[发明专利]全网静态电压安全及功角稳定的线路负荷安全域构建方法

说明书

维持全网静态电压安全及功角稳定的分散线路功率约束问题，分析困难。本发明“全网静态电压安全及功角稳定的线路负荷安全域构建方法”，根据多级电网电压的“锯齿分布”特征，发现维持全网电压安全水平的关键是限制线路压差；从多级电网静态功角稳定的充要条件，分析得到了多级(有功)路径的功角约束条件。故兼顾线路压差限制和多级路径功角约束，提出了线路负荷安全域的构建方法，在P‑Q平面第一象限中，以P、Q正半轴与相应圆弧边界构成线路负荷安全域，且针对单级电网中不同的路径线路进行安全域修正。该局部功率约束条件，可广泛应用于全网优化控制、分散安全控制和网架、无功规划等方面，具有较大的理论和实际意义。

技术领域

电网安全稳定分析，电网运行与控制

背景技术

正常运行允许的电压水平远高于静态电压稳定极限，若各节点电压幅值都在正常允许范围内，则电网满足静态电压安全。多电压等级(简称多级)电网安全运行时，需同时满足静态电压安全和静态功角稳定。虽然线路的压差、功角都与线路功率相关，但维持全局电压安全与静态功角稳定的分散线路功率约束问题，分析困难。北美电力可靠性委员会在上世纪90 年代提出研究电网可用输电能力，至今仍未见实质理论突破。

节点电压与有功、无功、线路参数和变比都相关，还与相邻节点电压耦合，故平衡电网的节点电压并保持安全水平是个复杂的问题。另外，无论是电压/无功全局优化所给定的线路有功约束，还是分散电压安全控制的功率约束，也都与静态功角稳定性相关。

最初的静态功角稳定性研究，主要基于单机-无穷大模型，分析发电机在同步约束下的有功输出特性及能力。后来，将有功传输的“同步能力”分析移植到线路，提出了线路的静态“极限功角”、“极限传输功率”等概念，并参照发电机考虑静储备系数，在工程上沿用至今。但线路的极限功率约束与电网静态功角稳定性的关系一直未得到深入清晰的分析阐述，实际运行中，往往联络线功率远未达到理论极限功率，便开始波动，甚至振荡。

本课题组前期研究取得了一些有意义的进展。此前，基于戴维南等值模型，分析得到了维持负荷侧电压安全水平的线路负荷安全域，取得了发明专利“基于电压水平约束的负荷安全域研究方法(授权号：ZL 20101 0244526.6)”，并提出了基于负荷安全域匹配的维持多级电网电压安全水平的方法。另外，构建了电网的映射弹性网模型，取得了发明专利“电网—弹性力学网络拓扑映射方法(授权号：ZL 2011101720542)”，并据此研究了电网静态功角稳定性，申请了专利技术“一种主网在线安全态势及运行经验的获取方法(申请号：2018101816231.1)”，得到了多级电网静态功角稳定的充要条件，即每条有功路径都满足静态功角稳定。但是，前期研究对全网电压的解耦性仍分析不足，未涉及到电网静态功角稳定性问题，也未具体分析到线路的功率约束问题。

故本申请发明专利，在前期研究成果的基础上，通过分析多级电网的电压解耦控制策略，基于多级电网静态功角稳定的充要条件，提出一种维持多级电网静态电压安全及功角稳定的分散线路负荷安全域构建方法。该局部功率约束条件，可广泛应用于全网优化控制、分散安全控制和网架、无功规划等方面，具有较大的理论和实际意义。

发明内容

本发明“全网静态电压安全及功角稳定的线路负荷安全域构建方法”，根据多级电网电压的“锯齿分布”特征，发现维持全网电压安全水平的关键是限制线路压差；从多级电网静态功角稳定的充要条件，分析得到了多级(有功)路径的功角约束条件。故兼顾线路压差限制和多级路径功角约束，提出了线路末端功率限制区域(即线路负荷安全域)的构建方法，在 P-Q平面第一象限中，以P、Q正半轴与相应圆弧边界构成线路负荷安全域，且针对各级电网中不同的路径线路进行安全域修正。所提方法可广泛应用于全网优化控制、分散安全控制和网架、无功规划等方面的线路功率约束，具有较大的理论和实际意义。

附图说明

图1多级电网节点电压的锯齿分布特征

图2交流线路简化等值模型