基于动态分析法的电力系统电压稳定研究

论文摘要

自20世纪70年代后期以来,全球范围内发生过多起以电压崩溃为特征的电网瓦解事故,每次均造成了巨大的经济损失,并引起了极大的社会紊乱。这在很大程度上促使电压稳定这个长期被忽视的问题成为近些年来的关注焦点和研究热点。电力系统本质上是一个非线性动态系统,电力网络中的发电机及其励磁系统、有载调压变压器、无功补偿装置等都对电压稳定有着极大的影响。电力系统元件的模型以及分析方法严重影响着电压稳定研究结果的可靠性。本文在充分考虑电力系统的非线性动态本质的前提下,对电压稳定动态分析方法及一些关键设备对电压稳定的影响进行了研究,研究结果概述如下：1)研究了电力系统部分元件的数学模型以及目前用于电压稳定动态分析的主要方法。交互法存在不可避免的交接误差,隐式梯形法只有二阶计算精度,线性多步法无法自启动、浪费存储空间。针对以上常用微分-代数方程组求解算法的不足,提出了基于代数方程组对状态变量求偏导数的统一时域仿真法（Union Time Domain Simulation Method,UTDSM）。UTDSM具有较高的计算精度,具有令人满意的计算速度,并可节省存储空间。2)研究了发电机及其励磁系统对电压稳定的影响。首先,分析了发电机无功越限对电力系统电压稳定域的影响。其次,采用较详尽的系统动态元件模型,分析了发电机及其励磁系统参数对电压稳定的影响。最后,分析了励磁调节器输出限制对电压稳定的影响。其中包括平衡解流行追踪、时域仿真、单参数分叉分析以及双参数分叉分析。3)研究了有载调压变压器对电压稳定的影响。针对典型静态负荷模型,研究了影响有载调压变压器负调压效应临界点位置的因素、不同负荷特性及负荷变化方式对有载调压变压器调压效应的影响。针对感应电动机机电暂态模型,研究了其参数对有载调压变压器调压效应的影响以及有载调压变压器自身动态特性对电压稳定的影响。4)研究了无功补偿对电压稳定的影响。给出了无功补偿对电压稳定影响的机理解释。研究了系统弱节点的判定方法,并分析了不同节点无功补偿对电压稳定的影响。采用静止无功补偿器动态模型,利用分叉理论和时域仿真方法分析了其时间常数及放大倍数对电压稳定的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 电压稳定的定义与分类
• 1.2.1 电压稳定定义
• 1.2.2 电压稳定分类
• 1.3 电压失稳的时域与机理
• 1.3.1 电压失稳时域
• 1.3.2 电压失稳机理
• 1.4 电压稳定分析方法
• 1.4.1 电压稳定静态分析方法
• 1.4.2 电压稳定动态分析方法
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 电力系统动态电压稳定
• 2.1 引言
• 2.2 电力系统元件动态模型
• 2.2.1 发电机/励磁系统模型
• 2.2.2 负荷模型
• 2.2.3 有载调压变压器模型
• 2.2.4 网络代数方程
• 2.3 电压稳定动态分析方法
• 2.3.1 小干扰分析法
• 2.3.2 时域仿真分析方法
• 2.3.3 非线性分叉理论分析法
• 2.3.4 一种电压稳定动态分析方法
• 2.4 本章总结
• 第三章 发电机及其励磁系统对电压稳定的影响
• 3.1 引言
• 3.2 发电机对电压稳定的影响
• 3.2.1 发电机无功越限对电压稳定域的影响
• 3.2.2 发电机参数对电压稳定的影响
• 3.3 励磁系统对电压稳定的影响
• 3.3.1 励磁系统参数对电压稳定的影响
• 3.3.2 励磁系统调节器输出限制对平衡解流形的影响
• 3.4 本章总结
• 第四章 有载调压变压器对电压稳定的影响
• 4.1 引言
• 4.2 有载调压变压器的调压机理及调压效应
• 4.2.1 有载调压变压器的调压机理
• 4.2.2 有载调压变压器的正、负调压效应
• 4.3 影响有载调压变压器负调压效应临界点的主要因素
• 4.3.1 算例模型
• 4.3.2 算例仿真分析
• 4.4 负荷特性对有载调压变压器调压效应的影响
• 4.4.1 静态负荷模型对有载调压变压器调压效应的影响
• 4.4.2 负荷变化方式对有载调压变压器调压效应的影响
• 4.4.3 动态负荷模型对有载调压变压器调压效应的影响
• 4.5 本章总结
• 第五章 无功补偿对电压稳定的影响
• 5.1 引言
• 5.2 无功补偿对电力系统电压稳定影响的机理
• 5.3 弱节点无功补偿对电压稳定的影响
• 5.3.1 弱节点的定义
• 5.3.2 弱节点的判定
• 5.3.3 WSCC 9节点算例仿真
• 5.4 静止无功补偿器对电压稳定的影响
• 5.4.1 SVC在电力系统中的应用
• 5.4.2 SVC的分类
• 5.4.3 SVC数学模型
• 5.4.4 算例仿真分析
• 5.5 本章总结
• 全文总结与研究展望
• 全文总结
• 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文及参与科研项目