静态电压稳定的虚拟支路法研究

论文摘要

随着电力系统规模和复杂程度不断增大、长距离输电线路的增多以及电力市场改革的推进,现代电力系统距离安全域边界也越来越近,对系统安全分析和故障切除后的控制提出了更高的要求。电压稳定问题涉及面广、危害性大、诱发因素复杂,是电力系统安全分析研究的重要课题。支路开断和支路潮流越限是引起电压失稳的重要因素之一。失稳故障支路退出运行使得故障后系统失去静态可行潮流解,增加了分析与控制的难度。当前,解决支路潮流越限问题还没有系统的方法。评估失稳故障支路严重程度、恢复故障支路切除后潮流可行解以及解决支路潮流越限问题构成了本文研究的主要内容。首先,针对传统连续潮流算法在计算负荷裕度时遇到的平衡节点发电机无功约束问题进行了研究,提出了平衡节点无功约束的连续潮流负荷裕度算法。在分析了交流功率网络潮流方程性质和电力系统特殊网络参数结构的基础之上,对传统潮流算法进行了改进。对达到无功约束极限的平衡节点采用了节点类型转换方法即由Vθ节点转换为Qθ节点。利用负荷功率变动态导纳算法解决了节点导纳矩阵病态问题。将改进的潮流算法应用于连续潮流法负荷裕度计算,仿真结果显示平衡节点发电机无功约束减小了负荷裕度,加速了电压崩溃点的来临。因此,在应用连续潮流法计算负荷裕度和临界电压时应考虑平衡节点发电机无功约束问题。其次,为了评估失稳故障支路的严重程度以及解决故障后系统失去潮流可行解的问题,本文基于平衡节点无功约束的连续潮流法及置换定理,提出了失稳故障支路控制的虚拟支路法。该方法将待切除的故障支路用一条虚拟支路置换,使虚拟支路开断问题转换为故障支路两端点注入功率的增长问题,利用连续潮流计算虚拟参数在安全域内的最大值。若虚拟参数的最大值小于其上限值,则表明该支路为失稳故障支路,并用该虚拟参数作为评估失稳故障支路严重程度的指标。失稳故障支路的控制分为虚拟支路切除过程控制和故障后优化控制两部分,并重点对虚拟支路切除过程控制进行了研究。该控制算法利用雅克比矩阵最小特征值的参与因子选择最优控制方向,随虚拟功率源参数的增长而逐步控制,以达到最小切负荷目的和最快控制速度。再次,为了解除支路潮流越限问题,提出了支路潮流越限控制的虚拟支路法。该方法基于戴维南定理,对潮流越限支路采取并联虚拟支路分流方法。虚拟支路的导纳参数可由目标分流系数、戴维南等效阻抗及原潮流越限支路导纳获得。利用拟裕度模型,将虚拟支路的切除过程转变为虚拟注入功率源参数的增长过程,利用原支路视在功率对负荷和发电机功率的灵敏度获得最小控制代价方案,以达到消除支路潮流越限的目的。该方法可用最小的控制代价,使原越限支路电流降至目标电流范围。最后,针对电压安全域最小负荷裕度求取受安全域边界“凹凸”性影响的情况,基于平衡节点无功约束的连续潮流法,提出了新的电压安全域最小负荷裕度半径算法。定义了电压绝对安全域超球体,利用雅克比矩阵最小特征值特征向量的参与因子选择电压失稳最快的方向,基于连续潮流法逐步追踪系统恶化最快方向的静态运行点,直至系统崩溃临界点,获得电压安全域的最小负荷裕度半径。该方法不受安全域边界“凹凸”性的影响,在N-1条件下可为获得最大的绝对安全域控制提供指导。通过IEEE算例对本文提出了算法进行了仿真计算分析,结果充分说明了本文算法是正确的和有效的,具有一定的理论价值和工程实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究目的与意义
• 1.2 电压稳定裕度的研究
• 1.2.1 连续潮流法
• 1.2.2 非线性规划法
• 1.2.3 直接法
• 1.3 电压稳定薄弱节点和支路的识别
• 1.3.1 薄弱节点识别
• 1.3.2 薄弱支路识别
• 1.4 发电机无功约束对负荷裕度影响
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 平衡节点无功约束的连续潮流算法
• 2.1 引言
• 2.2 潮流计算中的Vθ节点分析
• 2.2.1 交流功率网络潮流方程的性质
• 2.2.2 电力系统特殊的网络参数结构
• 2.3 平衡节点无功约束的潮流算法
• 2.3.1 PQ节点潮流修正方程
• 2.3.2 PV节点潮流修正方程
• 2.3.3 Qθ节点潮流修正方程
• 2.4 平衡节点无功约束的潮流算法特点
• 2.5 传统连续潮流在静态电压稳定分析中应用
• 2.6 平衡节点达到无功极限的连续潮流负荷裕度
• 2.7 算例分析
• 2.7.1 平衡节点无功约束潮流算法正确性验证
• 2.7.2 平衡节点无功约束对负荷裕度的影响
• 2.8 本章小结
• 第3章 失稳故障支路控制的虚拟支路法
• 3.1 引言
• 3.2 支路故障的拟裕度分析模型
• 3.2.1 虚拟支路及拟裕度的核心思想
• 3.2.2 预想故障支路的网络置换
• 3.2.3 故障支路拟裕度模型及网络简化
• 3.3 失稳故障支路的控制措施
• 3.3.1 薄弱节点识别和发电机灵敏度
• 3.3.2 虚拟支路切除的过程控制措施
• 3.3.3 失稳支路切除后优化控制措施
• 3.4 算法描述与程序流程
• 3.5 算例分析
• 3.5.1 IEEE-5Bus系统算例
• 3.5.2 NewEngland-398us系统算例
• 3.6 本章小结
• 第4章 支路潮流越限控制的虚拟支路法
• 4.1 引言
• 4.2 基本原理及模型
• 4.2.1 虚拟支路分流原理及模型
• 4.2.2 戴维南等值阻抗
• 4.2.3 虚拟支路置换
• 4.3 虚拟支路的拟裕度处理及控制
• 4.4 算法描述与程序流程
• 4.5 算例分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 N-1 条件下电压安全域的最小负荷裕度
• 5.1 引言
• 5.2 N-1 条件下最小负荷裕度
• 5.3 网络压缩和降阶矩阵
• 5.4 最薄弱负荷节点识别和功率承担发电机节点选择
• 5.5 算例分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间所发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历