一种考虑马达负荷的电网电压稳定性评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统技术领域，具体设及一种考虑马达负荷的电网电压稳定性评 估方法。
【背景技术】
[0002] 电压稳定是指系统在受到小的或者大的扰动后，电压能够保持或恢复稳定的能 力，其包括静态电压稳定和暂态电压稳定，而静态电压稳定要求是系统首先需要满足的。所 谓静态电压稳定是指负荷缓慢增加导致负荷母线端电压缓慢下降，在达到承受负荷的临界 能力时导致的电压失稳，而在整个电压下降过程中功角和频率并没有显著的变化。其计算 分析目的是研究系统在某负荷水平下能否保证电压稳定W及系统的功率传输极限，并用此 来度量当前状态离极限运行状态的距离。《电力系统安全稳定导则》中规定；电力系统中经 较弱联系向受端系统供电或受端系统无功电源不足时，应进行电压稳定性校验。
[0003] 电力系统电压稳定属于局部稳定问题，城市电网电源投入比例缩减使得电能远距 离传输比重增大，电网中马达负荷比例增加化及恒阻抗负荷比例减小使得局部电压问题变 得突出。对于大受端电网而言，其负荷受电通道传输的功率极限将约束负荷的发展，该极限 作为衡量通道功率传输水平的指标可W直接反映母线载负荷的能力，不同受电通道的极限 可W反映网架的强度及其中薄弱环节。
[0004] 目前，静态电压稳定分析的主要方法是通过分析潮流多解和可行域理论，将电力 网络潮流的极限值作为静态电压稳定的临界点，并用P-V或者V-Q曲线来表征当前负荷状 态趋向极限状态的过程。《电力系统安全稳定计算规定》中指出，静态电压稳定分析可W按 照恒功率因数或恒定功率的方式采用按比例增加负荷的方法求解电压失稳的临界点，即寻 找dP/dV= 0或者dQ/dV= 0的点。规定中并没有指出所采用的负荷模型W及如何修正负 荷模型对结果的影响，现有的极限计算文献中多采用恒功率负荷模型按照恒功率因数增加 负荷进行大量潮流计算，通过修正算法得到电压崩溃临界点，而该种计算方法忽略了马达 负荷模型特性，所得结果会与实际情况存在偏差。
[0005] 实际电网中存在较大比例的马达负荷，而马达负荷的电磁功率与其滑差密切相 关。理论上马达的电磁功率和机械功率保持平衡时，电动机即可在该滑差上稳定运行，若机 械功率大于马达电磁功率最大值时，失去稳定运行点而引起的电动机堵转使得无功电流过 大，造成电压崩溃。马达电磁功率最大值与等效的恒功率负荷最大值并不相同，所W在计算 电压稳定功率传输极限时需要计及马达负荷的影响。工程实用算法中计及马达负荷的电压 稳定功率传输极限计算主要依赖于电力系统仿真软件如BPA等，通过增加负荷水平求取事 故后极限值，计算量大耗时较长。
【发明内容】
[0006] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种考虑马达负荷的电网电压稳定性 评估方法，能够在考虑马达负荷的情况下对电网电压稳定性进行评估，为电力人员提供更 贴合实际电网的母线载负荷能力，保障电网安全稳定运行。
[0007] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[000引本发明提供一种考虑马达负荷的电网电压稳定性评估方法，电网中的负荷包括马 达负荷和恒阻抗负荷，所述评估方法具体包括W下步骤：
[0009] 步骤1 ;确定输电通道等值参数；
[0010] 步骤2 ;确定马达负荷等值参数；
[0011] 步骤3 ;确定负荷的电压稳定有功功率极限值；
[0012] 步骤4 ;根据负荷的电压稳定有功功率极限值评估电网电压稳定性。
[0013] 所述步骤1中，输电通道等值参数包括电网侧等值电动势E和电网侧等值电抗Xs;
[0014] 输电通道首端短路电流用Ii表示，输电通道末端短路电流用I2表示，发生线路N-1 事故前输电通道等值电抗用Xu表示，发生线路N-1事故后输电通道等值电抗用X。表示，输 电通道首、末端分别设置=相短路故障，建立关于E和Xs的二元一次方程组，有：
【主权项】
1. 一种考虑马达负荷的电网电压稳定性评估方法，其特征在于：电网中的负荷包括马 达负荷和恒阻抗负荷，所述评估方法具体包括以下步骤： 步骤1 :确定输电通道等值参数； 步骤2 :确定马达负荷等值参数； 步骤3 :确定负荷的电压稳定有功功率极限值； 步骤4 :根据负荷的电压稳定有功功率极限值评估电网电压稳定性。
2. 根据权利要求1所述的考虑马达负荷的电网电压稳定性评估方法，其特征在于：所 述步骤1中，输电通道等值参数包括电网侧等值电动势E和电网侧等值电抗X s; 输电通道首端短路电流用I1表示，输电通道末端短路电流用I 2表示，发生线路N-I事 故前输电通道等值电抗用Xu表示，发生线路N-I事故后输电通道等值电抗用X u表示，输电 通道首、末端分别设置三相短路故障，建立关于E和Xs的二元一次方程组，有：
E = I1XXs (3)〇
3. 根据权利要求1所述的考虑马达负荷的电网电压稳定性评估方法，其特征在于：所 述步骤2中，马达负荷等值参数包括马达负荷等值阻抗Z m; 马达负荷稳态等值电路包括定子阻抗、激磁电抗和转子阻抗，其中激磁阻抗与转子阻 抗并联后，与定子阻抗串联； 马达负荷等值阻抗Zm表示为：
其中，S表示转子滑差，5!3表示电网侧基准容量，S M表示马达负荷基准容量； Ri+jXi表示定子阻抗，Ri表示定子电阻，Xi表示定子电抗；Xm表示激磁电抗；RR/s+jX K表 示转子阻抗，Rk表示转子电阻，X1(表示转子电抗。
4. 根据权利要求1所述的考虑马达负荷的电网电压稳定性评估方法，其特征在于：所 述步骤3具体包括以下步骤： 步骤3-1 :建立马达负荷-恒阻抗负荷等值电路； 步骤3-2 :求取发生线路N-I事故前负荷的母线电压幅值； 步骤3-3 :求取发生线路N-I事故前恒阻抗负荷的阻抗； 步骤3-4 :确定负荷的电压稳定有功功率极限值。
5. 根据权利要求4所述的考虑马达负荷的电网电压稳定性评估方法，其特征在于：所 述步骤3-1中，马达负荷-恒阻抗负荷等值电路包括马达负荷等值阻抗Z M、恒阻抗负荷等值 阻抗Zp发生线路N-I事故后输电通道等值电抗\2、电网侧等值电抗X s和电网侧等值电动 势E，其中马达负荷等值阻抗Zm与恒阻抗负荷等值阻抗Z汫联组成Z M-Zi支路，Z M-Zi支路 一端与发生线路N-I事故后输电通道等值电抗\2及电网侧等值电抗X s依次串联后，再连 接电网侧等值电动势E，电网侧等值电动势E另一端与ZsrZi支路另一端连接。
6. 根据权利要求5所述的考虑马达负荷的电网电压稳定性评估方法，其特征在于：所 述步骤3-2中，第i次迭代时发生线路N-I事故前负荷的母线电压幅值用U i表示，第i次迭 代时负荷母线有功功率和无功功率分别用PjP Q i表示；E与U i之间的功角用δ表示；有：
其中，Xu表示发生线路N-I事故前输电通道等值电抗，X 3表示电网侧等值电抗； 结合式（5)和（6)得到：
7. 根据权利要求6所述的考虑马达负荷的电网电压稳定性评估方法，其特征在于：所 述步骤3-3中，第i次迭代时发生线路N-I事故前恒阻抗负荷的阻抗用Z i表示，有：
其中，Km表示马达负荷占总负荷的百分比。
8. 根据权利要求7所述的考虑马达负荷的电网电压稳定性评估方法，其特征在于：所 述步骤3-4具体包括以下步骤： 步骤3-4-1 :计算第i次迭代时马达负荷的电磁功率PEi，有：
其中，real表示取实部，Zm表示马达负荷等值阻抗，Z ,表示恒阻抗负荷等值阻抗，X u表 示发生线路N-I事故后输电通道等值电抗，乂3表示电网侧等值电抗，E表示电网侧等值电动 势； 步骤3-4-2 :利用比较法，根据PEi计算马达负荷的电磁功率最大值P Eimax; 步骤3-4-3 :根据PEimax和K M计算第i+1次迭代时负荷母线有功功率P i+1和无功功率 Qi+i，有：
其中，PjP Q i分别表示第i次迭代时负荷母线有功功率和无功功率； 步骤3-4-4 :计算第i+1次迭代时线路N-I事故前负荷的母线电压幅值Ui+1，有：
比较仏+1与Ui的电压差值，若电压差值大于设定值ε，则计算第i+Ι次迭代时发生线 路N-I事故前恒阻抗负荷的阻抗Zi+1，并以Zi+1作为修正后的恒阻抗负荷的阻抗，继续执行 步骤3-4 ;若电压差值小于设定值ε，则PjP为负荷的电压稳定有功功率极限值，其中Z i+1 表示为：
9.根据权利要求8所述的考虑马达负荷的电网电压稳定性评估方法，其特征在于：所 述步骤4中，利用得到的负荷的电压稳定有功功率极限值对电网电压稳定性进行评估，在 确定的Km条件下，若实际运行时的负荷母线有功功率值小于负荷的电压稳定有功功率极限 值，则在线路N-I事后可以满足《电力系统安全稳定导则》中电压稳定的要求。
【专利摘要】本发明提供一种考虑马达负荷的电网电压稳定性评估方法，电网中的负荷包括马达负荷和恒阻抗负荷，评估方法具体包括以下步骤：确定输电通道等值参数；确定马达负荷等值参数；确定负荷的电压稳定有功功率极限值；根据负荷的电压稳定有功功率极限值评估电网电压稳定性。本发明提供的考虑马达负荷的电网电压稳定性评估方法，能够在考虑马达负荷的情况下对电网电压稳定性进行评估，为电力人员提供更贴合实际电网的母线载负荷能力，保障电网安全稳定运行。
【IPC分类】G06F19-00
【公开号】CN104866729
【申请号】CN201510321359
【发明人】陆勇, 张文朝, 郑广君, 王卫, 潘艳
【申请人】国家电网公司, 国网北京市电力公司, 南京南瑞集团公司
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年6月12日