電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性快速評(píng)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(fù)雜的動(dòng)態(tài)行為，電壓穩(wěn)定破壞對(duì)社會(huì)和國民經(jīng)濟(jì)所產(chǎn)生的負(fù)面影響也將更為巨大。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。現(xiàn)有的電壓穩(wěn)定性評(píng)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(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(cè)量、通信和計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系

2、統(tǒng)電壓穩(wěn)定水平的快速、準(zhǔn)確評(píng)估，對(duì)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(jì)及發(fā)電機(jī)無功儲(chǔ)備、負(fù)荷特性和有載調(diào)壓變壓器(OLTC)對(duì)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(píng)估方法；利用廣域測(cè)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(píng)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(píng)估方法；綜合評(píng)價(jià)了山東電網(wǎng)西電東送通道和東部負(fù)荷中心的電壓穩(wěn)定性，并對(duì)應(yīng)用靜止無功補(bǔ)償器(SVC)

3、提高山東電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的各種方案進(jìn)行了比較；基于改進(jìn)功率追蹤方法，研究了確定系統(tǒng)關(guān)鍵功率源點(diǎn)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(píng)估方法。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(dǎo)出系統(tǒng)

4、的電壓穩(wěn)定性指標(biāo)。針對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)，為了減小工作量，應(yīng)用局部電壓穩(wěn)定性指標(biāo)確定薄弱負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，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(diǎn)和關(guān)鍵功率源點(diǎn)，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(biāo)與關(guān)鍵發(fā)電機(jī)的無功儲(chǔ)備指標(biāo)相結(jié)合，用于評(píng)估整個(gè)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(fù)荷特性對(duì)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性有著重要的影響，通過對(duì)局部電壓穩(wěn)定性指標(biāo)和等值方法的

5、改進(jìn)，在功率傳輸路徑分析方法中考慮了負(fù)荷特性的影響，提出了計(jì)及負(fù)荷特性的電壓穩(wěn)定性指標(biāo)。新英格蘭10機(jī)39節(jié)點(diǎn)試?yán)到y(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(duì)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(jī)達(dá)到無功限制會(huì)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(huì)極大地影響系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定程度，在穩(wěn)定性評(píng)估過程中結(jié)合運(yùn)用電壓穩(wěn)定性指標(biāo)和無功儲(chǔ)備指標(biāo)，可以獲得滿意結(jié)果；當(dāng)采用綜合負(fù)荷模型

6、時(shí)，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(jì)及負(fù)荷特性的電壓穩(wěn)定性指標(biāo)，可以對(duì)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定程度作出正確的評(píng)估。針對(duì)OLTC在長期動(dòng)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(xì)地分析了OLTC調(diào)整對(duì)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的影響。研究表明，計(jì)及感應(yīng)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電抗的影響，在OLTC變比的正常調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，負(fù)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(shì)。隨著OLTC變比的調(diào)整，系統(tǒng)正負(fù)調(diào)壓效應(yīng)的臨界點(diǎn)和電壓穩(wěn)定狀態(tài)

7、改變的臨界點(diǎn)均會(huì)發(fā)生遷移。在負(fù)荷最大功率的不同變化趨勢(shì)下，通過分析兩臨界點(diǎn)的相對(duì)位置，解釋了OLTC負(fù)調(diào)壓效應(yīng)引起電壓失穩(wěn)的機(jī)理，指出了負(fù)調(diào)壓效應(yīng)對(duì)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(jī)理分析表明，根據(jù)負(fù)荷最大功率的不同變化趨勢(shì)，OLXC應(yīng)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(fù)荷機(jī)械功率的需求。對(duì)于恒功率特性負(fù)荷，當(dāng)考慮了負(fù)荷最大功率的不同變化趨勢(shì)后，OLTC的連續(xù)

8、調(diào)壓效應(yīng)將更加復(fù)雜，不僅具有連續(xù)的正、負(fù)調(diào)壓效應(yīng)，還存在著混合調(diào)壓效應(yīng)。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(kuò)展到復(fù)雜系統(tǒng)，對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)中負(fù)荷最大功率的變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過選擇關(guān)鍵功率傳輸路徑，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜系統(tǒng)中OLTC調(diào)整對(duì)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(cè)的需要，利用廣域測(cè)量信息，對(duì)功率傳輸路徑分析方法中的三個(gè)主要計(jì)算環(huán)節(jié)進(jìn)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(píng)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(píng)估方法。針對(duì)山東電網(wǎng)，利用局部電壓穩(wěn)定性指標(biāo)確定了系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的薄弱區(qū)域，在負(fù)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(chǔ)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(fù)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(fù)荷區(qū)域的電壓支撐能力，對(duì)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(píng)估商業(yè)軟件VSAT的計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了該分析方法的有效性。對(duì)山東電網(wǎng)應(yīng)用SVC提高電壓穩(wěn)定性的各種方案進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果表明，不同開機(jī)方式下裝設(shè)SVC對(duì)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(jìn)功率追蹤方法，提出了一種確定系統(tǒng)關(guān)鍵功率源點(diǎn)的新方法。關(guān)鍵功率源點(diǎn)的確定是功率傳輸路徑分析方法中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其計(jì)算的準(zhǔn)確程度取決于參數(shù)的取值。若參數(shù)取值過大，會(huì)導(dǎo)致薄

11、弱功率傳輸路徑的數(shù)目大大增加，使計(jì)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(jì)算結(jié)果誤差較大。因此，在實(shí)際應(yīng)用過程中，合理的參數(shù)取值往往需要運(yùn)行人員經(jīng)過大量仿真并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)才能得到。改進(jìn)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(shí)現(xiàn)了分布因子矩陣的解耦運(yùn)算，加快了計(jì)算速度。利用擾動(dòng)前后改進(jìn)功率追蹤算法的計(jì)算結(jié)果，根據(jù)各個(gè)功率源點(diǎn)在負(fù)荷中所分擔(dān)比例的變化量來直接確定關(guān)鍵功率源點(diǎn)，避免了原方法中的參數(shù)選擇