连续断面潮流分析与电压紧张态势调控方法研究

论文摘要

电力系统发展过程呈现的许多新特点,使得电力系统无功电压领域出现了许多新的问题和挑战。例如,对交流输电断面、交直流混合输电断面传输能力要求的不断提升,极易引发送受端区域电网内与断面关联节点电压态势的恶化;用电规模的不断快速攀升、无功资源配置的相对滞后和补偿模式的不尽合理,也容易导致系统某些运行方式下的电压态势偏紧。本文立足输电断面潮流增长过程引发的无功电压问题和如何改善电压态势紧张的调控问题进行研究,并提出相关的分析和调控方法。连续潮流方法是分析电力系统电压稳定问题的常用方法。目前,该方法主要用于分析负荷节点功率增长过程引发的无功电压问题。在实际电力系统中,分析和调控的对象除了节点外,还包括许多潮流断面。在输电断面功率增长的过程中,通常需要同时关注断面关联节点的电压态势。为此,本文将基于节点负荷分析的连续潮流方法拓展至断面传输功率,并在连续断面潮流分析过程中考虑断面关联节点的无功优化补偿。综合考虑无功优化补偿措施的连续断面潮流算法,可以求取断面传输功率与断面关联节点电压特性曲线,并由此提供断面传输功率极限和裕度、断面关联节点临界电压和电压稳定裕度、伴随断面传输功率增长过程的无功优化补偿方案等信息,从而为提高交流输电断面运行和控制水平提供技术支持。输电断面除由纯交流输电线路构成外,实际中还可能存在由交直流输电线路构成的混合输电断面。为分析交直流混合输电断面功率增长过程时的无功电压问题,本文提出了一种简便实用的交直流潮流计算方法,该方法不需要在形成潮流雅可比矩阵时针对控制方式的变化进行繁琐的预处理,并将求解过程中对直流系统控制方式的转换简化成根据变量情况决定相应求导项是否为0的简单方式。算例表明,所提出的方法改善了计算收敛性、提高了计算效率。在上述交直流潮流计算方法的基础上,提出了交直流混合输电断面的连续崩溃点法。该法利用参数缓变时崩溃点特征值对应的特征向量变化也具有一定连续性的特点,将连续潮流方法用于求解极限条件方程,从而可以从一个崩溃点出发快速获得其它崩溃点。该方法集成了连续潮流法和崩溃点法,它使连续求解多个崩溃点问题的总体收敛性得到显著改善。算例表明,连续崩溃点法与逐点使用连续潮流方法计算崩溃点的方法相比,计算效率得到明显提高。在电力系统电压态势比较紧张的方式下,可以通过发电模式的再调整或发电再调度,使负荷供电能力得到一定程度的提高。考虑到发电机组再调度过程对改善电压态势的有效程度和机组能耗特性的差异,本文提出了一种兼顾节能指标、改善电压紧张态势的机组节能再调度算法。算法依据机组单位电量平均能耗指标修正的模态参与因子,计算各机组输出功率调整方向和相对步长,并借助连续潮流工具、通过监视连续潮流变量增长过程中系统无功网损最小值出现的时机,求解各机组节能再调度计划。机组节能再调度方案,可以起到改善系统电压紧张态势并一定程度上降低各机组因再调度过程而产生能源消耗的积极作用。改善电力系统紧张电压态势,特别是负荷快速攀升过程引发的紧张电压态势,需要从时序调控的角度优化无功补偿模式。本文针对负荷快速攀升过程的无功预调度问题,建立了无功补偿时序优化决策数学模型,并给出了相应的求解方法。无功补偿时序优化决策结果,可以提供负荷快速攀升过程中动态无功源与离散动作无功补偿设备何时何量实施过程补偿的方案。该方案能够明显改善负荷快速攀升时的系统电压紧张态势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 电力系统无功电压问题研究综述
• 1.2.1 静态分析方法
• 1.2.2 动态分析方法
• 1.2.3 电压稳定指标
• 1.2.4 无功电压问题研究的发展及应用
• 1.3 静态无功电压问题研究中存在的问题
• 1.4 本文主要研究工作
• 第2章 考虑无功优化补偿的连续断面潮流分析
• 2.1 引言
• 2.2 连续断面潮流算法
• 2.2.1 计算模型
• 2.2.2 算法步骤
• 2.2.3 算例
• 2.3 考虑无功优化补偿的连续断面潮流方法
• 2.3.1 基于连续断面潮流算法的无功优化补偿方法
• 2.3.2 考虑无功优化补偿的断面功率电压特性曲线计算
• 2.4 算例分析
• 2.4.1 IEEE5 节点系统算例
• 2.4.2 IEEE39 节点系统算例
• 2.5 本章小结
• 第3章 交直流混合断面潮流分析的连续崩溃点法
• 3.1 引言
• 3.2 一种实用的交直流潮流计算方法
• 3.2.1 直流系统数学模型
• 3.2.2 直流系统运行控制方式分析及算法提出
• 3.2.3 算例
• 3.3 交直流混合断面潮流的连续崩溃点分析
• 3.3.1 集成连续潮流法与崩溃点法的连续崩溃点法
• 3.3.2 交直流混合断面系统电压稳定极限的连续崩溃点分析
• 3.3.3 算例分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 改善电压紧张态势的机组节能再调度
• 4.1 引言
• 4.2 机组节能再调度过程输出功率调整方向计算
• 4.2.1 机组模态参与因子
• 4.2.2 机组能耗加权参与因子及输出功率调整方向
• 4.3 机组节能再调度算法
• 4.3.1 监视机组功率调整过程电压态势改善程度的间接策略
• 4.3.2 机组节能再调度过程的输出功率调整算法
• 4.4 算例分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 改善电压紧张态势的时序无功补偿模式
• 5.1 引言
• 5.2 无功补偿时序优化决策问题的数学模型
• 5.2.1 建模的基本信息
• 5.2.2 数学模型
• 5.3 无功补偿时序优化决策问题的求解方法
• 5.4 算例分析
• 5.4.1 计算条件
• 5.4.2 计算结果
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 修改后的IEEE14 节点系统潮流基础数据
• 攻读博士期间所发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历