1、电力系统作业1分析说明电力系统潮流计算的在处理精确计算与计算速度的发展过程与方法原理。在计算机刚出现的初期，人们认识到用计算机解决电力系统上的问题显得独具一格，这个时期人们普遍采用以节点导纳矩阵为基础的高斯-赛德尔迭代法（以下简称导纳法）。这个方法的原理比较简单，要求的数字计算机的内存量也比较小，同时也适应当时的电子数字计算机制作水平和电力系统理论发展水平。到了60年代中期，数字计算机发展到了第二代，计算机的内存和计算速度发生了很大的飞跃，从而为阻抗法的采用创造了条件，于是电力系统潮流计算人员转向以阻抗矩阵为主的逐次代入法（以下简称阻抗法）。阻抗法改善了电力系统潮流计算问题的收敛性，解决了导纳
2、法无法解决的一些系统的潮流计算，在当时获得了广泛的应用，曾为我国电力系统设计、运行和研究作出了很大的贡献。但是，阻抗法的主要缺点就是占用计算机的内存很大，而且阻抗法每迭代一次都要求顺次取阻抗矩阵中的每一个元素进行计算，每次迭代的计算量很大。当系统不断扩大时，这些缺点就更加突出。为了克服阻抗法在内存和速度方面的缺点，后来发展了以阻抗矩阵为基础的分块阻抗法。这个方法把一个大系统分割为几个小的地区系统，在计算机内只需存储各个地区系统的阻抗矩阵及它们之间的联络线的阻抗，这样不仅大幅度的节省了内存容量，同时也提高了节省速度。克服阻抗法缺点的另一途径是采用牛顿-拉夫逊法（以下简称牛顿法）。牛顿法是数学中求
3、解非线性方程式的典型方法，有较好的收敛性。解决电力系统潮流计算问题是以导纳矩阵为基础的，因此，只要在迭代过程中尽可能保持方程式系数矩阵的稀疏性，就可以大大提高牛顿潮流程序的计算效率。自从20世纪70年代采用了最佳顺序消去法以后，牛顿法在收敛性、内存要求、计算速度方面都超过了阻抗法，成为直到目前仍被广泛采用的方法。在牛顿法的基础上，根据电力系统的特点，科学家们对纯数学的牛顿法进行了改造，得到了P-Q分解法。P-Q分解法在计算速度方面有显著的提高，迅速得到了推广。牛顿法的特点是将非线性方程线性化。在20世纪70年代后期，有人提出采用更精确的模型，即将泰勒级数的高阶项也包括进来，希望以此提高算法的性
4、能，这便产生了保留非线性的潮流算法。另外，为了解决病态潮流计算，出现了将潮流计算表示为一个无约束非线性规划问题的模型，即非线性规划潮流算法。近20多年来，潮流算法的研究仍然非常活跃，但是大多数研究都是围绕改进牛顿法和P-Q分解法进行的。此外，随着人工智能理论的发展，遗传算法、人工神经网络、模糊算法也逐渐被引入潮流计算。但是，到目前为止这些新的模型和算法还不能取代牛顿法和P-Q分解法的地位。由于电力系统规模的不断扩大，对计算速度的要求不断提高，计算机的并行计算技术也将在潮流计算中得到广泛的应用，成为重要的研究领域。对于一些病态系统，应用非线性潮流计算方法往往会造成计算过程的振荡或者不收敛，从数学
5、上讲，非线性的潮流计算方程组本来就是无解的。这样，人们提出来了将潮流方程构造成一个函数，求此函数的最小值问题，称之为非线性规划潮流的计算方法。优点是原理上保证了计算过程永远不会发散。如果将数学规划原理和牛顿潮流算法有机结合一起就是最优乘子法。另外，为了优化系统的运行，从所有以上的可行潮流解中挑选出满足一定指标要求的一个最佳方案就是最优潮流问题。最优潮流是一种同时考虑经济性和安全性的电力网络分析优化问题。OPF 在电力系统的安全运行、经济调度、可靠性分析、能量管理以及电力定价等方面得到了广泛的应用。电力系统不断发展，使得OPF算法跻身于极其困难、非凸的大规模非线性规划行列。可信域和线性搜索方法是
6、保证最优化算法全局收敛性能的两类技术，将内点法和可信域、线性搜索方法有机结合，构造新的优化算法，是数学规划领域的研究热点。对于一些特殊性质的潮流计算问题有直流潮流计算方法、随机潮流计算方法和三相潮流计算方法。2分析说明一种电力系统负荷预测的方法并举例说明 下面来分析一下频域分量法德预测方法:因为电力负荷具有规律性，我们可以作如下分析：对负荷序列P(t)作傅里叶分解得到：式中，N为负荷序列的长度，历史天数为l=通过对频率的适当组合，并依据负荷的变化周期性的特点，可将P(t)重新构成下式：以日96点采样为例：式中：（1）D(t)的周期为96，它是负荷中以24小时周期变化的分量；即为负荷的日周期分量
7、（2）W(t)的周期为796，是负荷的周周期分量（3）扣除、之后，剩余分量可为L(t)和H(t)，L(t)是剩余分量中低频分量的总和，它反映了气象因数等变化较慢的相关因数对负荷的影响；H(t)是剩余分量中高频分量的总和，主要体现了负荷变化的随机性。为了便于表示其周期性，引入日期序号j，日内时段，将P(t)表示为下标形式：式中，j=1,2.,l； = 1, 2.96，且t与j，之间根据下面式子达到一一对应：如果通过频域分解得到的周期分量，周周期分量的比例很高，且大于一定的阀值条件（例如98%），则此时我们完全可以忽略剩余分量的影响，采用直接外推法，用日周期分量，周周期分量之和直接作为未来的日负荷
8、预测:如果预测的对象是低j0天，则取上式中与第j0天的星期类型一致的连续的96个点作为该日的预测结果。根据上述思想选取了北京市2005年的电力负荷三月频域分解和温度的估计，预测图形如下所示 图（a） 图（b） 图（c） 图（d）从图以上的图可以看出，三月份温度因数影响较小，稳定度较高，相对而言，预测精度容易得到保证。3分析说明电力系统在频率和电压快速下降时所采取的措施频率快速下降所采取的措施：电力系统频率超出以下数值则构成一类障碍：（1）装机容量在3000及以上电力系统，频率超出（500.2）Hz,延续时间20min以上；或频率超出（500.5）Hz，延续时间10min以上。（2）装机容量在3
9、000MW以下电力系统，频率超出（500.5）Hz，延续时间20min以上；或频率超出（501）Hz，延续时间10min以上。电力系统频率的快速下降，说明发生了电源事故（包括电厂内部或电源线路事故）或系统解列事故，电源与负荷不能保持平衡。通过系统内部布置一定容量的旋转备用和低频减负荷装置。事故时，旋转备用迅速投入，且低频率减负荷装置动作切除部分负荷，常能防止频率的进一步下降。频率的大幅度下降，说明功率缺额太大活上述措施未能发挥作用。一般从频率开始下降至电源与负荷重新维持平衡，频率稳定于新的数值的全过程不过几秒至几十秒中。当频率突然大幅度下降时，迅速恢复频率是非常重要的。当出现这类事故时，系统内
10、运行人员要采取一切措施恢复频率。常采用如下措施。（1）投入旋转备用。各发电厂应不待调度员命令，迅速增加出力，使频率恢复正常或加至最大功率为止。（2）迅速启动备用机组。水轮发电机启动迅速，便于实现自动化。因此将备用水轮发电机迅速投入系统是恢复频率的有效措施。（3）切除负荷。当频率严重下降而采取前述活低频减负荷装置动作自动切除部分负荷办法仍不能至正常频率时，应迅速采取切断部分客户负荷的办法。一般常采取下列三种形式：1）上级下令由地区调度员下令拉掉配电线路和大客户内切除次要用电设备；2）调度员命令变电站切除大负荷线路；3）由变电所按事先规定的顺序自行切除负荷线路。（4）当频率降至威胁火电厂厂用系统的
11、正常运行且不能迅速恢复时，火电厂首先应该将汽动厂用设备投入，如果仍出力不足时，应采取下述方法分离厂用电。1）有专供厂用的发电机的，可以将发电机连同某些厂用电母线自系统解列。2）发电机电压母线上有客户时，则解列一台或数台发电机带 厂用电和部分客户负荷，但选择该部分客户时应该使解列的发电机能带稳定的出力运行。3）发电机变压器单元接线的发电厂，则只能解列一个单元，一个或两个厂用分支线。4）当频率严重降低或由于机组本身的原因致使濒临机组有全停的危险时，应立即减负荷将机组连同由它供电的厂用电和客户负荷一起自系统解列，尽量防止全停。电压快速下降时所作的处理：电力系统监视控制点电压超过了店里系统调度规定的电
12、压曲线数值的5%，且延续时间超过1h;或超过规定数值的10%，且延续时间超过1h，则构成事故1）所以电网电压突然下降时应采取的措施如下：2）迅速增加发电机的无功出力；3）投无功补偿电容器；4）设法改变系统无功潮流分布；4）条件允许时则降低发电机有功出力，增加无功出力；5）必要时启动备用机组调压；6）切除并联电抗器7）确无调压能力时拉闸限电。如果出现电压崩溃的危险应尽量防止，下面是防止电压崩溃的一些措施：依照无功分层分区就地平衡的原则，安装足够容量的无功补偿设备，这是做好电压调整、防止电压崩溃的基础；1）在正常的运行中要备有一定的可以顺时自动调出的无功功率备用容量；2）正确使用有载调压变压器；3
13、）避免远距离的、大容量的无功功率的传送；4）超高压线路的充电功率不宜作补偿容量使用，防止跳闸后电压大幅度的波动；5）高电压、远距离、大容量输电系统，在中途短路容量较小的受电端设置静补、调相机等作为电压支撑；6）在必要的地区安装低电压自动减负荷装置，配置低电压自动连切负荷装置；7）建立电压安全监视系统，向调度员提供电网中有关地区的电压稳定裕度及应采取的措施等信息。4分析说明两种提高电力系统稳定性的措施的原理我们都知道电力系统的稳定性包括功角稳定，负荷稳定，静态稳定，动态稳定，下面对静态稳定和动态稳定分别说明一种方法的原理：1 电力系统的静态稳定方面 用串联电容器来说明，在功率因数较低或110KV
14、及以下的电力线路中可以利用串联电容器补偿进行调压，由于其作用非常简单，串联补偿电容器仅用于调压的情况很少。串联电容补偿就是在高压电力线路上串联电容器，利用其容抗与线路感抗相反的性质补偿线路感抗，从而使发电机与系统的等值电抗很少，相当于缩短了线路的长度，提高了系统静态稳定性，其接线图如图（a）、（b）所示图（a）图(b)(a)系统图 （b）等值电路电容器的电抗Xc与线路感抗XL之比值称为补偿度Kc，补偿度越大，系统总的等值电抗越小，对提高系统稳定性越有利，但补偿度太大时，在系统的某些运行方式中也会产生不利影响，即补偿度的大小受到很多条件的限制，因此，在实际应用中要根据所有具体条件来确定补偿度的大
15、小2 暂态稳定性方面 用提高发电机输出的电磁功率来提高电力系统的暂态稳定性。我们以电气制动方法来分析。电气制动是当系统发生故障后迅速的投入电阻以消耗发电机的有功功率（增大电磁功率），从而减少功率差额，下图表示了，两种制动电阻的投入方式。当电阻R串联接入时，旁路开关正常闭合，投入制动电阻K闭合。如果系统中有自动重合闸装置，则当线路开关重合时，应将制动电阻短路（制动电阻串联接入时）或切除（制动电阻并联接入时）。电气制动的作用也可以用等面积定则来解释。图2中比较了有与没有电气制动的情况，图中假设故障发生时投入制动电阻；切除故障线路的同时切除制动电阻，图3为若切除故障角不变，由于采用了电气制动，减少了
16、加速面积，bb1c1cb,使原来不能保证的暂态稳定得到了保证。 图（a） 无电气制动 图（b）有电气制动图电气制动接线图5简述一种智能开关的功能和特点下面我来介绍一下E3 plus智能固态过载继电器的功能和特点：传统的继电器只是提供脱口保护，当电动机满足脱扣条件时继电器脱扣，电动机停止，生产停止。在这之前没有任何缓冲环节，而E3系列智能继电器提供了预报警保护功能，并且，用户可以设置报警标准。与E3比较，E3 Plus提供了更多的输入输出端子。另外，还提供了接地故障保护功能和温度补偿功能，E3采用了已申请专利的艺术级电流测量装置，独一无二的吧信号处理电路和软件算法结合到霍尔效应电流传感器之中，因
17、此可以实现精确的真正的正均方根（RMS）的单向电流和接地故障的测量。E3 Plus电流测量的流程如下，主回路电流经霍尔传感器采集进来并转变成电压信号，霍尔传感器输出的电信号非常的微弱，不能直接传给转换器。经信号处理电路对信号进行放大、滤波等处理后，转变成转换器能够识别的标准的电压信号，再经转换器转换成数字信号送入专用芯片。专用芯片通过已经固化在芯片内部的求均方根算法对信号进行运算处理，处理后送给智能继电器内部总线的就是RMS电流值。对应的流程图如下图所示。图1 RMS电流测量流程图 所要用到的公式如下上式中，T是积分周期，是固定值。i是主回路电流，每时都可能变化，对i进行有效值处理是为了避免尖
18、峰电流造成继电器的误动作。如果不做有效值处理，继电器接到一个电流尖峰时，就会作过载处理。E3 Plus的监控功能，对于传统的继电器和其他检测装置，在线监控仅仅意味着对设备状态的监视，也就是用户只能被动的观察设备的运行状态，而智能继电器尤其是E3 Plus继电器给监控赋予了新的含义，不再是被动的监视，而是变被动为主动。这些都益于智能继电器的网络通信。E3 Plus系列智能继电器对状态的监视有两个方面。首先是对智能继电器本身状态的监视。其次，对电动机运行状态的监视，这只能通过设备网在上位机上来实现，E3 Plus智能继电器的在线控制功能主要体现为参数的设置和对辅助输出端子OUT A和OUT B的程
19、序控制。在上位机上，用户可以设置满载电流，脱扣级别、脱扣标准、脱扣延迟时间、脱扣禁止时间、电动机的启动时间控制参数。OUT A和OUT B的状态不仅可以在界面面板和设备网上观察，而且可以映像到可编程控制器PLC的 输出端列表中。也就是将OUT A和OUT B与PLC的输出文件建立一一对应的关系，这样就可以通过对可编程控制器的编程，控制输出文件的状态，进而控制OUT A和OUT B的状态。整个过程，无论是PLC内部的程序处理、映像和通过DeviceNet的通信，还是终端的智能继电器采用的都是数字技术。所以，整个控制过程的响应速度非常快，并且可以在短时间内频繁的动作。于是就可以通过OUT A和OU
20、T B实现电动机的正反转、温度的调节等传统继电器不能实现的功能。E3 Plus智能固态过载继电器可以与人机交互界面HIM（Human Interface Module）通信。HIM可以分为显示模板和控制模板两部分。显示模板主要起显示电动机运行参数和读E3 Plus编程的作用。控制模板可以用来控制输出通道A和B的接通并对自身进行复位。HIM具有四种工作模式，即显示模式，编程模式，查询模式和控制状态模式。当设为显示模式，就可以观察到其8哥传输参数当设定为编程模式，就可以观察到8个传输参数并对参数进行编程，编程模式于显示模式的不同就在于编程模式中的现实行的第一个字符在不停的闪烁，表示对参数进行修改。
21、当设定为查询模式，HIM将显示哪个编程参数不同于默认值。当设定控制状态模式，可以选择是否把控制功能屏蔽，屏蔽掉控制功能后，HIM就不能控制输出通道A和B的接通。6选择一技术热点进行专题论述和分析以下选择特高压直流输电来简单的论述我国规划在2020年之前将建设800KV以上的电压等级的特高压直流输电系统20个。这也就是说特高压直流输电迎来了新的发展。要建成这样的规模就要有过硬的技术，特高压直流输电的主要技术特点和需要研究的关键技术问题如下： (1)主要技术特点特高压直流的显著特点是电压水平的提高，因此，换流设备和直流线路承受的电压应力及绝缘水平也需提高；另外，电压的升高意味着输送距离可以增加，为
22、了充分的利用我国的有限的走廊资源，特高压直流的输送功率也需增加，直流电流的增加将不断创造新的记录，这将需要换流站设备和直流线路承受更大的电流应力和热容量。特高压直流输电的二次控制保护设备也需配合主设备因耐压，增流结构的变化和数量的增加而变化。因此，发展特高压直流输电，设备室关键。向家坝上海800KV直流输电工程是我国在建的容量最大的特高压直流工程，是在进行了大量的卓有成效的研究基础上提出建设的。工程的额定功率6400MW，额定电流4000A，额定电压800KV；每端单级采用12脉冲换流串联结构；单级12脉动换流器可以独立运行，所以，双极单12脉动换流器运行电压为400KV，额定功率3200MW
23、，额定电流4000A，直流线路长度为1916Km。其主要的技术特点是：换流器仍采用成熟的常规的晶闸管元件构成；单回直流系统输送功率大；线路，换流器和换流变压器等主要设备承受的直流电压的水平高；直流系统运行方式增加。特高压设备研究的关键包括换流变压器、直流套管、6英寸晶闸管、换流阀，平波电抗器等设备，难点是包括换流站和线路的外绝缘配置、换流变压器的绝缘系统设计，穿墙套管的机械强度设计，换流变压器套管的热和电性能控制、设备防污闪与抗震能力的结合等。(2) 需要研究的关键技术直流架空线路与交流架空线路相比，在机械结构的设计和计算方面，并没有显著地差别。但是在电气方面，则具有许多不同的特点，需要进行专
24、门的研究。对于特高压输电线路的建设，尤其需要重视以下三个方面的研究： 1）电晕效应。直流输电线路在正常运行情况下，允许导线发生一定程度的电晕放电，由此将会产生电晕损失，电场效应，无线电干扰和可听噪声等，导致直流输电的运行损耗和环境影响。特高压工程由于电压高，如果设计不当，其电晕效应可能比超高压工程的更大。通过对特高压直流电晕的特性的研究，合理选择导线的形式和绝缘子串，金具组装形式，降低电晕效应，减少运行损耗和对环境的影响。 2）绝缘配合。直流输电工程的绝缘配合对工程的投资和运行水平有极大地影响。由于直流输电比交流输电的“静电吸尘效应”，绝缘子的积污和污闪特性与交流的很大不同，由此引起的污秽放电
25、比交流的更为严重，合理选择直流线路的绝缘配合对于提高运行水平非常重要。3）电磁环境的影响。采用特高压直流输电，特高压直流输电工程的电磁环境与导线形式、架线高度等密切相关。(3) 设备制造能力高压端换流变压器与平波电抗器等直流设备，晶闸管，换流阀，直流套管，直流线路及交流场等设备，以上的这些设备的制造由于受到特高压的限制，所以制造要有非常高的可靠性。日本早在1996年就已经研制成功6英寸、8KV、3.5KA的光触发晶闸管，并在500KV菊湾直流工程中应用，2000年6月投入商业运行以来，运行稳定可靠。(4) 特高压直流输电的运行方式特高压直流输电系统的正常运行方式是双极功率控制平衡运行方式，这同
26、于常华贵、常规双极高压直流输电系统一样。一个每端单极由两个12脉动换流器串联组成的特高压双极直流输电系统，根据不同设备的良好状况，一个潮流方向有单极单换流器运行方式16种，即每个单极有8个单换流器运行方式；有单极双换流运行方式8种；有双极不平衡运行方式16种；完整双极运行方式就由双极接线方式和降压运动方式，共计四种运行方式。另外，还有各种开路实验和融冰等特殊接线方式，以及以下的不同的控制模式：单极功率控制；双极功率控制；同步极电流控制；应急极电流控制；换流变压器分接头开关控制；无功功率控制；附加控制；极线路空载加压实验控制。(5)我国特高压的发展趋势19861990年，“特高压的前期研究”被列
27、入国家攻关项目；19901995年，国务院重大办开展了“远距离输电方式和电压等级论证”；19901999，国家科委就“特高压输电前期论证”和“采用交流百万伏特高压输电的可行性”等专题进行了研究。截至2004年共完成特高压研究项目37项。武汉高压研究所于1996年建成1000KV级长200m的实验阶段。电力建设研究所于2004年建设的杆塔实验站可进行特高压单回路8800分裂导线，30转角级杆塔原型强度实验，还可进行特高压输电线路防振设计方案实验长距离、大容量输电势在必行，特高压输电是符合我国国情的输电方式，是我国未来电网的发展方向，我国规划在2020年之前将建设800KV以上的电压等级的特高压直流输电系统20个，这标志着我国的特高压时代已经来临了。
