考虑静止同步补偿器影响的电力系统电压稳定性研究

论文摘要

最近三十年来,世界各国的电力系统普遍进入大电网,高电压,大机组时代,巨量的电能需要通过长距离的高压输电线送到负荷中心,电力系统受到的压力越来越大,很多系统都运行在其稳定极限附近。与此同时,世界上一些大电网相继发生了一系列由电压失稳导致的停电事故。这些事故停电时间长,波及范围广,损失严重,引起人们对电压稳定问题的严重关注。静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator,STATCOM）作为FACTS家族一员,具有快速灵活的无功功率控制能力,它对防止系统电压失稳具有重要的意义,在电压稳定研究中得到越来越多的重视。提供一些指标去评估STATCOM对电力系统电压稳定性影响的效果,去有效反映有STATCOM补偿的系统距离电压失稳点的距离还有多远,正是电力系统的安全运行所迫切需要的。本文从STATCOM的原理图出发,详细阐明了用微分代数DAE方程组代表的STATCOM暂态模型和用于潮流计算的静态模型。基于已阐明的STATCOM的模型,评估STATCOM安装后电压稳定的改善情况,以及STATCOM不同的安装地点对电压稳定造成的影响。文中使用了基于连续潮流法的电压稳定裕度指标VSM,电压崩溃邻近指标VCPI,灵敏度指标,基于特征结构分析法的指标,去评估STATCOM对电力系统电压稳定性影响的效果,以及有效反映有STATCOM补偿的系统距离电压失稳点的距离还有多远。本文分别用四种指标和STATCOM模型在WSCC-3机9节点测试系统上进行了大量的数值计算和分析。结果表明,在相应的负荷节点安装STATCOM后的电压稳定性的各项指标均比相应的负荷节点未安装STATCOM的相应指标有较大改善。充分证明了STATCOM对于电压稳定性提高的有效性。基于连续潮流法的电压稳定裕度指标VSM是本文提出的新指标,可以评估不同的STATCOM安装地点,不同的STATCOM容量对电压稳定的改善程度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电力系统电压稳定性的研究现状
• 1.2.1 电力系统电压稳定性研究的历史沿革
• 1.2.2 电力系统稳定性的定义和分类
• 1.2.3 电力系统电压稳定性的定义和分类
• 1.2.4 电力系统电压失稳的机理
• 1.2.5 电力系统电压稳定性的主要研究方向
• 1.2.6 电力系统电压稳定性的分析方法
• 1.2.7 电压稳定性指标的研究
• 1.3 STATCOM的应用与电力系统电压稳定性的关系
• 1.3.1 电力系统无功补偿与电压稳定的关系
• 1.3.2 并联无功补偿设备介绍
• 1.3.3 STATCOM发展历程
• 1.3.4 STATCOM对电压稳定影响的研究
• 1.4 本文的仿真工具
• 1.5 PSAT非标准变比的两绕组变压器等效电路计算瑕疵的修正
• 1.6 本文的主要内容
• 1.7 小结
• 第二章 STATCOM的工作原理及数学模型
• 2.1 STATCOM的工作原理及其特性
• 2.1.1 STATCOM工作原理
• 2.1.2 STATCOM的V-I特性
• 2.2 STATCOM的数学模型
• 2.2.1 STATCOM的微分方程组
• 2.2.2 STATCOM的代数方程组
• 2.2.3 STATCOM的暂态稳定数学模型
• 2.2.4 STATCOM的静态稳定数学模型
• 2.3 STATCOM容量的选择原则
• 2.4 小结
• 第三章 基于连续潮流法的电压稳定裕度指标计算
• 3.1 P-V曲线与负荷裕度概述
• 3.2 连续潮流法应用于P-V曲线分析
• 3.3 电压稳定裕度指标（VSM）
• 3.4 算例分析
• 3.4.1 WSCC9系统的节点5有STATCOM的情况
• 3.4.1.1 不同容量STATCOM情况下的最大负荷增长因子λ和VSM
• 3.4.1.2 不同容量STATCOM情况下节点5的P-V曲线
• 3.4.1.3 不同容量STATCOM情况下到达崩溃点的节点电压
• 3.4.1.4 不同容量STATCOM所发的无功功率
• 3.4.1.5 不同容量STATCOM情况下的有功功率网损
• 3.4.1.6 不同容量STATCOM情况下的无功功率网损
• 3.4.2 WSCC9系统的节点6有STATCOM的情况
• 3.4.2.1 不同容量STATCOM情况下的最大负荷增长因子λ和VSM
• 3.4.2.2 不同容量STATCOM情况下节点6的P-V曲线
• 3.4.2.3 不同容量STATCOM情况下到达崩溃点的节点电压
• 3.4.2.4 不同容量STATCOM所发的无功功率
• 3.4.2.5 不同容量STATCOM情况下的有功功率网损
• 3.4.2.6 不同容量STATCOM情况下的无功功率网损
• 3.4.3 WSCC9系统的节点8有STATCOM的情况
• 3.4.3.1 不同容量STATCOM情况下的最大负荷增长因子λ和VSM
• 3.4.3.2 不同容量STATCOM情况下节点8的P-V曲线
• 3.4.3.3 不同容量STATCOM情况下到达崩溃点的节点电压
• 3.4.3.4 不同容量STATCOM所发的无功功率
• 3.4.3.5 不同容晕STATCOM情况下的有功功率网损
• 3.4.3.6 不同容量STATCOM情况下的无功功率网损
• 3.4.4 总结分析
• 3.5 小结
• 第四章 基于电压崩溃邻近指标VCPI的电压稳定性评估
• 4.1 电压崩溃邻近指标VCPI的计算方法
• 4.2 算例分析
• 4.2.1 节点5无功负荷从0.5p.u.增加到0.75p.u.
• 4.2.2 节点5无功负荷从0.75p.u.增加到1p.u.
• 4.3 电压崩溃邻近指标VCPI的改进
• 4.4 小结
• 第五章 基于灵敏度指标的电压稳定性评估
• 5.1 灵敏度指标的计算方法
• 5.1.1 dV/dQ的灵敏度指标
• 5.2 算例分析
• 5.2.1 负荷增长因子λ=1.00增长到λ=1.90时灵敏度指标计算
• 5.2.2 负荷增长因子λ=1.00增长到λ=1.90时负荷节点的电压变化
• 5.2.3 负荷增长因子λ=1.00增长到λ=1.90时负荷节点的dV/dQ灵敏度指标变化
• 5.2.4 数据分析
• 5.3 小结
• 第六章 基于特征结构分析法的电压稳定性评估
• 6.1 特征结构分析法原理
• 6.2 计及STATCOM模型的特征结构分析法计算
• 6.3 算例分析
• 6.3.1 初始运行点时的特征结构分析法应用
• 6.3.1.1 无STATCOM的情况
• 6.3.1.2 节点5引入20Mvar的STATCOM的情况
• 6.3.1.3 节点6引入20Mvar的STATCOM的情况
• 6.3.1.4 节点8引入20Mvar的STATCOM的情况
• 6.3.2 第一种负荷增长方式的特征结构分析法应用
• 6.3.2.1 无STATCOM的情况
• 6.3.2.2 节点5引入20Mvar的STATCOM的情况
• 6.3.2.3 节点6引入20Mvar的STATCOM的情况
• 6.3.2.4 节点8引入20Mvar的STATCOM的情况
• 6.3.3 第二种负荷增长方式的特征结构分析法应用
• 6.3.3.1 无STATCOM的情况
• 6.3.3.2 节点5引入20Mvar的STATCOM的情况
• 6.3.3.3 节点6引入20Mvar的STATCOM的情况
• 6.3.3.4 节点8引入20Mvar的STATCOM的情况
• 6.3.4 第三种负荷增长方式的特征结构分析法应用
• 6.3.4.1 无STATCOM的情况
• 6.3.4.2 节点5引入20Mvar的STATCOM的情况
• 6.3.4.3 节点6引入20Mvar的STATCOM的情况
• 6.3.4.4 节点8引入20Mvar的STATCOM的情况
• 6.4 数据分析
• 6.5 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 后续工作的展望
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 附录C
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文