鄧權(quán)帥， 葉 蔥， 武志剛， 張 堯

(1.廣東電網(wǎng)公司佛山供電局， 佛山 528000； 2.華南理工大學(xué)電力學(xué)院， 廣州 510640)

InterPSS的電網(wǎng)最鄰近功率極限計(jì)算

鄧權(quán)帥1， 葉 蔥2， 武志剛2， 張 堯1

(1.廣東電網(wǎng)公司佛山供電局， 佛山 528000； 2.華南理工大學(xué)電力學(xué)院， 廣州 510640)

介紹了最新的基于互聯(lián)網(wǎng)的開源電力系統(tǒng)仿真軟件InterPSS及其發(fā)展和特點(diǎn)以及求取最鄰近靜態(tài)功率極限的方法，并推導(dǎo)了求取過程。利用InterPSS擴(kuò)展能力開發(fā)了計(jì)算最鄰近靜態(tài)功率極限的程序，該算法和程序成功應(yīng)用于南方某市電網(wǎng)，驗(yàn)證了該算法和程序的正確性和有效性。

InterPSS； 靜態(tài)功率極限； 電壓穩(wěn)定； 最小功率裕度

在我國的某些發(fā)達(dá)地區(qū)，城市中心地區(qū)的負(fù)荷較重，且由于城市規(guī)劃的限制等原因，電源遠(yuǎn)離城市負(fù)荷中心，重負(fù)荷中心很容易因?yàn)榈钟?fù)荷增長的能力較弱而發(fā)生靜態(tài)電壓失穩(wěn)。

InterPSS是一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)概貌、源代碼公開的電力系統(tǒng)仿真軟件，它是一種柔性、可擴(kuò)展性的軟件系統(tǒng)，用戶可根據(jù)需要通過插件的形式來增加相應(yīng)的模塊實(shí)現(xiàn)部分功能[6]。本文即基于該軟件，參考現(xiàn)有的國內(nèi)外關(guān)于電壓穩(wěn)定的研究成果，開發(fā)了計(jì)算電網(wǎng)最惡化負(fù)荷增長方式的靜態(tài)電壓穩(wěn)定功能，并成功運(yùn)用于深圳市380多個(gè)節(jié)點(diǎn)電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定分析。

1 開源軟件InterPSS

InterPSS[7]是一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)概貌、源代碼公開的電力系統(tǒng)仿真軟件，它主要基于現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，包括Java、可擴(kuò)展置標(biāo)語言(XML)、Eclipse平臺和其他一些開源軟件系統(tǒng)。InterPSS整個(gè)結(jié)構(gòu)的核心是一種基于面向?qū)ο蟮碾娏ο到y(tǒng)仿真模型架構(gòu)。它是一種柔性、可擴(kuò)展、易于維護(hù)的軟件系統(tǒng)，其最大的特點(diǎn)是具有源代碼公開、組成松散的結(jié)構(gòu)，用戶可以根據(jù)各自的需求，通過插件的形式增加相應(yīng)的模塊功能或替換相應(yīng)的模塊來實(shí)現(xiàn)。目前，InterPSS已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了交流和直流潮流計(jì)算、短路計(jì)算、暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算等仿真功能，并且用戶可以輕易地在此基礎(chǔ)上將其功能拓展到協(xié)調(diào)保護(hù)、諧波分析、電力市場、可靠性分析等領(lǐng)域。

此外，InterPSS還具有自定義腳本控制功能，用戶可以根據(jù)自己的需求，通過XML或者Java編寫簡單的腳本(script)來對軟件的輸入輸出、計(jì)算任務(wù)參數(shù)設(shè)置和計(jì)算流程進(jìn)行控制，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

本文提出的計(jì)算最鄰近功率極限所用的算例將以廣泛應(yīng)用的電力系統(tǒng)仿真軟件BPA的數(shù)據(jù)格式為基礎(chǔ)，應(yīng)用IterPSS強(qiáng)大的插件和自定義功能來完成。

2 最鄰近功率極限

求解最鄰近功率極限是靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析的一個(gè)重要方面，它能克服連續(xù)潮流法等只能按預(yù)先給定的負(fù)荷增長方式計(jì)算功率極限點(diǎn)的不足，并且給出最惡化的功率增長方式和系統(tǒng)弱節(jié)點(diǎn)等信息，為安全調(diào)度和監(jiān)控提供重要的信息。

2.1 靜態(tài)功率極限點(diǎn)

對于一個(gè)系統(tǒng)，其潮流方程可以表達(dá)為

(1)

式中：x為系統(tǒng)的狀態(tài)向量，x=[V，θ]T；λ為系統(tǒng)的參數(shù)向量，λ=[P，Q]T。

同對照組給予飲食指導(dǎo)；同時(shí)給予中藥內(nèi)服，藥物組成：柴胡10 g，陳皮9 g，白芍15 g，白術(shù)15 g，郁金15 g，砂仁6 g，枳殼9 g，香附10 g，麥芽15 g，黨參15 g，茯苓15 g，瓦楞子15 g，炙甘草9 g。1劑/d，水煎取汁300 mL，分早晚2次口服；配合中藥艾灸法，取中脘穴、雙側(cè)足三里穴，施以艾灸法，每次艾灸30 min，1次/d。治療14 d為1個(gè)療程。

當(dāng)負(fù)荷功率為恒功率類型時(shí)，負(fù)荷功率的極限點(diǎn)就是潮流方程雅可比矩陣的奇異點(diǎn)。潮流方程雅可比矩陣奇異可以用以下數(shù)學(xué)模型來描述，設(shè)電力系統(tǒng)在(x*，λ*)處達(dá)到極限點(diǎn)，則有

(2)

(3)

ω-ω-1=0

(4)

式中：ω為n×1維向量；?f/?x是潮流方程的雅可比矩陣。式(2)表明(x*，λ*)滿足潮流方程，式(4)保證ω的各分量不同時(shí)為0。由線性理論可知，若齊次線性方程(3)有非零解，則方程組的系數(shù)矩陣?f/?x是奇異的，即到達(dá)了靜態(tài)功率極限點(diǎn)。

在求取功率極限方面，國內(nèi)外學(xué)者做過大量的研究工作，形成有多種多樣的求取節(jié)點(diǎn)功率裕度的方法[3～5，8～10]。

2.2 最鄰近功率極限的求解原理[11～14]

(5)

由式(3)可知，ω就是雅可比矩陣零特征根對應(yīng)的左特征向量，對式(5)兩邊左乘ωT并移項(xiàng)，可得

(6)

將式(3)代入式(6)，可得

(7)

可以證明，如果由點(diǎn)(x0，λ0)指向點(diǎn)(x*，λ*)的方向和(x*，λ*)在平面S上向外的法線方向重合，那么(x*，λ*)是距離(x0，λ0)最近或最遠(yuǎn)的點(diǎn)。

求解電網(wǎng)的最鄰近功率極限原理如圖1所示。

圖1 求取最鄰近功率極限原理

先求出電網(wǎng)當(dāng)前的運(yùn)行點(diǎn)O，根據(jù)給定的初始功率增長方向OA計(jì)算得功率計(jì)算點(diǎn)A，再求出曲面上A點(diǎn)的法線，并以此方向作為新的功率增長方向重新求取電網(wǎng)的功率極限，直到功率的增長方向OC和曲面上C點(diǎn)的法線重合。

3 算例

算例采用南方某市夏大方式下簡化后的380多個(gè)節(jié)點(diǎn)30臺機(jī)組的電網(wǎng)計(jì)算，計(jì)算的原始數(shù)據(jù)為電力系統(tǒng)分析軟件BPA所使用的文件格式。本算例中負(fù)荷增加引起的功率缺額有平衡機(jī)承擔(dān)，不考慮平衡機(jī)組的功率越限問題，而其他機(jī)組則考慮無功出力限制。

各負(fù)荷點(diǎn)的負(fù)荷按照定功率因數(shù)方式增加，第一次迭代為負(fù)荷平均增長方式，計(jì)算迭代求解過程和各次迭代中部分節(jié)點(diǎn)負(fù)荷見表1和表2。

表1 最鄰近功率極限求解過程

從表1看出，經(jīng)過7次迭代后便得出結(jié)果，從結(jié)果看出在不考慮平衡機(jī)的出力限制和其他機(jī)組出力增加情況下，深圳電網(wǎng)的最鄰近功率裕度為25.73%。從表2看出，在迭代的最后階段節(jié)點(diǎn)負(fù)荷變化很小，說明收斂性和結(jié)果的可靠性很好。

表2 各次迭代中部分節(jié)點(diǎn)負(fù)荷

若初始迭代的增長方式為各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)保持當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)的功率因數(shù)增長，以后的迭代計(jì)算不考慮功率因數(shù)約束，功率增長方向?yàn)樵跇O限點(diǎn)出計(jì)算得到的方向，則發(fā)現(xiàn)深圳電網(wǎng)的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最鄰近功率裕度更小，為18.72%，而距離d僅為1.65。

4 結(jié)語

本文根據(jù)電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的相關(guān)理論采用了較為成熟的計(jì)算電網(wǎng)最鄰近功率極限的方法，在開源電力系統(tǒng)仿真軟件InterPSS現(xiàn)有功能的基礎(chǔ)上，利用其強(qiáng)大的擴(kuò)展能力增加了最鄰近功率極限功能，并成功應(yīng)用于深圳大電網(wǎng)中，計(jì)算的結(jié)果也驗(yàn)證了本文所采用算法和程序的正確性。

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CalculationoftheNearestPowerCriticalPointofPowerGridBasedonInterPSS

DENG Quan-shuai1， YE Cong2， WU Zhi-gang2， ZHANG Yao1

(1.Municipal Power Bureau of Foshan of Guangdong Power Grid Corp, Foshan 528000, China; 2.School of Electric Power of South China University of Technology, Guanzhou 510640， China)

The latest internet-based open-source power system simulation software InterPSS and its development and characteristics are introduced. A method of calculating the nearest power critical point is described and the calculation process is deduced.A calculation procedure of the nearest power critical point is developed by using the expansion capacity of InterPSS. The algorithm and procedure are used in the specific instance of a big power grid of a certain city in South China. The result verifies the correctness and effectiveness of the algorithm and procedure.

InterPSS； static power limit； voltage stability； minimum power margin

2010-02-22；

2010-06-11

TM712

A

1003-8930(2011)05-0086-03

鄧權(quán)帥(1984-)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)分析運(yùn)行與控制。Email:qshdeng@163.com 葉 蔥(1986-)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)分析運(yùn)行與控制。Email:ocean489250@yahoo.com.cn 武志剛(1974-)，男，副教授，研究方向?yàn)殡妷悍€(wěn)定與控制。Email:epzgwu@scut.edu.cn 張 堯(1948-)，男，教授，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)分析運(yùn)行與控制。Email:epyzhang@scut.edu.cn