從實際工程的角度看電力系統潮流計算

電力系統潮流計算是電力系統分析中最基礎的部分，如果從工程實際設備的角度重新審視潮流計算，可以有不一樣的啟發。這一點尤其對於高校師生很有用，因為高校的特點是理論很強，但是工程經驗不足。

1）PQ節點

電力系統大多數節點都是PQ節點，所謂PQ節點，就是給定節點注入功率。實際上，電力系統超過一半的節點是「零注入」的，這些節點的特點是流入母線的功率等於流出母線的功率（基爾霍夫第一定量），除此以外，沒有發電機和負荷。也就是說，注入功率總和嚴格為0.對於完整電力系統來說，發電機經過升壓變，進入輸電網，然後層層降壓，進入配電網，再輸送給用戶。中間經過的大多數節點，都是起到聯絡或轉運的作用。當然，如果建模範圍有限，例如省調，也可把變壓器高壓側等值為負荷。

零注入節點對於狀態估計計算還有另外的意義，由於嚴格為，可以構成等式約束，也可以構成量測精度極其高的虛擬量測。

有許多節點沒有有功的生產或消耗，但是連接有電容器或電抗器，這類節點嚴格的來說，是有功零注入，但是潮流計算往往把容抗器併入導納矩陣的對角元上去，所以在數學上仍然可以是完全的零注入。但是連接SVC、STACOM等電力電子設備就沒有這麼簡單的處理了，此時的PQ節點注入功率是一個變數，在迭代過程中可能不斷發生變化。其變化規律由該設備自身規定。

對於負荷來說，其功率一般設置為恆定的數值。但是負荷功率也可考慮受到頻率、電壓的影響。這樣PQ節點注入功率就不再是常數，這樣做可以提高潮流計算的收斂性，也可以增加結果的合理性。

2）PV節點

在常規的商業用電力系統計算軟體中，可選擇將某台發電機設置為PV節點，然後程序內部將發電機連接的節點設置為PV節點。PV節點在此處體現的是發電機勵磁系統控制機端電壓的能力。

發電機勵磁系統是十分複雜的，與穩定性也極其相關，但在潮流計算裡面可暫不考慮。勵磁控制的首要目標是控制電壓在給定值，其穩態增益常常超過100p.u.。由於發電機總是與升壓變壓器構成一個整體（又叫發變組）。其控制目標常常是變壓器高壓側，這就是所謂的「PV控高端」，而不是直接控制發電機出口。控高端的做法也是最近十幾年才廣泛應用的，其實現十分簡單，就是輸入的機端電壓測量信號扣除在變壓器電抗上的壓降，該壓降可以用電流和電抗參數算出來，也可以有別的方式（注意一般並不是直接測量高壓側電壓）。為了使無功功率可以在並列發電機之間穩定分配，此種補償必須形成調差特性，也就是說，不是正好100%的補償，否則發電機無功分配會不穩定。在我國，迫使發電機實際電壓比參考電壓低時，稱為正調差；反之則為負調差，負調差主要是抵消變壓器壓降，但不能超過變壓器壓降，負調差有助於發揮發電機對於系統的無功支撐作用。這裡所說的調差只在機端，反映到高壓側，仍然是正調差的。

對於潮流計算來說，PV控高端不需要考慮這麼多細節，只是PV移植到了高壓側。算完之後，還需要把多餘的無功功率分配回發電機機端。但是，在同一個發電廠設置過多的PV節點確實可以使收斂性下降，這是因為潮流計算不可能精細到可以考慮調差特性。此時可以考慮減少PV節點數量。

勵磁系統的控制能力是有限的，因此，當PV節點發出或吸收的無功超出限值時，該節點將由PV節點轉換為PQ節點。勵磁系統的限制主要體現在：過勵限制、欠勵限制、VHZ限制等，此處不再展開。勵磁系統的限制在中長期動態模擬中更加需要詳細考慮。

不是所有的發電機勵磁都運行在控電壓的狀態，對於小型發電機，更多的是跟隨系統。系統對於小型發電機往往沒有什麼控制需求，此時發電機可能處於保證功率因數恆定運行，此時潮流計算可以把這類發電機設置為PQ節點。

對於地區電網來說，沒有那麼多的發電機，其主要電能都是從500kV電網輸送過來的，但是連接500kV電網的主力發電機，由於建模範圍的關係，沒有在模型中。這時候可以認為500kV母線的電壓保持恆定，把該母線定為PV節點。對於配電網來說，可把主網母線定為PV節點或平衡節點。

3）平衡節點

平衡節點有兩層含義：其電壓參考角度為，其它母線電壓角度都以該節點為參考。另外，該節點不給定注入功率，而是給定電壓，起到電壓支撐的作用（潮流計算可以不用設置PV節點）。這兩層含義不是必然聯繫在一起的，不可混為一談。

在商業用電力系統軟體中，平衡節點往往設置為功率最大的發電機節點。由於該節點功率未給定，由系統算出來。但實際上該節點發電機是有明確的功率值的，這兩者的差異，我們稱為不平衡功率。為了更合理分析，發展了動態潮流計算方法，把不平衡功率引起系統頻率變化，而系統頻率變化又會引起負荷變化、發電機功率變化（一次調頻），然後不平衡功率值又會發生變化。這是一個動態過程。

使用狀態估計數據時，不平衡功率往往很小。但是人工設置斷面，或進行故障模擬，不平衡功率往往變得很大。因此，要想使潮流計算貼近實際，尤其是提高模擬精度，動態潮流技術是必然要採用的。

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