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探析电动机负荷的静态电压稳定

2015-11-03李本瀚

中国科技纵横 2015年20期
关键词:电动机负荷

李本瀚

【摘 要】近年来,随着电力能源需求量不断增加,电力系统的容量以及电网互联日益扩大,电力系统越来越复杂,其运行状态已经无限接近于电压稳定极限,众多电力事故通常都是由于电压失稳导致的。文章分析了电动机的静态电压特性以及连续潮流算法的改进,并进行了仿真算例分析,以供参考。

【关键词】电动机 负荷 静态电压稳定

电动机负荷时电力负荷的重要组成部分,近期的电压稳定研究中,人们逐渐的认识到负荷对静态电压稳定的重要性,并对影响静态电压稳定的因素进行了众多研究,对静态电压特性计算的方法包括灵敏度分析法、特征值分析法、奇异值分析法以及非线性规划法等。文章将电动机的负荷模型应用在连续潮流计算中,并且随着负荷增长方式的变化,负荷功率因素也发生变化,更能够准确、真实、及时的反映负荷的实际状况。

1电动机的静态电压特性以及连续潮流算法的改进

1.1电动机的静态电压特性分析

文章以某电动机为例,该电动机的静态电压参数表示为:P=2、α=0.15、Tj=2.0、s0=0.0116p.u.、Xm=3.5p.u.、Xr=0.12p.u.、Rr=0.02p.u.,通过改变电压可以绘制该电动机的静态电压特性曲线,如图1所示。由图1可知电动机静态电压特性的特点主要包括以下几个方面:电动机在正常状态时,随着电压降低,电动机的功率会降低,而无功功率则先降低后上升,具有“凹型”变化的特点;当电压降低至0.56p.u.时,无功功率明显上升,有功功率则快速下降;当堵转后,随着电压的降低,无功功率与有功功率均降低,并且有功功率远远小于无功功率。由此可见,在描述电动机的静态电压特性时,不能应用任何静态负荷模型,传统的连续潮流算法中,只考虑了静态负荷,对静态电压稳定性计算结果的准确性产生影响,需要对连续潮流算法进行改进。

图1 电动机静态电压特性曲线

1.2连续潮流算法的改进分析

传统的连续潮流算法并没有考虑到电动机负荷,这与实际状况是不相符的,因此文章对连续潮流算法进行了改进,改进之后的连续潮流算法表现为:

(1)对于各个节点的基态电压(U0),应该根据电网的原始数据进行计算。

(2)设定负荷增长方式、步长等,通过参数化预估各个节点的电压(U′),连续潮流预估过程中应该考虑一下几种状况:

①全系统负荷增长,负荷表现为: (公式1)

②系统中某个区域的负荷增长,负荷表现为: (公式2)

③系统中某个节点的负荷增长,负荷表现为: (公式3)

公式中:PL表示负荷有功功率;QL表示负荷无功功率;Psi表示第i个节点的静负荷有功功率;Pdi表示第i个节点的电动机负荷有功功率;Qsi表示第i个节点的静负荷无功功率;Qdi表示第i个节点的电动机负荷无功功率;nsestem表示全系统;nzone表示区域。

(3)校正预估潮流。电网在正常运行的过程中,节点负荷主要包括两个部分,即电动机腐恶与静态负荷,电动机模型在采用连续潮流算法时,应该注意以下两个方面:一方面,如果电动机发生堵转,必须立刻关闭电动机,并停止计算;另一方面,状态变量wr、E′q、E′d通常不会发生突变,因此,当电压出现变化时,经过一段时间之后状态变量才会进入到新的稳定状态,因此,当电压出现变化时,应该等状态变量进入新的稳态,并将此事的电压当做状态变量的初值。

2电动机负荷的静态电压仿真算例分析

文章以电动机的某节点系统为例,分析电动机不同负荷模型、电动机参数对静态电压稳定造成的影响,具体表现为以下几个方面:

2.1电动机参数的影响

分别将电动机参数PMP、Tj、s0、Xm、Xr、Rr等增加15%,观察各个参数变化对静态电压稳定的影响,电动机参数对静态电压稳定的影响如表1所示。通过变动各种参数,参数对临界电压的影响相对较小,电动机比例PMP对极限λmax的影响非常明显,并且随着PMP的降低,静态电压稳定性随之增高。

表1 电动机参数对静态电压稳定的影响

变化的参数 ΔUcr Δλmax

PMP +1.80% -5.40%

Tj 0 0

s0 +1.82% +0.11%

Xm -1.64% +0.83%

Xr +1.66% -0.75%

Rr +0.56% +0.252%

2.2负荷类型的影响

对三种不同负荷类型进行分析,三种不同负荷类型静态电压稳定的对比分析如下所示:(1)由电动机和恒阻抗组成的负荷,将恒功率负荷转变成电动机负荷;(2)由静态负荷组成的负荷,将节点分为以下三种,即Ⅰ类节点:负荷组成为30%恒功率负荷+70%恒阻抗负荷;Ⅱ类节点,负荷组成为50%恒功率负荷+50%恒阻抗负荷;Ⅲ类节点:60%恒功率负荷+40%恒阻抗负荷;(3)由恒阻抗组成的负荷。当全部采用恒阻抗模型时,电动机不存在电压稳定问题,采用电动机与恒阻抗、静态负荷组成的负荷,临界电压差别相对较小,并且电动机与恒阻抗的静态电压稳定性比静态负荷的稳定性好,导致该种现象的原因是电动机的电压降低,在降低至堵转电压之前,发电机的无功功率呈现“凹型”,也就是恒功率负荷超过无功功率负荷。

3结语

(1)文章针对连续潮流算法的改进,不仅计算方法简单、易于实施,并且采用该种算法的计算结果更加符合实际状况。(2)通过计算不同负荷模型对静态电压稳定性影响的分析,结果表明电动机和恒阻抗负荷模型与静态负荷、恒阻抗组成的负荷模型相比,其静态电压稳定性更好。(3)时间常数对于电动机负荷静态电压稳定性的影响相对较小,电动机比例对静态电压稳定性具有明显的影响,并且随着电动机比例的下降,静态电压的稳定性会随之上升。

参考文献:

[1]伍利,南海鹏,姚李孝.实际负荷变化模式下的静态电压稳定分析[J].电力系统及自动化学报,2014,26(5):50-54.

[2]任杰桢,鞠平,赵娟,余一平,孙建华,梁伟.考虑电动机负荷的静态电压稳定分析[J].电力自动化设备,2014,34(5):139-144.

[3]牟晓明,李志民.一种计算电压稳定边界的两阶段潮流方法[J].电力自动化设备,2013,33(3):72-77.

[4]户秀琼,严伟,余娟 等.交直流系统的静态电压稳定预防控制[J].电力自动化设备,2013,33(1):35-39.

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