基于P-Q仿真的供电网络模型研究

孙宇航　闫凯

（1.国网朝阳供电公司电力调度控制中心，辽宁 朝阳 122000；2.国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司变电运检中心，内蒙古 通辽 028000）

基于P-Q仿真的供电网络模型研究

孙宇航1闫凯2

（1.国网朝阳供电公司电力调度控制中心，辽宁 朝阳 122000；2.国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司变电运检中心，内蒙古 通辽 028000）

为提高电力调度自动化系统的调度效能，本文在改进形牛顿潮流计算方程的基础上，给出具体供电网络运行模型的实现方法。通过现场线路操纵情况与仿真运行实例证明了该整定方案的现实可行性，并对电力调度自动化系统的同类研究方案具备可移植性。

潮流分析；电网络；牛顿法；供电系统；母线；负荷

电网系统中通常存在电压偏高致使电容器不能投入等原因造成系统在夏、秋季无功容量能够满足系统要求，而在春、冬季，在有功负荷增长的情况下，无功补偿度不能满足要求。伴随网络技术的发展，电力调度自动化系统不再是一个单一、封闭的系统，它与站所综合自动化系统实现网络连接，可提高整体调度效能。

1　潮流计算方法及数学模型

对于潮流计算方法的牛顿法可具体分为分功率偏差型算法和电流偏差型算法两种，下面分别作以介绍。

1.1功率偏差型算法

在极坐标系下，令Ui=Uiejδ1，每个PQ节点及PV节点，有：

对每个PQ节点，有：

1.2电流偏差型算法

修正方程式由复电流偏差量构成，以直角坐标形式表示。当网络中只有PQ节点和所有节点都为零注入的情况下，方程式为：

式中：ΔIr、ΔIm分别代表节点i电流偏差的实部和虚部。

牛顿法是自发展代以来应用比较广泛的方法。各种形式牛顿法的共同优点是：（1）收敛速度快，具有平方收敛特性，其迭代次数与系统规模基本无关；（2）能求解大部分有病态条件的问题［1-2］；（3）利用了保持稀疏性技术，所需内存适中。

虽然牛顿法有突出优点，应用广泛，但也具有以下缺点：（1）编程复杂；（2）需要良好初值（可由高斯—塞德尔法给出），否则不收敛或收敛到无法运行的解上；（3）对重病态条件可能不收敛；（4）计算量大。

2　改进形牛顿法

为了改进牛顿法在内存占用量及计算速度方面的不足，本文提出快速解耦的P-Q分解法；同时为改进牛顿法在处理病态条件时的缺陷，提高算法的收敛性能，采用保留非线性潮流算法，将泰勒级数的高阶项也考虑进来，效果较好［3］。

快速解耦法是在牛顿—拉夫逊法的基础上将有功功率P和无功功率Q分开交替迭代的潮流计算方法，它密切结合电力系统的固有特点，是对牛顿法改进后得到的一种方法。其原理是根据系统有功主要决定于电压相角的变化，而无功主要决定于电压模值的变化这一特点，并做如下两种简化：

（1）电力网络中各元件的电抗一般远大于电阻，以致各节点电压相位角的改变主要影响各元件中的有功功率潮流从而影响各节点的注入有功功率；各节点电压大小的改变主要影响各元件中的无功功率潮流从而影响各节点的注入无功功率；可将子阵略去，而将修正方程式简化为

（2）基于对状态变量δi的约束条件即不宜过大，计及这一条件，再计及Gij≤Bij，可以认为：cosδij≈1；Gijsinδij≤Bij

从而可以将上述方程简化为：

这就是快速解耦法的修正方程［4］。与牛顿-拉夫逊法相比，P-Q分解法的修正方程式有如下特点：

图2　3、4节点断开时系统仿真图

3　仿真研究

3.1节点系统

以五节点的供电系统为例，母线电压为138kV，双发电机网络供电，三个输出负荷，七条线路。网络接线如图1所示。

图1　五节点系统网络接线图

3.2仿真分析

通过仿真结果，可以对线路进行改造达到优化线路的目的。例如，通过改变线路中的功率损耗情况，线路的投切等将会对整个系统产生的影响，可以通过图形观察得到。

3.2.1断开单条线路时

通过仿真图形可以看出，当母线3、4之间的输电线路断开时，对线路不会造成影响，系统还是可以正常运行，如图2所示。

当母线1、3之间的输电线路断开时，对线路产生的影响就很大了。如图3，通过图形可以看到：母线1、2；2、3；2、4之间的线路都发生了变化，饼形图变成了浅灰色和重灰色，表示这条线路传输的功率太大了或者超负荷了，这条线路就存在着危险［8-9］。所以要想对母线1、3之间的线路进行维修或改造时，就要特别注意，或者设置一条备用线路以供维修时使用。

3.2.2断开一条母线时

对线路进行改造，如果想把母线3去掉，则其所连的所有线路都将断开，仿真结果如图4所示，对线路没有产生影响，整个系统还是可以正常运行。

图3　1、3节点断开时系统仿真图

图4　母线3断开时系统仿真图

3.3结果分析

通过仿真结果，可以很清楚直观地看出，在进行线路改造时，可以断开母线3、4节点间的线路，也可以直接断开母线3，但是千万不能断开母线1、3之间的线路，否则就会产生危险，整个系统也会不安全，将不能稳定运行，或者造成事故［10］。

4　结语

根据本文分析实例，调度员可以通过查看组态软件的仿真图像来判断变电站的当前运行情况，并且进行电力系统的有效调度。此种方法准确、快捷，提高了系统操作的整体安全性。对电力调度自动化系统的研究具有参考价值和借鉴意义。

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Study of Power Supplying Network Model based on P-Q Simulation

Sun Yuhang1Yan Kai2
（1.Power Dispatching Control Center，Sate Grid Chaoyang Power Supply Co.Ltd，Chaoyang Liaoning 122000；2.Maintenance Branch Substation Inspection Centre，Sate Grid Eastern Inner Mongolia Power Co.Ltd.Tongliao Inner Mongolia028000）

To improve the scheduling effectivenessof electric power dispatching automation system，in this paper，based on the improved form of Newton flow calculation equation，it gives the specific implementation method of the operationalmodel for power supply network.Operational process manipulation of field line andsimulation prac⁃ticehaveproved the feasibility of the wholescheme，as well as portability for the research of similar power dispatch⁃ing automation system.

Power flow analysis；Electric network；Newton's method；Power supply system；Busbar；load

TM73

A

1003-5168（2015）05-0122-3

2015-4-12

孙宇航（1981.10-），男，本科，中级工程师，研究方向：电力调度自动化与控制管理。