计及TCSC装置的电力系统电压稳定性研究

论文摘要

近几十年来,随着电力需求的不断增长,电网负荷强度的不断提高,使得电力系统的电压稳定性问题日益突出。世界上多次发生电力系统因电压失稳而导致系统崩溃、造成大面积停电的事故,电压不安全已经成为限制电力传输的主要因素之一。如何提高电力系统的电压稳定性成为了一个急需解决的问题。而可控串补装置（thyristor controlled series compensator,TCSC）作为灵活交流输电技术（flexible alternating current transmissionsystem,FACTS）提出后的第一个应用装置也越来越受到人们的关注。本文主要研究将可控串补装置串联到传输线路上的电压稳定情况,取得了一定的成果。论文通过将可控串补装置简化为一个特殊的固定的串联补偿装置,在传输线路上进行串联补偿。文中定义了线路电纳补偿度的概念,构造了电力线路的有功功率和无功功率的数学模型,以及线路的有功功率和节点电压关系的数学模型,通过分析PU曲线图可以发现串联补偿装置可以提高系统的电压稳定性。这些结论同样适用于可控串补装置。为了具体的研究带有可控串补装置的电力系统电压稳定性,就需要有一个量度。文中针对电力系统中日益出现的动态无功不足而导致的电压稳定的问题,在现有的可控串联补偿装置的稳态模型的基础上,提出带有TCSC的电力系统电压稳定性灵敏度指标的计算。将电力系统电压稳定性灵敏度指标表示为可控串补触发角显函数的形式,并可通过改变TCSC的触发角来控制电压稳定性。然而,系统还能承受多大的负荷,当前运行点离系统的电压崩溃点的距离还有多远,这个问题还需要进一步的解决。为此,本文引入了电压稳定性裕度指标。本文将装有TCSC装置的线路用一个带有TCSC电纳模型的等值电纳表示,通过潮流计算,将其引入到裕度指标中。通过裕度指标表示出带有可控串补装置的电压稳定性的改善情况。在此基础上,本文对安装TCSC前后的整个系统和TCSC安装节点的电压稳定性灵敏度指标和裕度指标进行对比计算分析。并将两个9节点系统进行互联,在系统一侧的薄弱节点和两个系统的连接点分别安装TCSC装置,同样用电压稳定性灵敏度指标对比计算分析。从结果可以看出,带有TCSC的电压稳定性灵敏度指标有较大改善。此结论同样适用于互联系统中,并且在系统的连接点处安装TCSC装置,即系统的长距离输电节点的作用更加明显。本文采用电力系统分析工具PSAT1.3.4,针对WSCC-3机9节点的系统仿真,证明了所提方法的有效性和可行性。此方法的实现对于实际中复杂庞大的电力网逐步实现更大范围的互联提供了理论基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 灵活交流输电技术概述
• 1.2.1 FACTS的基本概念
• 1.2.2 FACTS的特点及其应用
• 1.3 晶闸管控制的串联电容器概述
• 1.3.1 TCSC的基本概念
• 1.3.2 TCSC的研究现状及其应用
• 1.4 电压稳定在国内外的研究现状
• 1.5 指标方法
• 1.5.1 灵敏度指标
• 1.5.2 裕度指标
• 1.6 本文的主要思路及具体工作
• 第2章 晶闸管控制的串联电容器（TCSC）
• 2.1 引言
• 2.2 可控串补的相关知识
• 2.2.1 TCSC的基本结构
• 2.2.2 TCSC的基本原理
• 2.3 可控串补的控制
• 2.3.1 TCSC的开环控制
• 2.3.2 TCSC的定功率控制
• 2.3.3 TCSC提高系统稳定极限
• 2.4 本章小结
• 第3章 电纳补偿度对电力系统电压稳定性的影响
• 3.1 引言
• 3.2 相关的基本概念
• 3.3 线路的电纳补偿度
• 3.4 电纳补偿度对电力系统的影响分析
• 3.4.1 电纳补偿度对电力系统电压稳定性的影响
• 3.4.2 电纳补偿度对潮流的影响
• 3.5 本章小节
• 第4章 基于TCSC装置的电压稳定性灵敏度指标计算
• 4.1 引言
• 4.2 灵敏度指标
• 4.2.1 基本原理
• 4.2.2 数学模型
• 4.3 TCSC的数学模型
• 4.4 计及TCSC的电压稳定性灵敏度指标的推导
• 4.4.1 带有TCSC的电压稳定性灵敏度指标的推导
• 4.4.2 带有TCSC的电压稳定性灵敏度指标的计算步骤
• 4.4.3 带有TCSC的互联系统的电压稳定性灵敏度指标计算
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于TCSC装置的电压稳定性裕度指标计算
• 5.1 引言
• 5.2 裕度指标
• 5.2.1 基本概念
• 5.2.2 基本原理
• 5.3 基于TCSC装置的电压稳定性裕度指标计算
• 5.3.1 带有TCSC装置的线路模型
• 5.3.2 带有TCSC装置的电压稳定性裕度指标的计算
• 5.3.3 带有TCSC装置的电压稳定性裕度指标的计算步骤
• 5.4 本章小结
• 第6章 算例分析
• 6.1 引言
• 6.2 仿真条件
• 6.3 灵敏度指标的仿真计算
• 6.3.1 无TCSC的单系统仿真计算
• 6.3.2 串有TCSC的单系统仿真计算
• 6.3.3 无TCSC的两系统互联仿真计算
• 6.3.4 串有TCSC的两互联系统的仿真计算
• 6.4 裕度指标的仿真计算
• 6.4.1 无TCSC的仿真计算
• 6.4.2 串有TCSC的仿真计算
• 6.5 结论
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文情况