1.国网山西检修公司 山西太原 030000 2.国网山西输电检修公司 山西太原 030000
摘要：目前采用动态潮流方法难以快速准确模拟故障后安控装置动作，文中按照安控先动作、发电机一次调频随后动作的时序，通过估算最低频率采用准静态方法模拟安控装置动作，进而计及一次调频特性获得预想故障下节点有功注入变化；针对直流控保无功电压控制模拟结果不准确问题，在计算中考虑换流站交流母线节点类型的转换逻辑，避免节点类型转换振荡，同时分析了无功电压控制模拟对潮流收敛性的改进，并通过某实际电网的算例验证了方法的有效性。
关键词：静态安全分析；安控策略；直流无功控制；节点类型转换
引言
特高压直流相关的单回或多回直流闭锁故障可能存在严重静态安全问题，需要进行在线分析计算。近年来，各国电网发生多次大停电事故，造成巨大经济损失，引起人们的广泛关注。事故分析表明，电力系统中存在的少数关键线路和薄弱环节对大停电事故的蔓延具有推波助澜的作用。与此同时，随着特高压直流输电技术的快速发展和直流线路的相继投运，我国已形成多个区域电网之间的直流互联。采用静态安全域分析方法构建交直流混联电网的静态安全域，考虑交流线路潮流越限与直流逆变站闭锁判据，结合支路潮流模型，提出适用于交直流混联电网的静态安全裕度计算方法。该方法能够同时考虑交直流混联电网的系统网架结构和运行状态的影响，定量分析判断线路开断对系统静态安全的影响程度。以江西电网实际电力系统为案例，通过仿真分析验证了所提辨识方法的合理性和有效性。
1电力系统静态安全分析
常规的静态安全分析主要是对线路过载和电压越限进行分析。近年来随着电力系统的不断扩展，电压崩溃和连锁故障问题日益突出，如今电力系统静态安全分析也包括这两部分。电力系统静态安全分析的目的是验证在既定的发电运行方式和电网接线形式下系统能否安全稳定运行，判断是否会发生线路过载和电压越限问题。电力系统的静态安全分析包括线路过载、节点电压越限、电压崩溃和连锁故障分析。
2基本思想
实际上，准确模拟特高压直流故障后安控装置动作和换流站无功电压控制功能，需要采用时域仿真的方法，但计算速度难以满足在线计算的要求。文中提出的快速精细化静态安全分析方法，在交直流潮流计算迭代过程前，按照安控先动作、发电机一次调频随后动作的时序，通过估算等值系统最低频率，采用准静态方法模拟安控装置动作；在交直流潮流计算迭代过程中，建立直流无功功率控制功能详细模型，计算中考虑换流站交流母线节点类型的转换逻辑并避免节点类型转换振荡。该静态安全分析方法计算速度和准确性可以满足在线计算的要求。3抽样方法应用随机潮流分析计算能够充分考虑电力系统中的不确定性因素，在此基础上得出的节点电压和线路功率的期望和方差的信息和所服从的分布函数信息，便可以最大限度地反映出系统的每一个细节状况，并给出全面的综合性的评价，相比于常规的潮流分析计算方法，随机潮流分析计算更能体现网络的运行特征，更易发现系统的薄弱环节，可以为安全性分析等工作提供参考性更强的数据。根据《电力系统安全稳定导则》中的相关规定，Ｎ－１准则是指电力系统正常运行方式下任意一个元件，如发电机、变压器、输电线路，无故障或因故障退出运行后，电力系统应能保持稳定运行和正常供电，其他元件不过负荷，电压和频率均在允许范围内。本文只针对电力系统中输电线路和发电机组进行Ｎ－１准则的静态安全分析。枚举法的基本思想是根据提出的问题枚举所有可能的状态，并用问题给定的条件检验哪些是需要的，哪些是不需要的。能使命题成立，即为其解。使用枚举法求解的问题必须满足两个条件：（１）可预先确定每个状态的元素个数ｎ。（２）状态元素ａ１，ａ２，…，ａｎ的可能值为一个连续的值域。枚举法的优点：（１）枚举算法一般是现实生活中问题的“直译”，因此比较直观，易于理解。（２）枚举算法建立在考察大量状态、甚至是穷举所有状态的基础上，因此算法的正确性比较容易证明。枚举法的缺点在于算法的效率取决于枚举状态的数量以及单个状态枚举的代价，因此效率比较低。
3安控策略
首先，基于电网当前运行状态，根据以检测到故障发生为启动判据的安控系统的控制策略表，结合安控系统的当前运行状态、定值、压板状态和采集的电网实时信息，生成针对故障的紧急控制当值措施，然后，计算出各个同步交流电网当值措施实施后的有功不平衡功率。当系统中出现不平衡功率时，将系统简化成单机供电系统，考虑负荷功率的静态频率特性和发电机组一次调节作用，系统功率-频率变化的运动方程可以近似表示如下：
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式中：Tj为等值发电机组的惯性时间常数；Δω为角频率变化量；PG，PL分别为单机供电系统中的发电机和负荷功率；KG，KL分别为系统内发电机和负荷的单位调节功率系数；TG为发电机调速器的等效时间常数。针对各个同步交流电网，直接计算出各个同步电网频率动态过程中的最低频率fmini（详细公式推导见附录A1）。对于第i个频率下降类同步电网，若最低频率小于CUFCS的第1轮动作频率设定值，则从CUFCS排在前位的轮次开始，在式（1）中依次逐轮增加CUFCS措施并计算措施实施后该同步电网的最低频率，若一个轮次的最低频率小于紧随其后的下一轮次的动作频率设定值，则继续计算下一轮次对应的最低频率，直至不小于下一轮次的动作频率设定值或达到CUFCS最后1轮，由此可以得到CUFCS各轮次措施动作情况。之后，若同步电网最低频率依然小于UFLS基本轮第1轮动作频率设定值，则从UFLS基本轮中排在前位的轮次开始，依次逐轮计算UFLS措施实施后电网的最低频率，得到UFLS各轮次措施动作情况。
4节点类型设置和转换
联立计算交直流系统潮流实现过于复杂，目前工程上常采用交流系统潮流方程组和直流系统的方程组分开求解的交替求解法。以换流站换流变压器初级绕组连接的交流母线为分界，求解直流系统方程组时各换流站的交流母线电压由交流系统潮流的计算结果提供；而在进行交流系统潮流方程组的计算时，将每个换流站处理成接在相应交流节点上的一个等效有功、无功负荷，其数值则取自直流系统潮流的计算结果。这样交替迭代计算，直至收敛。基于直流系统当前运行状态可以获得换流站交流母线电压、换流站与交流系统交换的无功功率以及无功单元投入情况，在相关故障的静态安全分析中计及直流系统的无功控制功能，当采用Q-control无功控制时，计算交流系统潮流时将换流站交流母线节点类型设置为PQ节点，无功定值为当前换流站与交流系统交换的无功功率，采用U-control控制时设置为PV节点，电压定值为当前换流站交流母线节点电压。考虑电压和无功的上下限值，在潮流计算迭代过程中判断是否越限并进行节点类型转换。
结语
特高压交直流混联电网运行特性的变化导致电力系统的薄弱环节发生改变。本文通过结合交直流混联电网的支路潮流模型，利用静态安全域的分析思想，提出一种基于静态安全域的交直流混联电网关键线路辨识方法。目前，新建的特高压直流工程中更多采用了分层接入技术，新能源机组也逐渐参与系统调频，后续的研究工作中需要计及上述因素进一步提高静态安全分析结果的准确性。
参考文献：
［1］颜伟，毛艳丽，王聪，等．考虑频率特性和断面传输有功功率约束的潮流模型［J］．电网技术，2015，39（1）：236-241．
［2］袁启海，薛巍，王心丰，等．调度员培训仿真系统中动态潮流的改进及完善［J］．电力系统自动化，1999，23（23）：20-22，49．