電力市場環(huán)境下的在線靜態(tài)電壓穩(wěn)定評估.pdf

1、目前，我國電力系統(tǒng)逐漸步入大電網(wǎng)、超高壓、大機(jī)組、遠(yuǎn)距離輸電的時(shí)代，大區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)的不斷發(fā)展和電力市場化機(jī)制的引進(jìn)在給人們帶來巨大利益的同時(shí)，也帶來了潛在的威脅，使電網(wǎng)的運(yùn)行增加了更多的風(fēng)險(xiǎn)，電網(wǎng)運(yùn)行在穩(wěn)定極限邊緣的可能性也大為增加。近十年來世界各國發(fā)生的一些嚴(yán)重的電壓崩潰事故造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)紊亂，使得電壓穩(wěn)定問題成為電力系統(tǒng)學(xué)術(shù)界和工程界持續(xù)關(guān)注的熱點(diǎn)之一。電壓穩(wěn)定事故發(fā)生的共同特點(diǎn)是其突發(fā)性和隱蔽性，運(yùn)行人員在事故形成期間

2、難以察覺，不能及時(shí)采取有效的控制措施，一旦發(fā)生電壓崩潰就很難挽回。新的運(yùn)行環(huán)境下電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行需要快速有效的在線電壓穩(wěn)定評估方法，現(xiàn)有的電壓穩(wěn)定性評估方法或者需要大量費(fèi)時(shí)的計(jì)算過程，或者不能反映電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，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(shí)際情況，研究電壓穩(wěn)定性的分析方法，結(jié)合先進(jìn)的測量、通信和計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定水平的快速、準(zhǔn)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

3、重要的意義。本文在考慮區(qū)域負(fù)荷發(fā)展趨勢的前提下，深入研究了電力市場環(huán)境中靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的在線評估方法，提出利用區(qū)域短期負(fù)荷預(yù)測和經(jīng)濟(jì)調(diào)度數(shù)據(jù)計(jì)算負(fù)荷裕度和電壓穩(wěn)定指標(biāo)，進(jìn)行在線電壓穩(wěn)定評估；并且利用廣域測量信息，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)展了復(fù)雜電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性評估方法。論文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新性成果如下： 提出了一種新的在線電壓穩(wěn)定評估方法。電壓穩(wěn)定也曾經(jīng)被稱為負(fù)荷穩(wěn)定，電力系統(tǒng)負(fù)荷特性是影響

4、電壓穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素之一，它在很大程度上決定了電壓失穩(wěn)和電壓崩潰的進(jìn)程。負(fù)荷特性以及變化模式對電壓穩(wěn)定分析有很大的影響。該算法采用連續(xù)潮流算法，在確定負(fù)荷和發(fā)電增長方向時(shí)，考慮到了不均衡的區(qū)域負(fù)荷增長因素，不再采用統(tǒng)一的負(fù)荷增長模式。由于各地區(qū)的負(fù)荷特性、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r和天氣情況不同，其負(fù)荷變化模式是不同的，而且在電力市場環(huán)境下，系統(tǒng)發(fā)電資源分配不再以一般意義下的發(fā)電成本為單一目標(biāo)，而是需要考慮更多因素，例如環(huán)境、系統(tǒng)安全和電價(jià)等。為了反

5、映區(qū)域負(fù)荷的不均衡增長模式，提出利用日前區(qū)域負(fù)荷預(yù)測(Day-ahead regional load forecasting)計(jì)算未來24小時(shí)的負(fù)荷需求，計(jì)算24小時(shí)中的負(fù)荷增長方向，而后利用經(jīng)濟(jì)調(diào)度確定發(fā)電增長方向，使用連續(xù)潮流計(jì)算P-V曲線和電壓穩(wěn)定裕度，評估系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性。該算法考慮不均衡的區(qū)域負(fù)荷增長，引入經(jīng)濟(jì)調(diào)度確定發(fā)電機(jī)間的負(fù)荷分配，更加真實(shí)地反映電力市場環(huán)境中系統(tǒng)的運(yùn)行情況，計(jì)算出的P-V曲線和電壓穩(wěn)定裕度能夠比較有效地評

6、估系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定程度。 提出了考慮不均衡區(qū)域負(fù)荷增長的電壓穩(wěn)定指標(biāo)算法。時(shí)前區(qū)域負(fù)荷預(yù)測(Hour-ahead regional load forecasting)根據(jù)歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)綜合考慮各種影響因素(如天氣，社會(huì)事件等)計(jì)算出各區(qū)域的負(fù)荷情況，包含了負(fù)荷構(gòu)成的變化和負(fù)荷大小的波動(dòng)信息，體現(xiàn)了一段事件內(nèi)負(fù)荷的自然變化。該算法提出在計(jì)算電壓穩(wěn)定指標(biāo)的過程中考慮不均衡的區(qū)域負(fù)荷增長，使用短期區(qū)域負(fù)荷預(yù)測的數(shù)據(jù)確定系統(tǒng)在某一時(shí)刻的負(fù)荷

7、需求，利用經(jīng)濟(jì)調(diào)度得到符合電力市場運(yùn)作規(guī)律的系統(tǒng)發(fā)電計(jì)劃，以此作為潮流計(jì)算的初始值，所計(jì)算的電壓穩(wěn)定指標(biāo)可以評估當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)到電壓崩潰臨界點(diǎn)之間的距離。負(fù)荷預(yù)測和經(jīng)濟(jì)調(diào)度已經(jīng)是電力系統(tǒng)運(yùn)行必備的功能，且具有相當(dāng)高的精度，故此算法能夠比較真實(shí)地反映電力系統(tǒng)運(yùn)行情況，有效地評估電壓穩(wěn)定。 提出一種基于相量測量單元(Phasor Measurement Unit，PMU)的電壓穩(wěn)定評估指標(biāo)(Voltage Stability Index

8、，VSI)。由于同步相量技術(shù)在數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性、同步性以及廣域分布性等方面的優(yōu)勢，加上通信技術(shù)的飛速發(fā)展，以及現(xiàn)代大型互聯(lián)電網(wǎng)安全穩(wěn)定監(jiān)控的實(shí)際需求，基于同步相量技術(shù)的廣域測量系統(tǒng)(Wide Area Measurement System，WAMS)應(yīng)運(yùn)而生。WAMS可以在同一參考時(shí)間框架下捕捉到系統(tǒng)各地點(diǎn)的實(shí)時(shí)信息，從而為大規(guī)模電力系統(tǒng)的在線電壓穩(wěn)定性監(jiān)測提供了新的數(shù)據(jù)平臺(tái)；整個(gè)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

9、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PMU提供電壓相量信息和功率傳輸路徑定義的基礎(chǔ)上，導(dǎo)出系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性指標(biāo)；對復(fù)雜系統(tǒng)中的傳輸路徑的電壓穩(wěn)定性指標(biāo)進(jìn)行了修正。所提出的指標(biāo)利用相量測量單元提供同一時(shí)間斷面的系統(tǒng)電壓相量測量信息，功率傳輸路徑首端和末端電壓之間的電壓降落可以很容易地迅速計(jì)算出來，此電壓降落在首端電壓相量上的投影與首端電壓幅值一半的比