无功功率潮流跟踪的模型与算法研究

论文摘要

随着经济的快速发展、电力体制改革的逐步深入,竞争机制正逐步引入电力市场。在传统一体化的电力工业中,无功服务的成本并不单独核算,但在市场环境下,无功作为一项服务已需独立分开进行核算。它涉及到电力系统的各个环节,如:发电、输电、配电,都可通过不同形式提供无功功率服务以保障电网安全经济运行。正确核算无功服务成本,制定合理的无功价格,是确保电网输电交易顺利完成,确保无功服务提供者回收成本并获得相应利润,确保市场良性循环和健康发展的必要条件。本文在研究有功功率潮流跟踪算法的基础上,着重研究了电网中无损网络的形成、无功功率潮流跟踪模型、算法等相关问题,探讨了公平、合理的无功功率费用的分摊方法,具体内容如下:①详细介绍了电力系统潮流计算的概念、原理和算法分类,比较了各种潮流计算方法的优势与不足,给出了各种方法的应用范围。深入分析比较了现有潮流跟踪算法,如:功率跟踪法、电流跟踪法等。详细介绍了有功功率跟踪的解析模型,阐述了比例分配原则、顺流分配矩阵的构造方法及有功功率跟踪的计算步骤。编制了潮流计算程序和有功功率跟踪程序,并应用IEEE14、IEEE30节点系统进行了算例分析,验证了程序的正确性。②由于电力系统存在功率损耗,为将其变换成无损网络,需建立功率损耗的等值模型。本文在分析电力系统无功电源和无功负荷的基础上,提出支路无功功率的等值模型,即将支路对地导纳等值为无功电源,将支路损耗等值为虚拟负荷,进而形成无损网络,以便进行无功功率的潮流跟踪。③针对电力系统无功功率的特点,结合电力系统有功功率分配的解析模型和算法,提出适合无功功率跟踪的解析模型和算法。该算法从潮流计算或状态估计结果出发,形成支路对应的无功电源或负荷,构建基于无功功率的无损网络;建立发电机对负荷的无功功率顺流分配矩阵,不需任何潮流跟踪原则,即只根据该矩阵便可计算出发电机对负荷的无功功率分配、发电机对线路的无功功率分配等。编制了无功功率跟踪的计算程序,将本文算法应用于IEEE测试系统和实际工程系统等,验证了模型和算法的正确性和工程实用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电力系统潮流计算
• 1.2.1 潮流计算的概念
• 1.2.2 潮流计算的原理
• 1.2.3 潮流计算的分类
• 1.3 电力市场基础
• 1.3.1 电力市场的概念
• 1.3.2 电力市场的现状
• 1.4 潮流跟踪研究现状
• 1.4.1 潮流跟踪算法的研究现状
• 1.4.2 无功功率潮流跟踪算法的研究现状
• 1.4.3 潮流跟踪的应用
• 1.5 本文研究的主要内容
• 2 大电网潮流模型和算法
• 2.1 引言
• 2.2 导纳矩阵
• 2.2.1 节点导纳矩阵的形成
• 2.2.2 节点导纳矩阵的修改
• 2.3 大电网潮流模型及算法
• 2.3.1 节点的分类
• 2.3.2 牛顿-拉夫逊法
• 2.3.3 快速解耦法
• 2.3.4 直流潮流模型
• 2.3.5 三种算法特点的比较
• 2.4 牛顿-拉夫逊法潮流算法流程
• 2.5 算例
• 2.5.1 5 节点系统导纳矩阵算例
• 2.5.2 IEEE14 节点系统潮流算例
• 2.5.3 IEEE30 节点系统潮流算例
• 2.6 小结
• 3 有功功率潮流跟踪模型和算法
• 3.1 引言
• 3.2 有功功率潮流跟踪的解析模型
• 3.2.1 顺流分配矩阵的概念和构造
• 3.2.2 顺流分配矩阵的性质
• 3.2.3 支路对发电机功率的汲取
• 3.3 有功功率潮流跟踪算法
• 3.4 算例分析
• 3.4.1 IEEE14 算例
• 3.4.2 IEEE30 算例
• 3.4.3 某实际电网算例
• 3.6 小结
• 4 无功功率潮流跟踪模型和算法
• 4.1 引言
• 4.2 电力系统的无功
• 4.2.1 电力系统的无功电源
• 4.2.2 电力系统的无功负荷与无功损耗
• 4.3 无损网络的获取
• 4.3.1 支路无功功率的处理
• 4.3.2 无损网络的获取
• 4.4 无功功率分配的解析模型
• 4.4.1 无功功率顺流分配矩阵
• 4.4.2 无功功率潮流跟踪算法
• 4.4.3 顺流分配矩阵异常情况处理
• 4.5 算例
• 4.5.1 某4 节点系统
• 4.5.2 IEEE14 节点系统
• 4.5.3 IEEE30 节点系统
• 4.6 小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. IEEE14 母线标准实验系统数据
• C. IEEE30 母线标准实验系统数据