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user: 4. 稳态研究 首先分析the Cape Transmission System上稳态无功功率。这种分析指出最敏感地区网络中的无功功率流动。本节一开始就说明了对网络无功功率的测试结果是2006年的。接着是对2009年无功功率的预测分析。正常负载量的增加和新发电厂的加入等重要的因素都考虑到了。最后，调查加入了2012年电网状况的分析。2012年的网络包括前面提到的765kv扩张计划(第一个765 kv到Cape Town)和Coega工业负荷的规划。 4.1. 无功功率流 这个分析显示出了，2006年仅Koeberg发电机工作，高负载情况下电网中无功功率的流动。此分析的结果为网络的功率流提供了一个基准参考，并对2009和2012案例分析提供了方向。 4.1.1. 高负载条件下 图6显示了2006年，最大无功功率流在高负载情况下的各种单一故障停电，并将其列于表2。无功功率的最大值记录在线路或者变压器的一侧。 1) 结果根据线路各自的颜色来分组。这些线路包括765 kv行，Hydra以北400 kv的线路，Cape东部400 kv线路，400 kv线路在北开普，400 kv线路在开普敦南部在开普敦地区400 kv线路。765/400 kV变压器，400千伏SVC也组合在一起。 2) 图6显示了一个无功功率限制，记为“Q限制”(橙色)。这极限值的选择与特定电压水平下一个可调并联设备的大小相匹配。765 kv和400 kv设备的无功功率分别为400 MVAr和100 MVAr。此数值远高于敏感地区显示的限制值。 3) 最大无功功率系统正常运行使用“Healthy Max Q”(红色)表示。 4) 所有突发事件的平均无功功率是“AllAverage Q”(绿色)。 5) 所有突发事件的最大无功功率是“AllMax Q”(蓝色)。 6) 排除北环突发事件的最大无功功率流动，用“Excl north ring Max Q”(黑色)。 Beta-Perseus 400 kv线路总是有很高的无功功率流。这导致765 kv线路产生的无功功率，流入了400 kv线路的电抗器和Perseus的SVC中。这已经被Beta的765/400 kV变压器和Perseus的400 kv线路上的SVC证实了。当Beta-Hydra 765 kv线路退出电网后，Beta-Hydra和Perseus-Hydra 400 kv线路的无功功率会增加。该图的最大价值在于，排除在北环无功功率远低于Hydra南部线路的最大值这一偶然事件。由此可见，网络最为敏感的是北环上的突发事件。 图6. 2006年高负载情况下的最大无功功率 Table 2 List of contingencies and associated losses for 2006 high load cas Contingency Difference in losses from System Healthy [MW] Difference in losses based on System Healthy [MW] System Health Alpha-Beta 765 94 8% Perseus-Hydra 765 129 10% Beta-Perseus 400 3 0% Beta-Hydra 400 20 2% Perseus-Grootvlei 400 15 1% Perseus-Hydra 400 18 1% Hydra-Droёrivier 400-3 24 2% Droёrivier-Proteus 400 38 3% Droёrivier-Bacchus 400 32 3% Droёrivier-Muldersvlei 400 71 6% Muldersvlei-Bacchus 400 55 4% Muldersvlei-Acacia 400 5 0% Acacia-Koeberg 400 8 1% Acacia-Juno 400 20 2% Hydra-Kronos 400 147 12% 表2. 2006年高负载情况下的突发事件和相关的损失清单 图7显示了线路、变压器和SVC各自的最大和最小无功功率。正值表示无功功率是流入线、变压器 图7. 2006年高负载情况下的最大和最小无功功率 或SVC的。第一个变电站描述的名称，是“从”总线(黑色曲线)，第二个变电站是“到”总线(蓝色曲线)。只要黑色和蓝色的曲线有不同的信号，就表明有无功功率流过，例如Beta-Perseus 400 kv线路。如果黑色和蓝色曲线有相同的标志和一个较大的幅度，它表明线路有无功功率生成，例如，在Alpha-Beta 765 kv线路。 图8显示的数据来自图7，但现在用来表示线路流动或者产生的无功功率，以与最大无功功率的比例显示，并产生一个排名。“% of max Q flow”表示从线路中流进或流出的无功功率最小值。“% of max Q generation”表示无功功率的总和。 图8确认无功功率的产生，在Beta和Hydra变电站，从765 kv线路流过765/400 kV变压器，更进一步到底层400 kv网络，如图所示的紫色线。 图8还显示了Beta-Perseus-Hydra，Hydra-Kronos-Aries-Helios-Juno-Aurora和Hydra-Droeërivier-Bacchus- Muldersvlei的400 kv线路传输超过200 MVAr的无功功率，用灰色线表示。 4.1.2. 轻载条件 图9显示了在2006年，轻负荷情况下的最大无功功率，突发事件由表3列出。用与绘制高负荷情况的方法来绘制此结果。 通过Alpha和Betha 765 kV的电抗器切换来解决轻载情况。这缓解了在Beta变电站765/400 kV变压器，Beta-Perseus线路，Perseus变电站的无功情况。可见，系统正常情况下和无功功率最大的情况之间并没有显著差异。由此可以得出结论，在轻载情况下，无功功率对突发事件不敏感。 图10显示了各个线路端口、变压器和SVC的最大和最小无功功率。正值表示无功功率流入。第一个变电站描述的名称，是“从”总线(黑色曲线)，第二个变电站是“到”总线(蓝色曲线)。 图11显示的数据来自图10，但现在用来表示为线路流动或者产生的无功功率，以与最大无功功率的比例显示，产生一个排名。“% of max Q flow”表示从线路中流进或流出的无功功率最小值。“% of max Q generation”表示无功功率的总和。 图8. 2006年高负载情况下的无功功率的流动和产生 图9. 2006年轻载情况下的最大无功功率 图11可以看出，在网络的北部显示出了很高的无功功率。 4.2. SVC电压设定值对无功功率流的影响 图12显示了在2006年高负载情况下的无功功率流动，在系统正常工作时，不同的SVC电压设定值 Table 3 List of contingencies and associated losses for 2006 light load cas Contingency Difference in losses From System Healthy [MW] Difference in losses Based on System Health [%] System Health Alpha-Beta 765 22 3% Beta-Hydra 765 27 4% Beta-Perseus 400 0 0% Beta-Hydra 400 5 1% Preseus-Grootvlei 400 6 1% Preseus-Hydra 400 4 1% Hydra-Droeerivier 400-3 1 0% Droerivier-Proteus 400 5 1% Droerivier-Bacchus 400 1 0% Droerivier-Muldersvlei 400 1 0% Muldersvlei-Bacchus 400 1 0% Muldersvlei-Acacia 400 0 0% Acacia-Koeberg 400 9 1% Aurora-Juno 400 −2 0% Hydra-Kronos 400 14 2% 表3. 2006年轻载情况下的突发事件和相关的损耗清单 图10. 2006年轻载情况下的最大和最小的无功功率 图11. 2006年轻载情况下的无功功率流动和产生 图12. 2006年高负载情况下在不同SVC设定点下的无功功率 由表4列出。在系统正常工作时，Perseus的SVC为容性。Perseus SVC产生的无功功率，主要通过Perseus-Beta 400 kv线路，Beta 400/765 kv变压器流入到Beta变电站的765 kv并联电抗器。可以确定Perseus SVC电压设置点的调低，减少了它的容性输出，它也确实增加了网络其他部分的无功功率，反之亦然，Perseus SVC电压设置点的调高，增大了它的容性输出，减少网络其他部分的无功功率，从而使整体损耗减少 [ 4 ] 。 改变Perseus处SVC的电压设置点，这并不是一个非常有效的方法去控制Perseus-Beta 400 kV线路和Beta400/765 kV变压器上的无功功率。对于每个SVC的输出，2%的电压变化会导致100 MVr的差异，流经Perseus-Beta的每个400 kv线路都改变了50 MVAr，而Beta变电站的每个变压器改变35 MVAr。图13可以看出，随着SVC电压设置点的变化，Beta 400 kV和765 kV线路总线电压会跟随着Perseus 400 kV线路总线电压变化。 4.3. 分接开关点对无功功率流的影响 图14显示了2006年在高负荷和正常运行情况下，对不同的分接开关设定值对应的无功功率，设置点见表5。在系统正常运行时，Perseus SVC输出为容性，Perseus SVC产生的无功功率，主要通过Perseus-Beta 400 kv线路，Beta 400/765 kv变压器流入到Beta变电站的765 kv并联电抗器。改变分接开关的位置，使765/400 kV变压器变化2%，SVC减少了容性输出。通过改变抽头位置，两个电压之间的差距减小，因而减少了400 kv和765 kv网络之间的无功功率流动。通过这样来减少400 kv和765 kv网络间的无功功率比改变SVC设置点，能减少更多的整体损耗。 对于控制流过Perseus-Beta 400 kV线路和Beta 400/765 kV变压器的无功功率，改变Beta765 kv变压器的分接头触点，比改变Perseus SVC的电压设置点更有效。2%的抽头切换，对于每个SVC会导致35 MVAr无功输出，同时，通过Perseus-Beta 400 kv线路的无功功率变化62 MVAr，且Beta 400/765 kV变压器也会改变65 MVAr。图15还表明，当Beta 400 kv电压跟随分接头触点变化时，Beta 400 kv母线电压会跟随Perseus 400 kv母线电压的变化。 4.4. 未来的无功功率流 2010年和2012年高负载情况下，只有一个Koeberg发电机在网络中，用这个案例来分析确定未来网络上预期的无功功率。当AEG SVC控制升级和765 kv系统扩展到Cape Town时，这为其提供了一种预测无功功率流动的依据。 图13. 2006年高负载情况下，不同SVC电压设置点对应的总线电压 Table 4 List of SVC voltage set-points and associated losses for 2006 high load cas Contingency Difference in losses from System Healthy [MW] Difference in losses based on System Healthy [MW] System Healthy Perseus SVC −2% 7 0.60% Perseus SVC +2% −6 −0.50% 表4. 2006年高负载情况下SVC电压设置点列表和相关的损耗 Table 5 List of tap-changer set-points and associated losses for 2006 high load cas Contingency Difference in losses from System Healthy [MW] Difference in losses based on System Healthy [MW] System Healthy Beta 765/400 KV −2% 2 0.10% Beta 765/400 KV +2% −1 −0.10% 表5. 2006年高负载情况下，分接头触点值的列表和相关的损耗 图14. 2006年高负载情况下，不同SVC设置点时的无功功率 图15. 2006年高负载情况下，不同分接头触点值对应的母线电压 4.4.1. 2010高负载情况 图16显示的最大无功功率是2010年的突发事件，这些时间由表6中列出。使用与2006年高负载情况同样的绘制方法。从下面的线路可以很明显看出，变压器和SVC有很高的无功功率. Beta-Perseus的400 kV和765 kV线路有无功功率流动。经常由765 kv线路产生，在Beta和Perseus的电抗器和SVC中流动。如图所示，这也被Beta和Perseus变电站765/400 kV变压器的无功证实了。此曲线不包括765 kv线路的突发事件，它显示了从完整应急结果列表中得出的变化。可以清楚看到，尽管765 kv线路增强了网络，但在突发事件发生时，它却向并行网络中注入了无功功率。 图17显示了在各自线路、变压器和SVC中的最大和最小无功功率，正值表示无功功率的流入。第一个变电站描述名称为“从”总线(黑色曲线)，而第二个变电站是“到”总线(蓝色曲线)。基本曲线(红色和蓝色)为系统正常时的无功功率流。 图16. 2010年轻载情况下的最大无功功率 图17. 2010年轻载情况下的最大和最小的无功功率 Table 6 List of contingencies and associated losses for 2010 light load cas Contingency Difference in losses from System Healthy [MW] Difference in losses based on System Healthy [MW] System Health Zeus-765400 trafo 0 0% Acacia-Koeberg 400 4 0% Alpha-Beta 765 14 1% Aurora-Juno 400 12 1% Beta-765400 trafo −2 0% Beta-Hydra 400 1 0% Beta-Perseus 765 4 0% Beta-Persus 400 0 0% Droёrivier-Proteus 3 0% Droёrivier-Kapa 400 0 0% Gramma-Grassridge 765 85 6% Gramma-Hydra 765 6 0% Gramma-Kapa 765 3 0% Gramma-765400 trafo 83 6% Hydra-Droёrivier 400-3 0 0% Hydra-Kronos 400 14 1% Kapa-765400 trafo 0 0% Kapa-Bacchus 400 0 0% Kapa-Muldersvlei 400 0 0% Kapa-Omega 765 2 0% Zeus-Mercury 765 24 2% Muldersvlei-Acacia 400 0 0% Muldersvlei-Bacchus 400 0 0% Omega-765400 trafo 2 0% Perseus-765400 trafo −1 0% Perseus-Gamma 765 11 1% Perseus-Grootvlei 400 2 0% Perseus-Hydra 400 1 0% Perseus-Hydra 765 9 1% Perseus-Mercury 25 2% 表6. 2010轻载情况下的突发事件和相关的损耗 突发事件时的最大无功功率，又一次的发生在连接Beta，Perseus和Hydra变电站的设备上。 图18数据来自图17，但现在用来表示线路中流动的或者产生的无功功率，以与最大值的百分比显示。显示的结果可以看出排名，最高的值为100%。“% of max Q flow”表示从线路中流进或流出的无功功率最小值。“% of max Q generation”表示无功功率的总和。最高的功率流动发生在Mercury-Perseus和Perseus-Beta 765 kv线路以及Hydra和Omega 765/400 kV变压器中，而最高无功功率产生在Zeus-Mercury，Hydra-Gama和KapaOmega 765 kv线路。 4.4.2. 2012高负载情况 图19显示了2012年，高负载情况下的最大无功功率，突发事件由表7所示。同样的绘制方法用于 Table 7 List of contingencies and associated losses for 2012 high load cas Contingency Difference in losses from System Healthy [MW] Difference in losses based on System Healthy [MW] System Health Acacia-Koeberg 400 3 0% Alpha-Beta 765 80 5% Aurora-Juno 400 −9 0% Beta-765400 trafo −4 0% Beta-Hydra 400 27 2% Beta-Perseus 765 55 3% Beta-Persus 400 1 0% Droёrivier-Proteus 43 3% Droёrivier-Kapa 400 22 1% Gramma-Grassridge 765 37 2% Gramma-Hydra 765 75 4% Gramma-Kapa 765 172 10% Gramma-765400 trafo 9 1% Hydra-Droёrivier 400-3 12 1% Hydra-Kronos 400 80 5% Kapa-765400 trafo 1 0% Kapa-Bacchus 400 21 1% Kapa-Muldersvlei 400 18 1% Kapa-Omega 765 84 5% Muldersvlei-Acacia 400 2 0% Muldersvlei-Bacchus 400 −1 0% Omega-765400 trafo 7 0% Perseus-765400 trafo −3 0% Perseus-Gamma 765 147 9% Perseus-Grootvlei 400 18 1% Perseus-Hydra 400 24 1% Perseus-Hydra 765 146 9% Perseus-Mercury 158 9% Zeus-765400 trafo 8 0% Zeus-Mercury 765 161 9% 表7. 2012年高负载情况下的突发事件和相关的损耗清单 图18. 2010年轻载情况下的无功功率流动和产生 图19. 2012年高负载情况下的最大无功功率 2006年高负载情况。 Beta-Perseus 765 kV和400 kV线路总是有很高的无功功率流动。这是由765 kv线路，和流向400 kv电抗器，Perseus SVC的无功功率造成的。如图所示，这也被Beta和Perseus变电站765/400 kV变压器的无功证实了。此曲线不包括765 kv线路的突发事件，它显示了从完整应急结果列表中得出的变化。可以清楚看到，尽管765 kv线路增强了网络，但它在突发事件发生时，向并行网络中注入了无功功率。 图20显示了各个线路，变压器和SVC的最大和最小无功功率流。正值表明无功功率的流入。第一个变电站的描述名称是“从”总线(黑色曲线)，而第二个变电站是“到”总线(蓝色曲线)。基本曲线(红色和蓝色)系统正常运行时的无功功率流。 在2012年案例，所有线路都对无功功率敏感。 图21的数据来自20，但现在用来表示为线路中流动的或者产生的无功功率，以与最大值的百分比显示。显示的结果可以看出排名，最高的值为100%。“% of max Q flow”表示从线路中流进或流出的无功功率最小值。“% of max Q generation”表示无功功率的总和。最高的功率流动发生在Mercury-Perseus和Perseus-Beta 765 kv线路以及Hydra和Omega 765/400 kV变压器中，而最高无功功率产生在Zeus-Mercury， 图20. 2012年高负载情况下的最大和最小无功功率 图21. 2012年高负载情况下的无功功率流动和产生 Hydra-Gama和KapaOmega 765kv线路。 4.5. SVC电压设定值对无功功率流的影响 图22显示了在2012年高负载情况下的无功功率流动，在系统正常工作时，不同的SVC电压设定值由表8列出。在系统正常工作时，Perseus的SVC为容性。Perseus SVC产生的无功功率，主要通过Perseus-Beta 400/765 kv变压器流入765 kv网络。可以确定Perseus SVC电压设置点的调低，减少了它的容性输出，它也确实增加了网络其他部分的无功功率，导致整体损耗的增加，反之亦然，Perseus SVC电压设置点的调高，增大了它的容性输出，减少网络其他部分的无功功率，从而使整体损耗减少。 改变Perseus处SVC的电压设置点，这并不是一个非常有效的方法去控制Perseus-Beta400/765 kV变压器上的无功功率。Perseus-Beta 400千伏线路和测试400/765 kV变压器。对于每个SVC的输出，2%的电压变化，会导致100 MVr的差异，流经Perseus 400/765 kv改变了45 MVAr，而Beta变电站的每个变压器改变30 MVAr。图23可以看出，随着SVC电压设置点的变化，Beta 400 kV和765 kV线路总线电压会跟随着Perseus 400 kV线路总线电压变化。 图22. 2012年高负载情况下，不同的SVC设定点对应无功功率 图23. 2012年高负载情况下，不同SVC设置地对应的总线电压 4.6. 分接开关点对无功功率流的影响 图24显示了2012年在高负荷和正常运行情况下，对不同的分接开关设定值对应的无功功率，设置点见表9。在系统正常运行时，Perseus SVC输出为容性，Perseus SVC产生的无功功率，主要通过Perseus-Beta 400/765 kv变压器流入到765kv网络中。改变分接开关的位置，使765/400 kV变压器变化2%，SVC减少了容性输出。通过改变抽头位置，两个电压之间的差距减小，因而减少了400 kv和765 kv网络之间的无功功率流动。通过这样来减少400 kv和765 kv网络间的无功功率比改变SVC设置点，能减少更多的整体损耗[ 5 ] 。 对于控制流过Perseus-Beta 400 kV线路和Beta 400/765 kV变压器的无功功率，改变Beta765 kv变压 Table 8 List of SVC set-points and associated losses for 2012 high loa Contingency Difference in losses from System Healthy [MW] Difference in losses based on System Healthy [MW] System Healthy Perseus SVC −2% 9 0.50% Perseus SVC +2% −8 −0.50% 表8. 2012年高负载情况下，无功补偿器的设置点和相关的损耗清单 Table 9 List of tap-changer set-points and associated losses for 2012 high load cas Contingency Difference in losses from System Healthy [MW] Difference in losses based on System Healthy [MW] System Healthy Perseus&Beta 765/400kV −2% 3 0.20% Perseus &Beta 765/400kV +2% −2 −0.10% 表9. 2012年高负荷情况下，改变分接开关设定点和相关损耗 图24. 2012年高负载情况下，SVC不同设定点对应的无功功率 图25. 2012年高负载情况下，不同分接开关设定点对应的母线电压 器的分接头触点，比改变Perseus SVC的电压设置点更有效。2%的抽头切换会导致52 MVAr无功输出对于每个SVC，同时，通过Perseus400/765 kV变压器的无功功率变化82 MVAr，Beta 400/765 kV变压器变化62 MVAr。图25还表明，当Beta 400 kv电压跟随分接头触点变化时，Beta 400 kv母线电压会跟随Perseus 400 kv母线电压的变化。