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《高電壓技術雜志》2015年第十一期

摘要：

為了尋找仿真分析中影響特高壓聯絡線峰值功率轉移比的關鍵因素，從負荷模型的角度研究了仿真分析和實際系統中特高壓聯絡線峰值功率轉移比的差異。在不同負荷模型產生不同阻尼比的基礎上，從靜態負荷模型的表達式出發，首先對比了恒阻抗、恒電流、恒功率3種負荷模型的電壓特性，并分析了電壓特性對峰值功率轉移的抑制作用，進一步研究了轉移比的差異對直流閉鎖安全控制策略中切負荷量的影響，即轉移比較大時所需的切負荷量較大，反之切負荷量較小。不同負荷模型計算所得轉移比有48%的差異，充分說明負荷模型是仿真分析中影響轉移比的關鍵因素之一。因此負荷模型對轉移比仿真結果的準確性至關重要，建議全網開展負荷模型校核工作。

關鍵詞：

負荷模型；負荷；電壓特性；特高壓；聯絡線；峰值功率轉移比；控制策略

長治—南陽—荊門特高壓交流試驗示范工程及其擴建工程建成投運以來，當華北或華中產生功率缺額時，特高壓交流聯絡線上會產生較大的功率波動[1-4]。隨著哈密南—鄭州(哈鄭)、溪洛渡—浙江(溪浙)等大容量直流的相繼投運，直流的單極或雙極閉鎖故障產生的聯絡線功率波動有可能破壞特高壓交流的靜態穩定極限，影響電網的安全穩定運行[5-8]。以往的仿真分析中，計算所得聯絡線峰值功率轉移比與實際轉移比存在一定差異，對電網運行方式的安排，安全穩定控制策略的制定及整個安控系統的實施帶來了較大困難，從而增加了電網運行的風險。隨著跨大區大容量直流或交流工程的建成投產，尋找影響仿真計算中交流聯絡線峰值功率轉移比的關鍵因素已成必然。文獻[9]中提到，系統的慣性常數比、互聯系統區域振蕩模式阻尼比是決定特高壓峰值功率轉移比的關鍵因素。本文首先從負荷模型的角度對比分析了不同靜態負荷模型下區域振蕩模式阻尼比。并在此基礎上，從靜態負荷模型的表達式出發，對比分析了恒阻抗、恒電流、恒功率負荷的電壓特性，利用負荷電壓特性進一步說明了仿真分析中負荷模型對聯絡線峰值功率轉移比和直流閉鎖安全控制策略的影響，指出負荷模型是影響功率轉移比分析的關鍵因素之一，建議改善現有負荷模型的準確性，以期為特高壓大電網的安全穩定運行提供技術支撐。

1功率分配過程和負荷模型簡介

1.1電力系統受擾后功率分配過程電力系統受到功率擾動后的功率分配分為3個階段[9-10]：第1階段為擾動瞬間，發電機輸出功率的變化按照發電機節點與擾動點之間的同步轉矩系數來分配，與擾動點的電氣距離越近，該發電機對擾動功率的分擔就越大[11]。第2階段為發生功率擾動到發電機調速器大幅度動作之前，發電機按其慣性常數來分擔變化的負荷量。第3階段為系統頻率趨穩，發電機調速器將通過動作來改變輸出功率，擾動功率按調速器的調差系數分配到各發電機。

1.2電力系統負荷模型負荷模型是負荷的功率(有功和無功)或電流隨變電站(母線)電壓和頻率的變化而變化的數學表達式。一般分為靜態負荷模型和動態負荷模型。靜態負荷模型反映母線負荷功率(有功、無功)隨模型電壓和頻率的變化而變化的規律，其中負荷隨電壓變化的特性稱為負荷電壓特性，負荷隨頻率變化的特性稱為負荷頻率特性，2者一般可用代數方程表示。動態負荷模型反映母線負荷功率(有功、無功)隨母線電壓、頻率和時間的變化而變化的規律，一般可用微分方程或差分方程表示，由于動態負荷的主要成分是感應電動機，因此常用感應電動機模型表示動態負荷模型。一般用感應電動機模型并聯有關靜態負荷模型來描述綜合負荷的動態行為[12-18]。我國各電網調度運行部門中，華北、華中、東北和西北電網在進行電力系統計算分析時，采用恒定阻抗+感應電動機的動態負荷模型，其中感應電動機負荷占總負荷比例為40%~60%。華東和南方電網在進行電力系統計算分析中，采用靜態負荷模型，其中，華東電網采用恒定阻抗+恒定功率模型、不考慮負荷的頻率特性，南方電網采用恒定電流+恒定功率+恒定阻抗模型、考慮負荷的頻率特性。

2負荷模型對聯絡線峰值功率轉移比的影響

2.1負荷電壓特性假如負荷模型的靜態部分全部為恒阻抗模型或恒電流模型或恒功率模型。由靜態負荷模型多項式表達式可知，恒阻抗負荷模型對應的負荷量與電壓的平方成正比；恒電流負荷模型對應的負荷量與電壓成正比；恒功率負荷模型對應的負荷量與電壓關系不大。當電壓降低時，3種模型下負荷的減少量大小關系為：恒阻抗>恒電流>恒功率；反之，當電壓升高時，3種模型下負荷的增加量大小關系為：恒阻抗>恒電流>恒功率。

2.2負荷模型對峰值功率轉移比的影響參考式(1)的表述，一方面負荷模型會影響區域振蕩模式的阻尼比，另一方面負荷模型的電壓特性會影響增減的負荷量，負荷模型幾乎對系統的慣性常數沒有影響。利用華北華中特高壓聯網系統來說明負荷模型對功率轉移比的影響，首先分析負荷模型對區域振蕩模式阻尼比的影響，負荷模型若有變化，小干擾計算中的線性化矩陣將發生改變，計算所得的振蕩模式隨之改變，最終導致阻尼比發生變化；其次分析負荷電壓特性對負荷增減量的影響，進一步影響功率轉移比。采用中國電力科學研究院開發的PSD–BPA仿真計算軟件，仿真計算中，華北負荷模型為60%感應電動機+40%恒阻抗，華中負荷模型為50%感應電動機+50%恒阻抗，下面以此模型為原始模型分析負荷模型對轉移比的影響。方式及模型1，特高壓交流華北送華中5000MW方式，華北與華中總慣量常數比約為1.2，三峽電廠掉1機760MW，同時修改華北、華中負荷模型的靜態部分，詳見表1。方式及模型2，特高壓交流華北送華中5000MW方式，華北與華中總慣量常數比約為1.2，三峽近區電廠掉1機760MW，華北負荷模型不變，修改華中負荷模型的靜態部分，詳見表1。2種方式及模型下，仿真計算功率峰值和表達式計算功率峰值如表1所示。從表1計算結果可知，方式及模型1中，華北華中負荷模型靜態部分同為恒阻抗、恒電流、恒功率下區域振蕩模式阻尼比分別為17.4%、10.8%、3.64%，根據式(1)計算可得，轉移比分別為85.8%、93.3%、103.2%，聯絡線功率峰值分別為5652、5709、5784MW，仿真計算的聯絡線功率峰值分別為5575、5651、5764MW，公式計算的聯絡線功率峰值與仿真計算的聯絡線功率峰值分別相差77、58、20MW。由此可知，仿真計算中，負荷模型是影響功率峰值的因素之一。為了進一步說明負荷模型對功率峰值的影響，考慮了方式及模型2，從表1計算結果可知，華中50%恒阻抗、恒電流、恒功率靜態負荷模型下區域振蕩模式阻尼比分別為17.4%、12.9%、7.7%，根據式(1)計算可得，轉移比分別為85.8%、90.7%、97.3%，聯絡線功率峰值分別為5652、5690、5739MW，仿真計算的聯絡線功率峰值分別為5575、5710、5940MW，公式計算的聯絡線功率峰值與仿真計算的聯絡線功率峰值分別相差77、−20、−201MW。由此可知，特高壓聯絡線兩端系統的負荷模型對功率峰值產生了更大的影響。具體分析如下：華中產生功率缺額后，華北通過特高壓聯絡線支援華中功率缺額，當華中采用恒阻抗負荷模型時，一方面區域振蕩模式的阻尼比最大，系統的超調量最小，另一方面華中負荷減少量最大，如圖1、2所示，華中總的功率缺額最小，負荷的電壓特性對聯絡線上的功率增加起到的抑制作用最大，綜合以上2方面的作用可得，在此模型下，功率峰值最小，轉移比約為75.7%，如圖3所示；當華中采用恒功率負荷模型時，一方面區域振蕩模式的阻尼比最小，系統的超調量最大，另一方面華中負荷減少量最小，華中總的功率缺額最大，負荷的電壓特性對聯絡線上的功率增加起到的抑制作用最小，綜合以上2方面的作用可得，此模型下，功率峰值最大，轉移比約123.6%；華中采用恒電流負荷模型時的轉移比則介于前2者之間。綜合以上分析結果可知，當采用不同負荷模型時，不僅功率峰值的仿真計算值與公式計算值相差較大，且仿真計算中，不同負荷模型下仿真計算所得功率峰值相差較大，如華北負荷模型不變，華中恒功率模型下功率峰值與恒阻抗模型下功率峰值相差近365MW，占功率缺額760MW的48%，而公式計算結果可得2個峰值相差近87MW，占功率缺額760MW的11.5%，該差異會影響對特高壓聯絡線靜穩裕度的估算，給實際生產帶來較大風險。

2.3負荷模型及電壓特性對安全控制策略的影響負荷電壓特性對特高壓聯絡線峰值功率轉移比的影響會進一步影響安全控制策略的制定。對實際系統進行仿真分析，特高壓交流華北送華中5000MW，哈密—鄭州直流雙極西北送華中8000MW的方式，發生直流單極閉鎖(受端系統產生功率缺額)，華北通過特高壓聯絡線支援華中功率缺額，當華中(受端系統)采用恒阻抗負荷模型時，特高壓峰值功率轉移比最小，所需安全控制策略的切負荷量最小(特高壓交流聯絡線的功率支援量受靜穩極限的約束較為定量且有限)；當華中采用恒功率負荷模型時，特高壓峰值功率轉移比最大，所需安全控制策略的切負荷量最大；華中采用恒電流負荷模型時的所需安全控制量則介乎前2者之間。3種負荷模型下直流單極閉鎖采取相應切負荷措施后的特高壓交流聯絡線功率和長治站電壓如圖4、5所示，其中，電壓用標幺值表示，基準值為額定電壓1050kV。由表2計算結果可知，恒阻抗模型下所需切負荷量與恒功率模型下所需切負荷量相差近750MW，占直流單極功率4000MW的18.9%，這將對安全控制策略的制定和整個安全控制系統的實施帶來較大困難，對生產運行帶來潛在的風險。

3結論

1）不同的負荷模型，不僅峰值功率轉移比的仿真計算值與公式計算值存在較大差異，且仿真計算值之間同樣存在較大差異，如文中提到的48%的差異。究其原因，負荷模型一方面影響了系統阻尼，另一方面負荷的電壓特性影響了負荷的增減量，進一步影響了峰值功率轉移比。2）直流閉鎖故障所需切負荷量的結果表明，不同負荷模型在引起較大峰值功率轉移比差異的同時，間接對安全控制策略產生了較大影響，如18.9%的切負荷量差異。3）不同負荷模型之間，計算所得轉移比和安全控制策略差異之大，充分說明負荷模型是影響轉移比的關鍵因素之一，建議改善系統現有負荷模型的準確性。

參考文獻References

[1]舒印彪，張文亮.特高壓輸電若干關鍵技術研究[J].中國電機工程學報，2007，27(31)：1-6.SHUYinbiao,ZHANGWenliang．ResearchofkeytechnologiesforUHVtransmission[J].ProceedingsoftheCSEE,2007,27(31):1-6.

[2]舒印彪，胡毅.交流特高壓輸電線路關鍵技術的研究及應用[J].中國電機工程學報，2007，27(36)：1-7.SHUYinbiao,HUYi.Researchandapplicationofthekeytechnolo-giesofUHVACtransmissionline[J].ProceedingsoftheCSEE,2007,27(36):1-7.

[3]舒印彪，張文亮，周孝信，等.特高壓同步電網安全性評估[J].中國電機工程學報，2007，27(34)：1-6.SHUYinbiao,ZHANGWenliang,ZHOUXiaoxin,etal.SecurityevaluationofUHVsynchronizedpowergrid[J].ProceedingsoftheCSEE,2007,27(34):1-6.

[4]林偉芳，孫華東，湯涌，等.巴西11.10大停電事故分析及啟示[J].電力系統自動化，2010，34(7)：1-5.LINWeifang,SUNHuadong,TANGYong,etal.AnalysisandlessonsofblackoutinBrazilpowergridonNovember10,2009[J].Automa-tionofElectricalPowerSystems,2010,34(7):1-5.

[5]胡學浩.美加聯合電網大面積停電事故的反思和啟示[J].電網技術，2003，27(9)：2-6.HUXuehao.RethinkingandenlightenmentoflargescopeblackoutininterconnectednorthAmericapowergrid[J].PowerSystemTechnolo-gy,2003,27(9):2-6.

[6]何大愚.一年以后對美加“8.14”大停電事故的反思[J].電網技術，2004，28(2l)：1-5.HEDayu.Rethinkover‘8.14’US—Canadablackoutafteroneyear[J].PowerSystemTechnology,2004,28(2l):1-5.

[7]李鐵，金世軍，魯順，等.遼寧電網“3.4”事故處理過程及分析[J].電網技術，2007，31(11)：38-41.LITie,JINShijun,LUShun,etal.TreatmentprocessandanalysisofblackoutoccurredinLiaoningpowergridonMarch4,2007[J].PowerSystemTechnology,2007,31(11):38-41.

[8]韓禎祥，曹一家.電力系統的安全性及防治措施[J].電網技術，2004，28(9)：1-6.HANZhenxiang,CAOYijia．Powersystemsecuritytoensurereliabledelivery[J].PowerSystemTechnology,2004,28(9):1-6.

[9]湯涌，孫華東，易俊，等.兩大區互聯系統交流聯絡線功率波動機制與峰值計算[J].中國電機工程學報，2010，30(19)：1-6.TANGYong,SUNHuadong,YIJun,etal.ACtie-linepowerfluctua-tionmechanismandpeakvaluecalculationfortwo-areainterconnectedpowersystems[J].ProceedingsoftheCSEE,2010,30(19):1-6.

[10]劉輝，吳濤，李群炬，等.特高壓交流示范工程功率擺動機制分析[J].中國電力，2010，43(7)：9-13.LIUHui,WUTao,LIQunju,etal.PowerswingmechanismanalysisofUHVACpilotproject[J].ElectricPower,2010,43(7):9-13.

[11]AndersonPM,FouadAA.Powersystemcontrolandstabilky[M].2nded.NewJersey,USA:IEEE,2003:69-83.

[12]鞠平，馬大強.電力系統負荷建模[M].北京：中國電力出版社，1995：1-180.JUPing,MADaqiang.Loadmodelingofpowersystem[M].Beijing,China:PowerSystemPress,1995:1-180.

[13]湯涌.電力負荷的數學模型與建模技術[M].北京：科學出版社，2012：1-144.TANGYong.Mathematicalmodelandmodelingtechniqueofpowerloads[M].Beijing,China:SciencePress,2012:1-144.

[14]趙兵，湯涌.感應電動機負荷的動態特性分析[J].中國電機工程學報，2009，29(7)：71-77.ZHAOBing,TANGYong.Dynamiccharacteristicsanalysisofinductionmotorloads[J].ProceedingsoftheCSEE,2009,29(7):71-77.

[15]湯涌，張紅斌，侯俊賢，等.考慮配電網絡的綜合負荷模型[J].電網技術，2007，31(5)：34-38.TANGYong,ZHANGHongbin,HOUJunxian,etal.Asynthesisloadmodelwithdistributionnetwork[J].PowerSystemTechnology,2007,31(5):34-38.

[16]鄭彬，項祖濤，班連庚，等.特高壓交流輸電線路加裝串聯補償裝置后斷路器開斷暫態恢復電壓特性分析[J].高電壓技術，2013，39(3)：605-611.ZHENGBin,XIANGZutao,BANLiangeng,etal.AnalysisoncircuitbreakertransientrecoveryvoltageUHVACtransmissionlinesfixedwithseriescapacitors[J].HighVoltageEngineering,2013,39(3):605-611.

[17]鄭超，盛燦輝，林俊杰，等.特高壓直流輸電線路動態響應對受端交流電網故障恢復特性的影響[J].高電壓技術，2013，39(3)：555-561.ZHENGChao,SHENGCanhui,LINJunjie,etal.InfluenceofUHVDCtransmissionsystemdynamicresponseonACreceivingend’failurerecoverycharacteristics[J].HighVoltageEngineering,2013,39(3):555-561.

[18]梁涵卿，鄔雄，梁旭明.特高壓交流和高壓直流輸電系統運行損耗及經濟性分析[J].高電壓技術，2013，39(3)：630-635.LIANGHanqing,WUXiong,LIANGXuming.OperationlossesandeconomicevaluationofUHVACandHVDCtransmissionsystems[J].HighVoltageEngineering,2013,39(3):630-635.

作者：任大偉 趙兵 張健 王建明 卜廣全 單位：中國電力科學研究院