电力系统稳定分析的若干问题研究

论文摘要

电力工业的蓬勃发展使电力系统面临着许多新的挑战,电力系统电压稳定问题日渐突出。高压直流输电技术以及柔性输电技术在提高电力系统输送能力的同时,不仅带来了系统暂态功角稳定问题,而且带来了系统电压稳定问题;受经济、环境因素的影响,长距离、重负荷输电线路的出现和大容量、高功率因数机组的运行等又使电力系统的电压稳定问题更突出,迫切需要对电压稳定进行控制;此外,随着电力市场的实行,电力系统电压稳定性将影响到电力市场下的无功定价。因此,本论文主要是针对电力系统电压稳定性的相关几个方面进行研究。随着全国联网以及西电东送战略的形成,利用高压直流输电技术可有效的进行长距离、大功率输电,同时避免交流系统的同步问题,因而直流输电技术在我国得到了充分的发展,其中我国南方电网已形成了世界上罕见的典型多馈入交直流系统。直流输电技术给系统的稳定计算带来了新的挑战,采用精确的直流详细模型虽然能保证仿真计算精度,但同时增大了计算量。而采用直流简单模型在近年来获得人们的重视,在保证系统仿真计算精度的前提下,人们更倾向于采用直流简单模型。本文运用EEAC理论详细分析了采用直流简单模型对暂态功角稳定和暂态电压安全仿真计算精度的影响,指出对于单条直流线路,当直流系统连接的交流系统强时,采用等值为恒电流负荷的简单模型能满足暂态功角稳定计算的工程精度要求。当系统负荷为恒阻抗类型或动态类型时,采用等值为恒电流负荷的简单模型进行仿真计算的暂态功角稳定和暂态电压安全计算精度高。在多馈入交直流系统的研究中,人们对暂态功角稳定的研究主要侧重于小扰动的研究,在大扰动方面的研究则主要侧重于各种直流控制策略对交直流系统稳定性的影响。本文利用EEAC理论,研究了负荷模型对多馈入交直流系统暂态功角稳定性的影响和暂态电压安全性的影响。指出对于多馈入交直流系统,受端负荷模型为恒阻抗或恒电流类型时,多馈入交直流系统的暂态功角稳定性较好,并且通常负荷为恒阻抗类型时的交直流系统暂态功角稳定性高于负荷为恒电流类型情况下的系统暂态功角稳定性。而负荷为恒功率类型或动态类型时,多馈入交直流系统的暂态功角稳定性差。对于暂态电压安全性,负荷为恒阻抗类型时最高,负荷为恒电流类型时次之,负荷为恒功率或动态类型时,系统暂态电压安全性最差。在电压稳定的预防控制研究方面,目前的研究主要是针对静态电压稳定和小扰动电压稳定,而在大扰动电压稳定的预防控制方面鲜有文献提及。本文针对暂态电压安全预防控制,根据暂态电压安全裕度对于各节点注入无功功率的灵敏度系数,将暂态电压不安全点与注入点进行关联分区。按控制区分别调整无功注入量,将大系统暂态电压的预防控制问题转化为各分区的对应问题,以改善整个系统的暂态电压安全。通过试验系统和实际系统验证了该方法的有效性。人们长期忽略调节无功功率对系统功角稳定的改善作用。本文通过单机无穷大系统和实际电网的仿真算例分析了调节机组无功功率对暂态功角稳定性和输电功率极限的影响,运用等面积法和EEAC理论对其进行了证明,结果表明适当调节发电机组的无功功率能改善系统暂态功角稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 电力系统稳定及其数字仿真
• 1.2 扩展等面积准则（EEAC）
• 1.2.1 EEAC 基本原理
• 1.2.2 EEAC 对电压稳定的贡献
• 1.2.3 EEAC 对暂态稳定理论研究的贡献
• 1.3 直流简单模型及负荷模型对交直流系统稳定性影响的研究
• 1.4 电力系统电压稳定及其预防控制研究
• 1.4.1 电力系统电压稳定定义及其分析方法
• 1.4.2 静态电压稳定
• 1.4.3 静态电压稳定控制
• 1.4.4 动态电压稳定
• 1.4.5 动态电压稳定控制
• 1.5 电力市场下无功定价的研究
• 1.5.1 基于各种精确数学模型的无功定价方法
• 1.5.2 基于规则的无功费用收取
• 1.6 本文主要围绕电力系统电压稳定性做了以下工作
• 参考文献
• 第二章 HVDC 简单模型对系统稳定计算精度的影响分析
• 2.1 引言
• 2.2 直流系统三种模型
• 2.2.1 简单模型
• 2.2.2 响应模型
• 2.2.3 详细模型
• 2.3 暂态功角稳定裕度
• 2.4 暂态电压安全和暂态电压安全裕度
• 2.4.1 暂态电压稳定和暂态电压稳定性裕度
• 2.4.2 暂态电压跌落和暂态电压跌落可接受裕度
• 2.5 直流简单模型对交直流系统功角稳定仿真计算精度的影响分析
• 2.5.1 直流简单模型对交直流系统稳定仿真计算的精度分析
• 2.5.2 直流简单模型在系统不同负荷模型时的仿真计算精度分析
• 2.6 直流简单模型对暂态电压安全计算精度的影响分析
• 2.7 结语
• 参考文献
• 第三章 受端负荷模型对多馈入交直流系统稳定性的影响分析
• 3.1 引言
• 3.2 不同负荷模型对多馈入交直流系统功角稳定性的影响分析
• 3.2.1 动态负荷模型和恒功率负荷模型对多馈入交直流系统稳定性的影响分析
• 3.2.2 恒阻抗负荷和恒电流负荷对多馈入交直流系统稳定性的影响分析
• 3.2.3 不同负荷模型对多馈入交直流系统功角稳定性影响分析的总结
• 3.3 不同负荷模型对多馈入交直流系统暂态电压安全性的影响
• 3.4 结语
• 参考文献
• 第四章 电力系统暂态电压安全预防控制的优化
• 4.1 引言
• 4.2 暂态电压安全预防控制的优化
• 4.2.1 优化模型的建立
• 4.2.2 优化模型的求解
• 4.2.3 仿真计算
• 4.3 无功调控对电力系统暂态功角稳定性和输电功率极限的影响分析
• 4.3.1 算例分析
• 4.3.2 机理分析
• 4.3.3 安徽电网的实例仿真
• 4.4 结语
• 参考文献
• 第五章 考虑电压稳定性的无功定价研究
• 5.1 引言
• 5.2 基于最优潮流的无功定价
• 5.3 考虑电压稳定性的无功定价
• 5.3.1 无功报价模型
• 5.3.2 无功定价的数学模型
• 5.3.3 算例分析
• 5.4 等耗量微增率与电力市场统一边际价的联系
• 5.5 结语
• 参考文献
• 第六章 结论与展望
• 附录A IEEE39 节点系统数据
• 攻读博士学位期间发表论文
• 致谢