國網考試總結-高等電力系統分析

電力系統靜態安全分析的基本概念

電力系統靜態安全分析是電力系統規劃和調度的常用手段，用以

判斷在發生預想事故（輸變電設備強迫退出運行）后系統是否會過負

荷或電壓越限的功能。

電力系統動態安全分析用于判斷在發生預想事故后系統是否會失

穩的功能。

靜態安全分析的基本方法：補償法，直流潮流法，靈敏度分析法。

直流輸電的基本原理及穩態數學模型

1、直流輸電線路輸送的電流和功率由線路兩端的直流電壓所決定,

與兩端的交流系統的頻率和電壓相位無關。直流電壓的調節是通過調

節換流器的觸發角和交流系統的電壓來實現的，換流器輸出直流電壓

的改變，將決定直流電流的大小。（直流潮流的控制）

2、由于交流變壓器等值電感的存在，殂電流不能突變，因而換流

器的供電電源從一相換到另一相時不能瞬時完成，需要經過一個換相

期，換相期所對應的電角度稱為換相角。（換相角定義，范圍）

3、由于換相角的存在，直流電壓的平均值將隨直流電流的增大而

減小；換流器正常工作的觸發角的變化范圍減小。（換相角對直流系

統的影響）

4、換相電流中包含兩個分量，分別為常數分量和正弦分量。其中，

常數分量隨著觸發角的增大而減小，正弦分量滯后于換相電壓90。。常

數分量是短路電流中的自有分量，其產生機理是電感回路中的電流不

能發生突變；正弦分量是短路電流中的強迫分量，由于短路回路是純

電感回路，所以正弦分量的相位滯后于電源電壓90度。因此，換流器

的穩態工況是在換相期使交流系統兩相短路，在非換相期使交流系統

單相斷線。（換相電流的理解）

5、直流潮流的基本方程：整流器、逆變器、交流基波電流和直流

電流、直流電壓和交流電壓的關系。

6、直流穩態運行方程中引入了等值換用電阻，等值換相電阻并不

具有真實電阻的全部意義，它不吸收有功功率，其大小體現了直流電

壓平均值隨直流電流增大而減小的斜率。等值換相電阻是一個網絡參

數，不隨系統運行狀態的改變而改變。由于等值電阻的引入，換相角

不顯含在直流潮流公式中，換相效應完全由換相電阻與直流電流的乘

積表征。（等值換相電阻，表達式）

7、多橋換流器通常采用偶數個橋在直流側相串，在交流側相并的

接線方法。雙橋換流器采用YY接線和Y△接線，使交流側電壓相位相

差30。。（多橋換流器）

8、一般的控制過程是，首先由自由控制系統調整觸發角（整流側

為觸發角，逆變側為熄弧超前角）而使整個電力系統快速地達到合適

的運行狀態；然后通過調整換流變壓器的變比使換流器的觸發角運行

在合適的值域；最后通過交流系統的優化調整（電壓）使全系統運行

在理想狀態。（換流器的控制）

9、直流系統穩定運行控制注意事項：（1）交流系統電壓的微小

變化會引起直流電流的巨大變化，為防止直流電流的波動，快速調整

換流器的觸發角以跟蹤交流電壓的變化是直流系統正常運行的必要條

件；（2）換流器的穩態運行調整應盡可能使其直流電壓在額定電壓附

近，過低的直流電壓將伴隨較大的直流電流，較大的直流電流直接增

大直流線路上的功率損耗，同時還增大交流系統的功率損耗。止匕外，

直流電流越大，電流衰減越慢，導致換相角越大，大的換相角會使觸

發角的變化范圍減小；（3）

換流器的穩定運行調整應使功率因數盡可能高，較高的功率因數

可以減小在交流系統的無功補償容量，其次可以充分利用換流器和換

流變壓器的容量傳輸較大的有功功率，再者可以降低系統的功率損耗。

要想提高功率因數，對整流器而言應使觸發角較小，對逆變器而言應

使熄弧超前角減小。

10、直流系統常用的控制方式有：定電流控制、定電壓控制、定

功率控制、定控制角控制和定變比控制。其中整流器常采用定變比

（定功率）和定電流控制，逆變器常采用定變比（定電壓）和定熄弧

角控制。（控制方法）

11、交直流混連系統的潮流計算主要有統一迭代法(聯合求解法)

和交替迭代法。

統一迭代法以極坐標形式下的牛頓法為基礎，將交流節點電壓的

幅值和相角與直流系統中的直流電壓、直流電流、換流變壓器變比、

換流器的功率因數及換流器控制角統一進行迭代求解。具有良好的收

斂性，對于不同結構、參數的網絡以及直流系統的各種控制方式的算

例，都能可靠求解。

交替迭代法是統一迭代法的簡化，將交流系統方程和直流系統方

程分別求解。求解交流系統時，將直流系統用接在相應節點上的已知

其有功功率和無功功率的負荷來等值；求解直流系統時，將交流系統

等值為加在換流器交流母線上的一個恒定電壓。當交流系統較弱時，

交替迭代法收斂性變差。(交直流系統潮流計算方法)

12、以換流器直流額定功率為基準，從換流器交流側母線處觀察

到的交流系統等值電抗的標幺值的倒數稱為短路比(短路比

SCR)o

越大，系統越強。短路比小于3稱之為弱交流系統，其中弱交流系統

有很大的等值電抗，從而使得換流器交流母線電壓對注入功率的變化

非常敏感。

柔性輸電的工作原理和穩態數學模型

工作原理

靜止無功補償器(staticvarcompensator,SVC)

晶閘管控制的串聯補償器(thyristorcontrolledseries

compensator,TCSC)

靜止同步補償器(staticsynchronouscompensator,STATCOM)

統一潮流控制器(unifiedpowerflowcontrollerUPFC)

靜止同步串聯補償器(staticsynchronousseriescompensator,

SSSC)

晶閘管控制的移相器(thyristorcontrolledphaseshifting

transformer,TCPST)

L柔性輸電裝置在系統中的連接方式可以分為串聯型、并聯型和

綜合型。其中SVC和STATCOM為并聯型;TCSC和SSSC為串聯型；

純無功補償時，電壓源的相位總與線路電流相垂直。

6、TCPST由并聯變壓器（激勵變壓器）、串聯變壓器（加壓變壓

器）和切換開關構成，用于調整節點電壓相位。對于并聯變壓器（一

次側為△接法），一次側的a、b、c三相輸入分別為線路的b、c、a

相。

移相器通過控制開關，即改變變比k,調整角度（p=f（k）,因此,

其控制參數為輸出電壓的模值和相位。由于移相器是無源元件，忽略

自身的功率損耗，移相器輸出的復功率與輸入的復功率相等，即串聯

電壓源發出的功率全部由并聯電流源從系統吸收。

7、UPFC相當于STATCOM與SSSC的組合，兩個由GTO實現的

電壓型換流器共用一個直流電容,從而使STATCOM與SSSC發生耦

合。一臺UPFC有三個獨立變量，分別為電流（線路參數），電壓幅

值和電壓相位，可以同時控制3個運行變量，分別為有功功率，無功

功率和電壓。

UPFC為無源元件，在穩態運行條件下，必須保持電容電壓為常數,

因此，可以由兩條阻抗與理想電壓源串聯的支路表示。盡管穩態運行

時需要保持電容電壓為常數，但是兩個換流器由于直流電容的耦合，

允許STATCOM從系統吸收有功功率然后經直流電容由SSSC送回系

統，或者相反。這樣，UPFC中串聯變壓器輸出電壓的模值和相位都

可以任意調整；UPFC中并聯變壓器支路除了對系統提供并聯無功補償

外，還承擔系統有功功率與串聯變壓器有功功率的交換。

8、TCSC和SSSC用于補償線路參數，SVC和STATCOM用于控

制節點電壓幅值，TCPST用于調節節點電壓相位。

數學模型

9、含有柔性元件的電力系統潮流計算可以分為兩類：第一類，根

據具體的柔性輸電元件的功能和系統運行的需要給出潮流控制目標，

通過計算獲得電力系統潮流和柔性輸電元件的控制參數；第二類，給

定柔性輸電元件的控制參數，通過計算獲得系統潮流。

10、在潮流計算中SVC和STATCOM可以看作并聯在節點上的電

容或電抗，向系統注入或從系統吸收無功功率，所以在潮流計算中將

其看作PV節點，控制目標是支撐該節點電壓的幅值為給定值。當系統

的容量約束不滿足條件時，可以將控制目標改為定無功功率輸出，從

而X各裝有該裝置的節點設為PQ節點，重新進行計算。

11.含有TCSC潮流計算時，相當于系統增加了一個新節點P。

12、由于SSSC自身有兩個控制變量,即逆變器交流輸出電壓的

幅值和相位，因此潮流計算方程需要增加兩個。其中一個是對交流系

統的控制目標，通常設定SSSC所在線路的有功功率為常數；另一個是

SSSC自身的條件約束,即保持電容電壓為額定常數。和TCSC相比，

SSSC不需要增加節點。

13、TCPST在計算時，將其節點注入功率描述,從而使系統的節

點導納矩陣仍是對稱的。

14、含有UPFC的潮流計算任務是：對于系統的某種運行方式和

UPFC的控制目標，計算系統所有節點電壓的幅值與相角和UPFC的控

制參數。

15、采用解耦法的計算方法中，由于UPFC能獨立于其串聯補償

而向系統提供并聯補償，故UPFC并聯變壓器所連接的節點電壓幅值

可以控制為定值，也可以將補償的無功功率控制為定值；UPFC的串聯

補償可以同時控制兩個運行變量，因而將UPFC所在線路輸送的有功

和無