電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定控制設(shè)計(jì)

1、銀川能源學(xué)院課程設(shè)計(jì)課程名稱(chēng)：電力系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)題目：電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定限制設(shè)計(jì)學(xué)院：電力學(xué)院專(zhuān)業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)：電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)1303姓名：周凱學(xué)號(hào)：學(xué)10240076成績(jī)：指導(dǎo)教師：李莉、李靜日期：2021年12月21日一2021年1月2日摘要電力系統(tǒng)是一個(gè)具有高度非線(xiàn)性的復(fù)雜系統(tǒng),隨著電力工業(yè)開(kāi)展和商業(yè)化運(yùn)營(yíng),電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大,對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性要求也越來(lái)越高.在現(xiàn)代大型電力系統(tǒng)中,電壓不穩(wěn)定/電壓崩潰事故已成為電力系統(tǒng)喪失穩(wěn)定性的一個(gè)重要方面.因此,對(duì)電壓穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行深入研究,仍然是電力系統(tǒng)工作者面臨的一項(xiàng)重要任務(wù).從國(guó)內(nèi)外一些大的電力系統(tǒng)事故的分析來(lái)看,發(fā)生電壓崩潰的一

2、個(gè)主要原因就是無(wú)法預(yù)計(jì)負(fù)荷增長(zhǎng)或事故發(fā)生后可能導(dǎo)致的電壓失穩(wěn)的程度和范圍,難以擬定預(yù)防和校正的具體舉措.本文在簡(jiǎn)要分析電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定常見(jiàn)形式的根底上,著重在電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定分析方法和限制方法兩方面進(jìn)行探究.關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng),電壓穩(wěn)定、限制.目錄摘要11電壓穩(wěn)定的研究31.1 電壓穩(wěn)定性及其類(lèi)型31.2 電壓穩(wěn)定的研究?jī)?nèi)容41.3 電壓穩(wěn)定的研究展望62電壓穩(wěn)定的研究方法62.1 靜態(tài)分析方法62.1.1 靈敏度分析法62.1.2 特征值分析法、模態(tài)分析法和奇異值分解法72.1.3 連續(xù)潮流法72.1.4 非線(xiàn)性規(guī)劃法72.2 動(dòng)態(tài)分析方法72.2.1 小干擾分析法82.2.2 大干擾分析法8

3、2.2.3 電壓穩(wěn)定的概率分析83負(fù)荷模型的結(jié)構(gòu)93.1 靜態(tài)負(fù)荷模型93.1.1 指數(shù)負(fù)荷模型93.1.2 多項(xiàng)式負(fù)荷模型103.1.3 與頻率有關(guān)的負(fù)荷模型104電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算方法114.1 節(jié)點(diǎn)類(lèi)型114.2 待求量114.3 導(dǎo)納矩陣114.4 潮流方程12結(jié)論14總結(jié)與體會(huì)14致謝15參考文獻(xiàn)151電壓穩(wěn)定的研究1.1 電壓穩(wěn)定性及其類(lèi)型電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性是在遠(yuǎn)距離輸送大功率負(fù)荷情況下突出的問(wèn)題.在初期的電力系統(tǒng)中,輸電線(xiàn)路距離較短,負(fù)荷較小,顯然穩(wěn)定問(wèn)題不是很重要的問(wèn)題.而目前,在我國(guó)的電力網(wǎng)越來(lái)越大,輸送距離越來(lái)越長(zhǎng),輸送容量越來(lái)越大,電壓等級(jí)越來(lái)越高.在這樣的電力系統(tǒng)中,主要

4、靠廣闊工程技術(shù)人員用戶(hù)提供可靠而不間斷的電力,保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的平安、可靠、優(yōu)質(zhì),穩(wěn)定性問(wèn)題顯得十分重要.電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的破壞,是危害很?chē)?yán)重的事故,會(huì)造成大面積停電,給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)不可估量的損失,這種后果促使人民嚴(yán)重關(guān)注電力系統(tǒng)的穩(wěn)定問(wèn)題.可以說(shuō)現(xiàn)代電力系統(tǒng)的很多方面都與穩(wěn)定性問(wèn)題密切相關(guān)的.所謂電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,是指當(dāng)系統(tǒng)在某種正常運(yùn)行狀態(tài)下忽然受到某種干擾時(shí),能否經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后又恢復(fù)到原來(lái)的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)或者過(guò)渡到一個(gè)新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的水平.如果能夠,那么認(rèn)為系統(tǒng)在該正常運(yùn)行方式下是穩(wěn)定的.反之,假設(shè)系統(tǒng)不能回到原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài),也不能建立一個(gè)新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài),那么說(shuō)明系統(tǒng)的狀態(tài)變量電流、電

5、壓、功率沒(méi)有一個(gè)穩(wěn)定值,而是隨著時(shí)間不斷增大或者振蕩,系統(tǒng)是不穩(wěn)定的.知道電網(wǎng)甩去相當(dāng)大的一局部負(fù)荷,甚至是系統(tǒng)瓦解成幾個(gè)局部為止,這種穩(wěn)定性的喪失帶來(lái)的后果極為嚴(yán)重.電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,按系統(tǒng)遭受到大小不同的干擾情況,可分為靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性.電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性,是指系統(tǒng)在某種正常運(yùn)行狀態(tài)下,忽然受到某種小干擾后,能夠自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)的水平.實(shí)際上電力系統(tǒng)中任意小的干擾是隨時(shí)都存在的,例如,某個(gè)用戶(hù)需要增減一點(diǎn)負(fù)荷,風(fēng)雨造成的搖擺,系統(tǒng)末端的小操作,調(diào)速器、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器工作點(diǎn)變化等.在小干擾作用下,系統(tǒng)中各狀態(tài)變量變化很小.電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性,是指系統(tǒng)在某種正常運(yùn)行狀態(tài)下,忽然受

6、到某種較大的干擾后,能夠自動(dòng)過(guò)渡到一個(gè)新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的水平.可見(jiàn),電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性即是大干擾下的穩(wěn)定性.系統(tǒng)運(yùn)行中的大干擾包括正常操作和故障情況引起的.正常操作如大負(fù)荷的投入或切除,大容量發(fā)電機(jī)、變壓器及高壓輸電線(xiàn)路的投入或切除,都可能對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)較大的擾動(dòng).故障情況如系統(tǒng)中發(fā)生各種形式的短路、斷路,這對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)極為嚴(yán)重.電力系統(tǒng)受到較大擾動(dòng)時(shí),系統(tǒng)中的運(yùn)行參數(shù)電壓、電流和功率都將發(fā)生急劇的、不同程度的變化.由于電源測(cè)原動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)具有相當(dāng)大的慣性,致使原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率與發(fā)電機(jī)的電磁功率失去了平衡,于是在機(jī)組大軸上相應(yīng)將產(chǎn)生不平衡轉(zhuǎn)矩,在這個(gè)不平衡轉(zhuǎn)矩的作用下,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速將發(fā)生變化.

7、而系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)位置的變化,反過(guò)來(lái)又將影響系統(tǒng)中電流、電壓和功率的變化,且各狀態(tài)變量的變化較大.綜上所述,不管是靜態(tài)穩(wěn)定性還是暫態(tài)穩(wěn)定性問(wèn)題,都是研究電力系統(tǒng)受到某種干擾后的運(yùn)行過(guò)程.由于兩種穩(wěn)定性問(wèn)題中受到的干擾不同,因而分析的方法也不同,除此之外,還有一種動(dòng)態(tài)穩(wěn)定.動(dòng)態(tài)穩(wěn)定是指當(dāng)系統(tǒng)受到某種大干擾將使系統(tǒng)喪失穩(wěn)定,當(dāng)采用自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置后,可將系統(tǒng)調(diào)節(jié)到不致喪失穩(wěn)定,把這種靠自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置作用得到的穩(wěn)定叫做動(dòng)態(tài)穩(wěn)定.所謂動(dòng)態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)都到大干擾后,在計(jì)及自動(dòng)調(diào)節(jié)和限制裝置的作用下,保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的水平.當(dāng)系統(tǒng)遭受到某種擾動(dòng),而打破系統(tǒng)功率平衡時(shí),各發(fā)電機(jī)組將因功率的不平衡而發(fā)生轉(zhuǎn)

8、速的變化.由于各發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不等,因此它們的轉(zhuǎn)速變化也各不相同有的變化較大,有的變化較小,從而在各發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng).電力系統(tǒng)的穩(wěn)定問(wèn)題,主要是研究電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)問(wèn)題.由于牽涉到機(jī)械運(yùn)動(dòng),所以分析電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性也稱(chēng)電力系統(tǒng)的幾點(diǎn)暫態(tài)過(guò)程的分析.電力系統(tǒng)的穩(wěn)定問(wèn)題,還可以分為電源的穩(wěn)定性和負(fù)荷大穩(wěn)定性?xún)深?lèi),電源的穩(wěn)定性就是要分析同步發(fā)電機(jī)是否失步；負(fù)荷的穩(wěn)定性就是要分析異步電動(dòng)機(jī)是否失速、停頓.但往往是電源和負(fù)荷同時(shí)失去穩(wěn)定.1.2 電壓穩(wěn)定的研究?jī)?nèi)容目前的研究工作根據(jù)其目的的不同可以分為三大類(lèi)：電壓失穩(wěn)現(xiàn)象機(jī)理探討、電壓穩(wěn)定平安計(jì)算和預(yù)防/限制舉措研究.1電

9、壓失穩(wěn)機(jī)理探討：其目的是要弄清楚主導(dǎo)電壓失穩(wěn)發(fā)生的本質(zhì)因素,以及電壓穩(wěn)定問(wèn)題和電力系統(tǒng)中其它問(wèn)題的相互關(guān)系,電力系統(tǒng)中眾多元件對(duì)電壓穩(wěn)定性的影響,在電壓崩潰中所起的作用,從而建立起分析電壓穩(wěn)定問(wèn)題的恰當(dāng)系統(tǒng)模型.在這方面主要的研究手段有定性的物理討論、電壓崩潰現(xiàn)象的剖析、小干擾分析方法和時(shí)域仿真計(jì)算.早期的靜態(tài)研究中機(jī)理熟悉集中表達(dá)在P-V曲線(xiàn)和Q-V曲線(xiàn)分析、潮流多解的穩(wěn)定性分析和基于靈敏度系數(shù)的物理概念討論.動(dòng)態(tài)因素受到重視以后,負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性,OLTC的負(fù)調(diào)壓作用受到了普遍關(guān)注.目前普遍認(rèn)為無(wú)功功率的平衡、發(fā)動(dòng)機(jī)的無(wú)功出力限制、OLTC的動(dòng)態(tài)和負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性與電壓崩潰關(guān)系密切.但是對(duì)電壓

10、崩潰的機(jī)理熟悉還很不一致,不同研究人員所采用的系統(tǒng)模型也有很大差異,這種現(xiàn)狀說(shuō)明迫切需要全面深入地分析電壓穩(wěn)定問(wèn)題,分析它與電力系統(tǒng)中其它問(wèn)題的相互關(guān)系,弄清各種因素的作用,抓住問(wèn)題的本質(zhì),為不同情況下的電壓穩(wěn)定研究建模提供必要的指導(dǎo)原那么.2電壓穩(wěn)定平安計(jì)算：主要包括兩個(gè)方面,即尋找恰當(dāng)?shù)姆€(wěn)定指標(biāo)和快速且有足夠精度的計(jì)算方法.電壓穩(wěn)定指標(biāo)多為靜態(tài)指標(biāo)總體上分成兩類(lèi)：裕度指標(biāo)和狀態(tài)指標(biāo).目前已提出的主要有：各類(lèi)靈敏度指標(biāo)、最小模特征值指標(biāo)、電壓穩(wěn)定性接近指標(biāo)、局部指標(biāo)、負(fù)荷裕度指標(biāo)等.現(xiàn)在又提出了很多新的指標(biāo),如文獻(xiàn)3的快速電壓穩(wěn)定指標(biāo)FVSI,通過(guò)常規(guī)潮流程序計(jì)算每條線(xiàn)路的靜態(tài)穩(wěn)定指標(biāo),并按

11、指標(biāo)排列.從而確定特定運(yùn)行點(diǎn)到崩潰點(diǎn)的距離,來(lái)判斷系統(tǒng)的平安性.這個(gè)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)容易、計(jì)算簡(jiǎn)單、概念清楚,且預(yù)測(cè)結(jié)果較精確,可作為警告指標(biāo)來(lái)預(yù)防電壓崩潰；文獻(xiàn)4在線(xiàn)電壓穩(wěn)定指標(biāo)Lvsi,反映的是系統(tǒng)在當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)下,某一支路電壓穩(wěn)定的程度；文獻(xiàn)5基于網(wǎng)損靈敏度理論的二階指標(biāo)ILSI,可以很好指示電壓穩(wěn)定水平,并具有良好的線(xiàn)性度,也可用于在線(xiàn)評(píng)估；文獻(xiàn)6提出將整個(gè)系統(tǒng)等值為一個(gè)簡(jiǎn)單的兩節(jié)點(diǎn)系統(tǒng),在此根底上計(jì)及感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷,得到負(fù)荷母線(xiàn)在線(xiàn)小干擾電壓穩(wěn)定指標(biāo).兩類(lèi)指標(biāo)都能給出系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)離電壓崩潰點(diǎn)距離的某種量度.狀態(tài)指標(biāo)只取用當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的信息,計(jì)算比較簡(jiǎn)單,但存在非線(xiàn)性；而裕度指標(biāo)能較好地反映

12、電壓穩(wěn)定水平,但其計(jì)算涉及過(guò)渡過(guò)程的模擬和臨界點(diǎn)的求取問(wèn)題,計(jì)算量較大.從目前研究看,盡管許多電壓穩(wěn)定指標(biāo)已被提出,但由于各種指標(biāo)都采用了不同程度的簡(jiǎn)化,其準(zhǔn)確性與合理性需要進(jìn)一步驗(yàn)證和改良.這方面目前需要解決的主要有以下三個(gè)問(wèn)題：快速、準(zhǔn)確的指標(biāo)計(jì)算方法；根據(jù)動(dòng)態(tài)機(jī)理對(duì)各類(lèi)指標(biāo)的合理性、準(zhǔn)確性進(jìn)行檢驗(yàn),為運(yùn)行部門(mén)選擇指標(biāo)提供依據(jù)；在快速算法中計(jì)及影響電壓穩(wěn)定的主要?jiǎng)討B(tài)元件的作用,比方發(fā)電機(jī)無(wú)功越限和負(fù)荷特性的影響等.3預(yù)防/限制舉措的研究：以日本和法國(guó)采取的事故對(duì)策最為出色.前者強(qiáng)調(diào)增強(qiáng)事故狀態(tài)下的電壓限制水平,后者以其對(duì)電壓崩潰過(guò)程的時(shí)段的劃分,側(cè)重于事故發(fā)生前的緊急狀態(tài)下的預(yù)防舉措.目前

13、普遍認(rèn)為,增強(qiáng)無(wú)功備用、提升無(wú)功應(yīng)變水平、預(yù)防無(wú)功功率的遠(yuǎn)距離傳輸、緊急迫負(fù)荷、閉鎖甚至反調(diào)OLTO預(yù)防嚴(yán)重事故的有效舉措.1.3 電壓穩(wěn)定的研究展望電壓穩(wěn)定研究作為電力系統(tǒng)領(lǐng)域的一個(gè)重要的實(shí)際課題,在近三十年來(lái)取得了許多重要的成果,一些電網(wǎng)工程人員研制了電壓穩(wěn)定分析和監(jiān)測(cè)應(yīng)用軟件.但目前理論研究和應(yīng)用實(shí)踐說(shuō)明,對(duì)電壓穩(wěn)定問(wèn)題的熟悉深度和已取得的成果還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能與功角穩(wěn)定問(wèn)題研究所取得的理論熟悉深度及應(yīng)用成果相比較,還不能通過(guò)對(duì)電壓穩(wěn)定全面的分析、預(yù)防、監(jiān)測(cè)、限制保證電力系統(tǒng)的平安可靠運(yùn)行.因此目前仍然存在的問(wèn)題和今后可能的研究方向主要有：1電壓崩潰的機(jī)理研究;2對(duì)各種元件的動(dòng)態(tài)特性還缺乏全面的

14、分析和統(tǒng)一的熟悉,負(fù)荷建模仍然是電壓穩(wěn)定研究的最大難題；3影響電壓穩(wěn)定的主要隨機(jī)因素的統(tǒng)計(jì)特性的獲取,以及這些隨機(jī)因素統(tǒng)計(jì)特性比較復(fù)雜時(shí),如何進(jìn)行電壓穩(wěn)定概率分析；4根據(jù)各種不同的電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo),開(kāi)發(fā)相應(yīng)的監(jiān)測(cè)應(yīng)用軟件,使電壓穩(wěn)定的研究成果真正地為電力系統(tǒng)效勞.2電壓穩(wěn)定的研究方法根據(jù)所采用的數(shù)學(xué)模型一般可以分為以下兩大類(lèi)：基于穩(wěn)態(tài)潮流方程的靜態(tài)分析方法,基于非線(xiàn)性微分方程的動(dòng)態(tài)分析方法.2.1 靜態(tài)分析方法靜態(tài)分析方法大多都基于電壓穩(wěn)定機(jī)理的某種熟悉,主要研究平衡點(diǎn)的穩(wěn)定性問(wèn)題,即把網(wǎng)絡(luò)傳輸極限功率時(shí)的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)作靜態(tài)電壓穩(wěn)定極限狀態(tài),以系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)潮流方程進(jìn)行分析.其研究?jī)?nèi)容主要包括計(jì)算

15、當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)下的電壓穩(wěn)定指標(biāo)、確定系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)、尋找提升系統(tǒng)電壓穩(wěn)定裕度的限制策略等.靜態(tài)分析方法眾多,以下扼要地綜述一些廣泛使用的、具有代表性的方法.2.1.1 靈敏度分析法靈敏度法是通過(guò)計(jì)算在某種擾動(dòng)下系統(tǒng)變量對(duì)擾動(dòng)的靈敏度來(lái)判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性.靈敏度分析的物理概念明確,求解方便,計(jì)一算量小,因此在電壓穩(wěn)定分析的初期受到了很大的重視,對(duì)簡(jiǎn)單系統(tǒng)的分析也較為理想.2.1.2 特征值分析法、模態(tài)分析法和奇異值分解法它們都是通過(guò)分析潮流雅可比矩陣來(lái)揭示系統(tǒng)的某些特性.特征值分析法將雅可比矩陣的最小特征值作為系統(tǒng)的穩(wěn)定指標(biāo)；模態(tài)分析法在假設(shè)某種功率增長(zhǎng)方向的根底上,利用最小特征值對(duì)應(yīng)的特征向量,計(jì)

16、算出各節(jié)點(diǎn)參與最危險(xiǎn)模式的程度；奇異值分析法和特征值分析法類(lèi)似,最小奇異值對(duì)應(yīng)的奇異向量與特征值分析法對(duì)應(yīng)的特征向量有相同的功能,在數(shù)值計(jì)算中前者只涉及實(shí)數(shù)運(yùn)算,后者可能出現(xiàn)最小特征值為復(fù)數(shù)的情況,故前者更受研究人員的歡送.考慮到電壓和無(wú)功的強(qiáng)相關(guān)性,這三種方法在分析時(shí)往往采用降階的雅可比矩陣.電力系統(tǒng)是一個(gè)高度非線(xiàn)性系統(tǒng),其雅可比矩陣的特征值或奇異值同樣具有高度的非線(xiàn)性,所以這三種方法都很難對(duì)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定程度作出全面、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià),但在功率裕度的近似計(jì)算、故障選擇等方面仍有較好的應(yīng)用價(jià)值.2.1.3 連續(xù)潮流法連續(xù)潮流法是求取非線(xiàn)性方程組隨某一參數(shù)變化而生成的解曲線(xiàn)的方法,其關(guān)鍵在于引入適宜的

17、連續(xù)化參數(shù)以保證臨界點(diǎn)附近解的收斂性,止匕外,為加快計(jì)算速度,它還引入了預(yù)測(cè)、校正和步長(zhǎng)限制等策略.目前,參數(shù)連續(xù)化方法主要有局部參數(shù)連續(xù)法、弧長(zhǎng)連續(xù)法及同倫連續(xù)法.在電壓穩(wěn)定研究中,連續(xù)潮流法主要用于求取大家熟知的PV曲線(xiàn)和QV曲線(xiàn).由于能考慮一定的非線(xiàn)性限制及不等式約束條件,計(jì)算得到的功率裕度能較好地反映系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定水平,連續(xù)潮流法已經(jīng)成為靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析的經(jīng)典方法.2.1.4 非線(xiàn)性規(guī)劃法非線(xiàn)性規(guī)劃法是將電壓崩潰點(diǎn)的求取轉(zhuǎn)化為非線(xiàn)性目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化問(wèn)題,它以總負(fù)荷視在功率最大或任意負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的有功功率最大為目標(biāo)函數(shù),采用非線(xiàn)性?xún)?yōu)化的方法來(lái)求解.相對(duì)于求解一個(gè)非線(xiàn)性方程組,求解一個(gè)非線(xiàn)性規(guī)劃

18、問(wèn)題要復(fù)雜得多,但它能較好地考慮各種等式、不等式約束條件的限制,在求解實(shí)際問(wèn)題的時(shí)候具有更大的實(shí)用價(jià)值.目前,非線(xiàn)性規(guī)劃法已用于電壓穩(wěn)定裕度計(jì)算、電壓穩(wěn)定預(yù)防校正限制策略、最優(yōu)潮流、電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度等各種問(wèn)題.2.2 動(dòng)態(tài)分析方法電壓穩(wěn)定本質(zhì)上是一個(gè)動(dòng)態(tài)問(wèn)題,只有在動(dòng)態(tài)分析下,動(dòng)態(tài)因素對(duì)電壓穩(wěn)定的影響才能表達(dá),才能更深入地了解電壓崩潰的機(jī)理以及檢驗(yàn)靜態(tài)分析的結(jié)果.目前,動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定分析方法主要分為小擾動(dòng)分析法和大擾動(dòng)分析法,其中大擾動(dòng)方面主要有時(shí)域仿真法及能量函數(shù)法.除此以外,還有非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)方法.2.2.1 小干擾分析法小擾動(dòng)分析法是基于線(xiàn)性化微分方程的方法,僅適用于系統(tǒng)受到小擾動(dòng)時(shí)的情形.

19、它的主要思路是將描述電力系統(tǒng)的微分-代數(shù)方程組在當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)線(xiàn)性化,消去代數(shù)約束后形成系統(tǒng)矩陣,通過(guò)該矩陣的特征值和特征向量來(lái)分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和各元件的作用,其主要難點(diǎn)在于建立簡(jiǎn)單而又包括系統(tǒng)主要元件相關(guān)動(dòng)態(tài)的模型.目前,小擾動(dòng)分析已用于有載調(diào)壓變壓器OLTC、發(fā)電機(jī)及其勵(lì)磁限制系統(tǒng)和負(fù)荷模型等對(duì)電壓穩(wěn)定影響的研究.2.2.2 大干擾分析法潮流解的存在和小干擾電壓穩(wěn)定分析的重點(diǎn)在于把電力系統(tǒng)置于一個(gè)具有一定平安裕度的運(yùn)行方式.電力系統(tǒng)遭受線(xiàn)路故障和其它類(lèi)型的大沖擊,或在小干擾穩(wěn)定裕度的邊緣負(fù)荷的增加,都可能使系統(tǒng)喪失穩(wěn)定.這是系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的數(shù)學(xué)描述必須保存其非線(xiàn)性特性的原因.這方面的研究主要有時(shí)

20、域仿真法和能量函數(shù)法.1時(shí)域仿真法是研究電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓特性的最有效方法,目前主要用來(lái)熟悉電壓崩潰現(xiàn)象的特征,檢驗(yàn)電壓失穩(wěn)機(jī)理,給出預(yù)防和校正電壓穩(wěn)定的舉措等,適合于任何電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型.但是,電壓穩(wěn)定的時(shí)域仿真研究還存在一些難點(diǎn),主要包括時(shí)間框架的處理、負(fù)荷模型的適用性以及結(jié)論的一般化問(wèn)題.2能量函數(shù)法是直接估算動(dòng)態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的方法,可預(yù)防耗時(shí)的時(shí)域仿真,根本思想是利用能量函數(shù)得到狀態(tài)空間中的一個(gè)能量勢(shì)阱,通過(guò)求取能量勢(shì)阱的邊界來(lái)估計(jì)擾動(dòng)后系統(tǒng)的穩(wěn)定吸引域,并據(jù)此判斷系統(tǒng)在特定擾動(dòng)下的穩(wěn)定性.能量函數(shù)法在判斷暫態(tài)功角穩(wěn)定方面已取得了相當(dāng)多的成果,為系統(tǒng)中電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的識(shí)別和不同規(guī)模系統(tǒng)間電

21、壓穩(wěn)定性的比較提出了良好的依據(jù),但它對(duì)于具有復(fù)雜的動(dòng)態(tài)特性和有損耗的輸電系統(tǒng)而言,并不能保證能量函數(shù)存在,目前在研究電壓穩(wěn)定方面仍處于起步階段.2.2.3 電壓穩(wěn)定的概率分析電力系統(tǒng)具有非線(xiàn)性和不確定性特點(diǎn),使得電力系統(tǒng)中的一些參數(shù)由于測(cè)量、估計(jì)或計(jì)算上的誤差具有一定的隨機(jī)性,擾動(dòng)及其相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作均是隨即過(guò)程,計(jì)及系統(tǒng)參數(shù)和擾動(dòng)的隨機(jī)性進(jìn)行電壓穩(wěn)定分析具有一定意義.根據(jù)負(fù)荷潮流雅可比矩陣奇異的可能性來(lái)定義電壓穩(wěn)定概率指標(biāo),在30節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)上校驗(yàn)了該指標(biāo)的有效性.提出了一種進(jìn)行電力系統(tǒng)電壓崩潰風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法.該方法綜合考慮了電壓崩潰的概率和后果,量化了風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo),通過(guò)兼顧風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益為確

22、定系統(tǒng)的最正確運(yùn)行方式提供了依據(jù).6節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)和IEEE300節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的評(píng)估結(jié)果證實(shí)了該方法的可行性和有效性.盡管電壓穩(wěn)定靜態(tài)分析方法從原理上講并不嚴(yán)密,所得結(jié)果也難以令人信服,但卻計(jì)算簡(jiǎn)單,且不需要難以準(zhǔn)確獲得的負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性.與此相對(duì)應(yīng)的電壓穩(wěn)定動(dòng)態(tài)分析方法,不僅面臨著負(fù)荷動(dòng)態(tài)建模的困難,而且在研究實(shí)際大規(guī)模系統(tǒng)時(shí)還存在著數(shù)值計(jì)算上的困難.因此人們對(duì)電壓穩(wěn)定靜態(tài)分析方法仍持積極的態(tài)度,并努力尋求潮流雅可比矩陣的性質(zhì)與系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性之間的關(guān)系.并在積極的探索將電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析方法和靜態(tài)分析方法結(jié)合起來(lái)的電壓穩(wěn)定的分析方法.3負(fù)荷模型的結(jié)構(gòu)電力系統(tǒng)負(fù)荷模型是指描述負(fù)荷端口的功率或電流隨其端口電壓和

23、頻率變化特性的數(shù)學(xué)方程和相應(yīng)的參數(shù).負(fù)荷模型分為靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型兩大類(lèi).靜態(tài)模型適用于相對(duì)緩慢的過(guò)程,精確而言,指對(duì)于給定的負(fù)荷水平,在負(fù)荷端口保持不同電壓和頻率的各種穩(wěn)態(tài)情況下,負(fù)荷功率或電流與電壓、頻率的關(guān)系,通常用代數(shù)方程描述.動(dòng)態(tài)模型那么要反映電壓頻率變化引起的負(fù)荷功率或電流變化的全過(guò)程,通常用微分方程或差分方程描述.3.1 靜態(tài)負(fù)荷模型靜態(tài)負(fù)荷模型主要適用于潮流計(jì)算和以潮流計(jì)算為根底的穩(wěn)態(tài)分析中.在電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析中,一般適用于計(jì)算結(jié)果對(duì)負(fù)荷模型不太敏感的負(fù)荷點(diǎn).3.1.1 指數(shù)負(fù)荷模型通常一個(gè)指數(shù)函數(shù)在電壓變化范圍比較大的情況下仍能較好地描述許多負(fù)荷的靜態(tài)特性.忽略頻率變化對(duì)負(fù)荷

24、有功、無(wú)功功率變化的影響,在一定的電壓變化范圍下,其指數(shù)函數(shù)模型可表示為式中,BQ0和V0分別為擾動(dòng)前穩(wěn)態(tài)情況下負(fù)荷所吸收的有功、無(wú)功功率和節(jié)點(diǎn)電壓：指數(shù)a和B的值取決于負(fù)荷的類(lèi)型.應(yīng)當(dāng)注意到把指數(shù)設(shè)置為0、1、2時(shí),式3-1就相應(yīng)地表示為恒定功率、恒定電流和恒定阻抗負(fù)荷.其它指數(shù)可用來(lái)表示不同類(lèi)型的負(fù)荷組元的總的效果.對(duì)于綜合負(fù)荷,其中指數(shù)a的取值通常在0.5-1.8;指數(shù)B的值隨節(jié)點(diǎn)不同變化很大,典型值為1.5-6.3.1.2 多項(xiàng)式負(fù)荷模型這是將功率與電壓幅值關(guān)系表達(dá)為多項(xiàng)式方程形式的靜態(tài)負(fù)荷模型,不計(jì)頻率變化時(shí)通常有如下形式:(3-2)A+B+C=1r薩尸A+3+C=I這種模型實(shí)際上相

25、當(dāng)于認(rèn)為負(fù)荷由三局部組成.系數(shù)A、B、C分別表示恒定阻抗Z、恒定電流I和恒定功率P局部在節(jié)點(diǎn)總負(fù)荷中所占的比例.因此這種負(fù)荷模型也稱(chēng)為負(fù)荷的ZIP模型3.1.3 與頻率有關(guān)的負(fù)荷模型該模型參加了對(duì)頻率的依賴(lài)性,通常用下面的式子與多項(xiàng)式或指數(shù)負(fù)荷模型相乘來(lái)表示：3-3式中,f是節(jié)點(diǎn)電壓的頻率；f0為額定頻率；af是模型的頻率敏感性參數(shù).盡管負(fù)荷的靜態(tài)模型由于其形式的簡(jiǎn)單而在通常的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性計(jì)算中得到了廣泛的應(yīng)用,但是,當(dāng)所涉及的節(jié)點(diǎn)電壓幅值變化范圍過(guò)大時(shí),采用靜態(tài)模型將使誤差過(guò)大.4電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算方法電力系統(tǒng)分析的潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)分析的一個(gè)重要的局部.通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)潮流分布的分析和計(jì)算

26、,可進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的平安性,經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析、評(píng)估,提出改良舉措.電力系統(tǒng)潮流的計(jì)算和分析是電力系統(tǒng)運(yùn)行和規(guī)劃工作的根底.潮流計(jì)算是指對(duì)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行狀況的分析和計(jì)算.通常需要系統(tǒng)參數(shù)和條件,給定一些初始條件,從而計(jì)算出系統(tǒng)運(yùn)行的電壓和功率等；潮流計(jì)算方法很多：高斯-塞德?tīng)柗?、牛頓-拉夫遜法、P-Q分解法、直流潮流法,以及由高斯-塞德?tīng)柗?、牛頓-拉夫遜法演變的各種潮流計(jì)算方法.4.1 節(jié)點(diǎn)類(lèi)型電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中,節(jié)點(diǎn)一般分為如下幾種類(lèi)型：PQ節(jié)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)注入的有功功率無(wú)功功率是的PV節(jié)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)注入的有功功率,節(jié)點(diǎn)電壓幅值恒定,一般由無(wú)功儲(chǔ)藏比較充足的電廠和電站充當(dāng)；平衡節(jié)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)的電壓為1*e

27、xp(00),其注入的有功無(wú)功功率可以任意調(diào)節(jié),一般由具有調(diào)頻發(fā)電廠充當(dāng).更復(fù)雜的潮流計(jì)算,還有其他節(jié)點(diǎn),或者是這三種節(jié)點(diǎn)的組合,在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)換.對(duì)于此題目,節(jié)點(diǎn)分析如下：節(jié)點(diǎn)1給出有功功率為2.,無(wú)功功率為1,PQ節(jié)點(diǎn).節(jié)點(diǎn)2給出有功功率為0.5,電壓幅值為1.0,PV節(jié)點(diǎn).節(jié)點(diǎn)3電壓相位是0,電壓幅值為1,平衡節(jié)點(diǎn).4.2 待求量節(jié)點(diǎn)1待求量是P,Q節(jié)點(diǎn)2待求量是Q6;節(jié)點(diǎn)3待求量是U,6.4.3 導(dǎo)納矩陣導(dǎo)納矩陣分為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣、結(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣、支路導(dǎo)納矩陣、二端口導(dǎo)納矩陣.結(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣：對(duì)于一個(gè)給定的電路(網(wǎng)絡(luò)),由其關(guān)聯(lián)矩陣A與支路導(dǎo)納矩陣Y所確定的矩陣.支路導(dǎo)納矩陣：表示一

28、個(gè)電路中各支路導(dǎo)納參數(shù)的矩陣.其行數(shù)和列數(shù)均為電路的支路總數(shù).二端口導(dǎo)納矩陣：對(duì)應(yīng)于二端口網(wǎng)絡(luò)方程,由二端口參數(shù)組成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣：以導(dǎo)納的形式描述電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)注入電流和節(jié)點(diǎn)電壓關(guān)系的矩陣.它給出了電力網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系和元件特性的全部信息,是潮流計(jì)算的根底方程式.本例應(yīng)用結(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣具體計(jì)算時(shí),根據(jù)如下公式：Yi：¥心+工3y卜Ylty由題給出的導(dǎo)納可求的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣如下：y11-Wn+y,i3-1.25_j5.5=yi=os+j3=yu=-0.75+2.5=、Li+=I-3/7y2J-工=TL8+J4事"=乃i+¥=L55-j05進(jìn)而節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣為：-1,25-j5,

29、5-0.5+j3-口+Y=-0,5+j3),3-J7-0,84-J4-0.75-1-J2.5-O.S+J4I.55-jft.S4.4潮流方程網(wǎng)絡(luò)方程是潮流計(jì)算的根底,如果給出電壓源或電流源,便可解得電流電壓分布.然而,潮流計(jì)算中,這些值都是無(wú)法準(zhǔn)確給定的,這樣,就需要列出潮流方程.對(duì)n個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò),電力系統(tǒng)的潮流方程一般形式是仁e爭(zhēng)匕g,2.,n)Vi川即PQ分別為節(jié)點(diǎn)的有功功率無(wú)功功率.代入得潮流方程：2-j1-(L25-j5,5)t/.ZfV,*(0,5-j3)IZ+(Ot75-j2.5)Z(r/,zA"5一聞=(0.5-J3)U/4+(L3-j7)-IZA(08-j4)-IZO4I/2-(0.75-J2.5)(/衣+(0.8-j4)-IZ<V:+(L55-j6.5)1/0°結(jié)論電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問(wèn)題的研究有著十分重大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)意義.盡管電壓穩(wěn)定問(wèn)題及其相關(guān)現(xiàn)象十分復(fù)雜,在過(guò)去二十年間,人們已經(jīng)在電壓失穩(wěn)機(jī)理以及負(fù)荷模型建立、分析手段上取得了很多重要研究成果.隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷開(kāi)展,新型限制設(shè)備的不斷投入