電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性快速評估方法研究.pdf

1、隨著我國“西電東送，南北互供”電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)格局的逐步形成，聯(lián)合電網(wǎng)呈現(xiàn)出了更為復雜的動態(tài)行為，電壓穩(wěn)定破壞對社會和國民經(jīng)濟所產(chǎn)生的負面影響也將更為巨大。電壓穩(wěn)定事故發(fā)生的共同特點是其突發(fā)性和隱蔽性，運行人員在事故形成期間難以察覺，不能及時采取有效的控制措施，一旦發(fā)生電壓崩潰就很難挽回。現(xiàn)有的電壓穩(wěn)定性評估方法尚不能滿足在線分析的需要，因此，根據(jù)我國電力系統(tǒng)的實際情況，研究電壓穩(wěn)定性的分析方法，結(jié)合先進的測量、通信和計算技術(shù)，實現(xiàn)對電力系

2、統(tǒng)電壓穩(wěn)定水平的快速、準確評估，對于防止電壓失穩(wěn)和提高輸送電系統(tǒng)的安全可靠性都具有十分重要的意義。本文基于功率傳輸路徑，計及發(fā)電機無功儲備、負荷特性和有載調(diào)壓變壓器(OLTC)對電壓穩(wěn)定性的影響，深入研究了靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的快速評估方法；利用廣域測量信息，構(gòu)建了基于功率傳輸路徑的在線電壓穩(wěn)定性評估的基本框架，發(fā)展了大規(guī)模電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性評估方法；綜合評價了山東電網(wǎng)西電東送通道和東部負荷中心的電壓穩(wěn)定性，并對應用靜止無功補償器(SVC)

3、提高山東電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的各種方案進行了比較；基于改進功率追蹤方法，研究了確定系統(tǒng)關(guān)鍵功率源點的新方法。論文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新性成果如下： 基于功率傳輸路徑，提出了一種靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的快速評估方法。整個電力系統(tǒng)可以看作由若干條功率傳輸路徑組成，由于電壓失穩(wěn)本質(zhì)上是一種局部現(xiàn)象，因此系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定程度可以由最易于電壓失穩(wěn)的功率傳輸路徑的電壓穩(wěn)定性來表征。該方法從簡單系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性出發(fā)，在功率傳輸路徑定義的基礎(chǔ)上，結(jié)合等值導出系統(tǒng)

4、的電壓穩(wěn)定性指標。針對復雜系統(tǒng)，為了減小工作量，應用局部電壓穩(wěn)定性指標確定薄弱負荷節(jié)點，借助電氣距離信息，從無功、有功傳輸路徑兩方面確定路徑參與節(jié)點和關(guān)鍵功率源點，得到系統(tǒng)功率傳輸?shù)谋∪趼窂郊?，并通過等值判別最弱功率傳輸路徑。該路徑的電壓穩(wěn)定性指標與關(guān)鍵發(fā)電機的無功儲備指標相結(jié)合，用于評估整個系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定程度，確定電壓穩(wěn)定的薄弱區(qū)域以及引起不穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。負荷特性對系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性有著重要的影響，通過對局部電壓穩(wěn)定性指標和等值方法的

5、改進，在功率傳輸路徑分析方法中考慮了負荷特性的影響，提出了計及負荷特性的電壓穩(wěn)定性指標。新英格蘭10機39節(jié)點試例系統(tǒng)的仿真結(jié)果表明：與面向系統(tǒng)的戴維南等值不同，該方法以功率傳輸路徑為對象，只需要薄弱功率傳輸路徑上的信息，而非全部系統(tǒng)參數(shù)；發(fā)電機達到無功限制會造成最弱路徑的穩(wěn)定性下降或(和)最弱路徑發(fā)生轉(zhuǎn)移，兩者均會極大地影響系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定程度，在穩(wěn)定性評估過程中結(jié)合運用電壓穩(wěn)定性指標和無功儲備指標，可以獲得滿意結(jié)果；當采用綜合負荷模型

6、時，系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定極限與功率傳輸極限并不重合，借助于計及負荷特性的電壓穩(wěn)定性指標，可以對系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定程度作出正確的評估。針對OLTC在長期動態(tài)過程中引起的電壓失穩(wěn)問題，從簡單系統(tǒng)出發(fā)，詳細地分析了OLTC調(diào)整對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的影響。研究表明，計及感應電動機勵磁電抗的影響，在OLTC變比的正常調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，負荷的最大功率存在著單調(diào)增加、先增加后減小和單調(diào)減小三種可能的變化趨勢。隨著OLTC變比的調(diào)整，系統(tǒng)正負調(diào)壓效應的臨界點和電壓穩(wěn)定狀態(tài)

7、改變的臨界點均會發(fā)生遷移。在負荷最大功率的不同變化趨勢下，通過分析兩臨界點的相對位置，解釋了OLTC負調(diào)壓效應引起電壓失穩(wěn)的機理，指出了負調(diào)壓效應對電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生不同影響的根本原因。OLTC緊急控制作用的機理分析表明，根據(jù)負荷最大功率的不同變化趨勢，OLXC應采取不同的緊急控制原則，其控制作用的有效與否取決于變比調(diào)整后系統(tǒng)提供的電磁功率是否能滿足負荷機械功率的需求。對于恒功率特性負荷，當考慮了負荷最大功率的不同變化趨勢后，OLTC的連續(xù)

8、調(diào)壓效應將更加復雜，不僅具有連續(xù)的正、負調(diào)壓效應，還存在著混合調(diào)壓效應。借助于功率傳輸路徑的等值思想，將簡單系統(tǒng)的研究成果擴展到復雜系統(tǒng)，對復雜系統(tǒng)中負荷最大功率的變化趨勢進行預測，通過選擇關(guān)鍵功率傳輸路徑，實現(xiàn)了復雜系統(tǒng)中OLTC調(diào)整對電壓穩(wěn)定性影響的快速分析。 根據(jù)在線電壓穩(wěn)定性監(jiān)測的需要，利用廣域測量信息，對功率傳輸路徑分析方法中的三個主要計算環(huán)節(jié)進行了簡化，構(gòu)建了基于功率傳輸路徑的在線電壓穩(wěn)定性評估的基本框架，發(fā)展了大規(guī)

9、模電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性評估方法。針對山東電網(wǎng)，利用局部電壓穩(wěn)定性指標確定了系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的薄弱區(qū)域，在負荷增長過程中，考察了西電東送通道和區(qū)域無功平衡關(guān)鍵路徑的電壓穩(wěn)定性和系統(tǒng)無功儲備的變化情況。仿真結(jié)果表明，煙威和青島地區(qū)是山東電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的薄弱區(qū)域，兩地區(qū)負荷較重，但電源數(shù)量不足，需要從西部調(diào)入大量功率，地區(qū)電網(wǎng)的自身平衡能力和無功電壓支撐能力較弱；故障條件下合理地控制關(guān)鍵功率傳輸路徑上的無功潮流，維持負荷區(qū)域的電壓支撐能力，對于保證

10、山東電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性至關(guān)重要。電力系統(tǒng)電壓安全評估商業(yè)軟件VSAT的計算結(jié)果驗證了該分析方法的有效性。對山東電網(wǎng)應用SVC提高電壓穩(wěn)定性的各種方案進行了對比分析，結(jié)果表明，不同開機方式下裝設(shè)SVC對提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定極限均有一定的效果，其中嶗山站的裝設(shè)效果最好?；诟倪M功率追蹤方法，提出了一種確定系統(tǒng)關(guān)鍵功率源點的新方法。關(guān)鍵功率源點的確定是功率傳輸路徑分析方法中的一個重要環(huán)節(jié)，其計算的準確程度取決于參數(shù)的取值。若參數(shù)取值過大，會導致薄

11、弱功率傳輸路徑的數(shù)目大大增加，使計算量過大；若參數(shù)取值過小，則易于遺漏系統(tǒng)的最弱功率傳輸路徑，使計算結(jié)果誤差較大。因此，在實際應用過程中，合理的參數(shù)取值往往需要運行人員經(jīng)過大量仿真并結(jié)合實際經(jīng)驗才能得到。改進功率追蹤算法根據(jù)線路無功潮流等值模型和線路潮流分解模型，實現(xiàn)了分布因子矩陣的解耦運算，加快了計算速度。利用擾動前后改進功率追蹤算法的計算結(jié)果，根據(jù)各個功率源點在負荷中所分擔比例的變化量來直接確定關(guān)鍵功率源點，避免了原方法中的參數(shù)選擇