流计算中嵌入了风电的调度策略。算例仿真表明,与模拟法相比,所提方法可有效改善基于半不变量和Gram-charlier级数的随机潮流计算方法应用于含风电电力系统时的计算精度;同时,克服了传统随机潮流计算中,风电大范围波动引起的不平衡功率完全由平衡机承担的缺陷,所得结果更为贴近实际。     

计及分布式电源接入的不平衡配电网潮流计算

随着分布式电源的不断接入配电网运行,提出一种适应于分布式电源接入趋势的三相不平衡配电网潮流计算分析方法。针对于分布式电源大量并网运行的需求,首先分析了分布式电源接入对整个配电网络中潮流分布的影响,并在此基础上建立含有分布式电源的三相不平衡配电网潮流计算模型。然后根据建立的潮流计算模型,采用牛顿-拉夫逊迭代方法进行求解,同时给出三相不平衡配电网中节点导纳矩阵和雅可比矩阵的分析。最后通过在仿真系统进行算例分析,验证所提出潮流计算方法的正确性和有效性。     

Visualization of results of load flow calculation and dynamic simulation

This paper proposes graphical representation methods of static and dynamic characteristics of power systems. The methods use the computed results of load flow calculation and dynamic stability calculation. This work develops three kinds of representation methods using maps and animation which are sequential graphical representation of maps based on dynamic stability calculation. Conventionally the results of load flow calculation and dynamic stability calculation are represented and comprehended using load flow maps or dynamic swing curve. However, quick and effective comprehension of power system characteristics by such conventional representation methods is becoming more difficult as power systems to be analyzed are becoming larger and more complicated, especially in power systems with many loops or grids. Graphical representation using the proposed methods makes it easy to understand the static and dynamic characteristics of power systems quickly and comprehensively. In addition to these methods, this paper proposes a heuristic logic that makes it possible to draw maps automatically. It is very convenient to apply these methods to arbitrary power systems even if their constitutions or characteristics are not well known.     

基于自适应幂级数初始点的电力系统全纯嵌入潮流并行计算

在利用全纯嵌入潮流计算方法求解电力系统潮流时,若平启动的电压幂级数初始点远离系统潮流解实际值,则易导致计算量增大,且在求解各节点电压的过程中,传统基于中央处理器(CPU)串行计算架构的计算耗时较长。提出一种基于自适应幂级数初始点的全纯嵌入潮流并行计算方法。根据系统节点导纳矩阵和平衡节点电压自适应调整系统全纯嵌入潮流的幂级数初始点,构建基于自适应幂级数初始点的全纯嵌入潮流计算模型,以加快电压幂级数的收敛。借助多核CPU计算平台实现各节点电压Padé近似的并行化,以提高系统潮流方程的求解效率。不同规模测试系统的仿真结果表明,所提方法可实现电力系统全纯嵌入潮流的高效、准确求解。     

Fast computation and stable convergence technique for unbalanced load flow calculation in large‐scale systems

This paper presents a new method of unbalanced load flow calculation to improve complexity by the method of advanced symmetrical coordinates. Usually, the electric power system has been calculated only by the positive phase sequence component on the assumption that three‐phase transmission lines and loads are balanced. However, many ultrahigh‐voltage transmission lines are not transposed, and therefore mutual inductances cause negative sequence currents in the trunk transmission system. Negative sequence currents cause heating of generators and transformers, and therefore the three‐phase sequence component should be calculated accurately. We examined the fast computation and good convergence performance of unbalanced load flow calculation by models of three‐phase transmission lines, transformers, and loads. The proposed method is not the phase coordinate system but the method of symmetrical coordinates. This technique decreases numerical complexity by the use of a simplified Jacobian matrix. The convergence performance of this method is inferior to that of the usual Newton–Raphson method. As a consequence, the problem of poor convergence performance is alleviated by a technique for the newly developed deceleration Newton method. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 174(1): 17–24, 2011; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.21034     

中性点不接地配网潮流算法研究

针对中性点不接地系统无零序通路的特点,推导出一种新的适用于负荷不对称配网的序分量潮流算法。该方法将不对称的三相负荷转化为正序功率和负序功率,同时引入耦合功率,将正序、负序功率解耦,仅求解正序潮流,而节点负序分量则通过耦合功率求出。该算法将现有配网三相潮流算法中的3n阶矩阵降为n阶,大大降低了计算量。将该算法和传统方法分别应用于某一基于统计数据的19节点实际系统,对两者的计算结果进行比较,并分析差异产生的原因。以一个基于实时数据的28节点仿真系统算例验证了该算法的正确性。