发电机停运条件下电力系统严重性分析

美国Ravindra¹， v·c·维拉·雷迪²， S. Sivanagaraju^3.

印度翁戈勒，qiset电气与电子工程系副教授
印度蒂鲁帕蒂AITS电气与电子工程系主任兼教授
UCEK, JNTUK，印度卡基纳达，电气和电子工程系教授

摘要

现在由于电力需求的不断增加，电力系统安全性运行的严重性分析的重要性日益增加。电力系统中的意外事故可能是由于输电线路或发电机的中断。其中，发电机停机情况是最关键的。本文分析了发电机停运条件下电力系统的严重程度。在给定的系统中，最敏感的发电机是用发电机移位因子来识别的。在标准IEEE-14总线测试系统上分析了所提出的方法的完整方法，以分析输电线路负载和总线电压量级方面的电力系统严重性，并提供了支持的数值和图形结果。

关键字

电力系统安全，发电机换挡因素，事故分析，发电机停运情况。

I.INTRODUCTION

电力系统安全的必要性源于系统运行条件的不断变化。其中，电力系统的电压稳定性测量是其中的一个重要问题。它是利用电压、有功功率、无功功率等数据对电力系统进行在线监测而得到的。由于目前的电力系统是一个互联网络，当一台发电机丢失时，丢失的发电机应该由另一台发电机来接，由于这种情况，一些传输线过载，一些发电机处于最大运行极限。一般来说，损耗的电量可能会被松弛发电机所吸收，这将导致与该母线相连的传输线的功率流量增加。

2文献调查

在[1]中，作者采用QV曲线分析方法研究了基于风险的安全约束最优潮流(RB-SCOPF)的电压不稳定性能，其中风险建模以获取系统的整体安全水平，这是对SCOPF的改进。在[2]中，他们提出了安全风险分析模型(SRAM)来识别漏洞传播的不确定性之间的关系，分析复杂性与风险因素之间的关系。在[3]中，他们提出了岛礁安全区域(ISR)的概念，为岛礁行动提供安全评估。在[4]中，他们研究了提高电压安全性和防止可能的停电的潜在好处，更有效地利用电力系统拥挤地区应用的需求侧管理程序提供的系统资源。在[5]中，他们提出了稳健电力系统安全(RS)方法来分析光伏穿透情况下的N-I安全性。

在[6]中，他们提出了一种电力系统网络结构脆弱性分析的新方法，将具有隐藏故障的直流潮流模型嵌入到传统的误差和攻击容限方法中，形成了一种新的电网脆弱性评估和建模方案。该方法体现了电力系统网络的一些重要特征。在[7]中，他们根据一个新的框架调查了电网网络受到仇恨攻击的脆弱性。在[8]中，他们讨论了纯拓扑方法的缺点。这就不符合电力系统应用的工程特点。该方法综合了电力系统的电气距离、输电分配因子和线路流限等特点，得到了改进的拓扑方法。

在[9]中，他们利用图论方法对发生级联故障时电网的物理性能进行分析，然后根据上述模型估计输电网络的脆弱性。本工作通过比较潮流模型和无标度图统计指标来研究结构脆弱性，得出了图论技术用于评估电网脆弱性的适宜性的结论。在[10]中，他们提出了电网及相关通信网络的脆弱性，在面对间歇性发电和不确定需求的复杂网络框架下对智能电网进行了分析。在[11]中，他们提出了一种开源环境下电力系统分析的计算智能算法。

在[12]中，他们提出了输电线路和发电机停电以及变压器停电的数学模型，从而进行了基于全交流潮流的事故分析和排序。他们还讨论了权变分析的重要性。在网络设计阶段和网络扩展工作中，检测网络弱点都很有用。可通过增加输电容量、增加变压器额定值、增加断路器额定值等措施来加强薄弱环节。在[13]中，他们提出了一种基于序数优化的方法，用于在考虑级联故障事件时识别电力系统故障的主要贡献者。它有助于更好地理解系统涉众，为操作员提供内部和外部的态势感知，并帮助作为诊断支持工具。

由于各种原因，如发电机停机，输电线路停机，能源需求的变化和不协调的交易[14]，出现拥塞。在[15]中提出了一种基于需求端的拥塞管理方法，用于基于电力市场模型的输电线路拥塞管理。拥塞管理(CM)是独立系统运营商(ISO)在放松管制环境中最重要和最具挑战性的任务之一。在[16]中，他们提出了一种新的考虑电力系统动态电压稳定边界的拥塞管理框架。在这项工作中，电力系统设备的精确动态建模，包括负载和发电机，被纳入拟议的拥塞管理框架。该方法以较低的拥塞管理成本和更动态的电压稳定裕度来缓解拥塞。

从文献中可以看出，与输电线路停电相比，发电机停电的情况最为严重。本文根据发电机移位因子，确定了最敏感发电机。提出了一个完整的方法来分析系统的严重性在偶发条件下。在标准的IEEE-14胸围测试系统上进行了测试，并给出了支持的数值结果。

3电力系统严重性

电力系统在运行时，需要考虑一个涉及到系统安全的因素，涉及到系统的设计，以保证系统在各种突发事件下的安全。在通常情况下，输电线路或发电机的停机会增加一些输电线路上的负荷，负载母线上的电压幅度偏差可能会违反最小或最大限制。为了提高系统的安全性，有必要降低系统的严重程度，并对系统状况进行分析。为此，本文定义了发电机移位因子，以确定给定系统中灵敏度最高的发电机。

系统严重程度应针对其中一种严重情况进行评估，如偶发情况。分析结果使系统能够安全运行。现在，由于电力系统在计算机的帮助下实现了现代化，有可能识别出导致系统以不受控制的方式运行并导致级联停电和故障的最关键的输电线路和发电机。由此，有必要进行权变分析，以在它们出现之前预先确定系统的有效性。

A)发电机移位因子

文献中有许多方法可以从电力潮流和母线电压的大小来分析事故发生时给定电力系统的安全性。近年来的研究主要集中在研究发电机有功发电对互联输电线路潮流的影响。有一些线性灵敏度因子的公式，以显示近似变化的功率流在线路上的发电。基于此，在i总线上产生影响的l线的代移因子可表示为[12,14]

从这一分析，可以确定，在一个相互连接的系统中，发电机的发电量移位影响其他发电机组的调速器动作。本文利用Eqn式(1)和式(2)分别给出的发电量移因数和功率流，计算了各输电线路中各发电机的发电量变化影响。最后，对潮流影响最大的发电机的换挡是最敏感的。

四、发电机停运条件下严重程度分析算法

为了分析系统的安全性，必须预先确定系统中最敏感的发电机。为了提出和采取针对偶发条件的保护性修正，有必要分析偶发条件下的系统严重性。为此，本文以前15%的发电机停运量作为应急条件。

要确定发电机停电对系统安全的严重程度，需要遵循以下步骤:

步骤1:读取系统线路和总线数据。

步骤2:采用Newton-Raphson法进行潮流分析。

步骤3:获得所有负载母线上的电压大小和除松弛母线外所有母线上的电压角度。

步骤4:计算每条输电线的功率流。

步骤5:将其中一台发电机的发电量由初始值改为移位值，即发电量变化20MW(即ΔPG=20MW)。

步骤6:在此换挡时，使用Eqn(2)计算所有线路的新潮流。

步骤7:使用Eqn(1)计算每条传输线的GSF，并计算所有GSF的平均值。

步骤8:对除松弛发电机外的所有发电机重复5到7的步骤。

步骤9:最后，确定GSF平均值最高的发电机，并将其视为最敏感的发电机。

步骤10:从给定系统中移除前15%的敏感发电机，以创建应急条件。

步骤11:重复步骤2 ~ 4，识别出过载线路和电压超标母线，进行系统安全性分析。

五、结果与分析

考虑了由20条输电线、5台发电机、3台分接变压器和1台并联补偿器组成的IEEE-14总线系统。为了分析给定系统的安全性，所提出的方法在标准IEEE-14总线测试系统上进行了测试，并提供了支持的数值和图形结果。所提出的方法在以下情况下进行了测试:

利用GSF值识别敏感发电机和GSF值前15%的平均发电机停机情况，建立发电机应急条件。对于这个系统，要计算每个发电机的GSF值，遵循第2节中给出的程序。这里不计算generator-1的GSF值，因为它是松弛generator。因此，对该系统5个发电机中4个的GSF值进行了评估。为了确定给定系统中最敏感的发电机，并分析发电机停运条件下的系统安全性，遵循第3节中给出的程序。由此，2、3、6和8号总线上的发电机进行了换挡。这里，正常和换电工况下的输电线路潮流如表1所示。从该表中可以看出，与其他发电机的代移相比，总线8的代移更靠近15线，因此使15线过载更严重。

用Eqn(1)计算各传输线的GSF值如表2所示。从表中可以看出，3号母线上发电机的GSF值平均值较高，这表明与正常情况下的潮流相比，该母线上的换挡影响了大多数传输线的潮流。这里，从系统中移除前15%平均GSF值的发电机，即发电机-3，以创建偶发条件。

为说明发电机-3偶然性条件的影响，偶然性条件下线路的潮流如表3所示。从表中可以看出，3号总线的缺电由松弛发生器补偿。因此，与正常工况相比，线路1的潮流增加了41.4795 MW。同样，为了满足母线3的负荷，线路3和线路6的潮流较正常情况分别增加了28.2213 MW和18.2165 MW。各潮流的变化情况如图1所示。

发电机事故条件下母线电压大小如表4所示。从该表中可以看出，发电机停电对母线电压有影响。从表中可以看出，在偶发条件下，母线3不再是发电机母线，并且该母线上的电压值较正常情况下有所下降。应急条件下母线电压幅值变化如图2所示。

VI.CONCLUSION

本文对发电机事故条件下的电力系统安全性进行了分析。首先，使用GSF值确定了最敏感的发电机。将前15%的敏感发电机从给定系统中移除，以创建单个事件偶发条件。在事故条件下，从输电线路潮流和母线电压幅值变化两方面分析了电力系统的严重程度。从分析结果可以看出，与母线上的电压量级相比，发电机停机对输电线路的影响更大。该方法已在标准IEEE-14总线测试系统上进行了测试，并得到了支持的数值和图形结果。

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