中期电压稳定建模、仿真及二次电压控制对其影响分析

摘要

电网规模的迅速扩大、电源建设的相对滞后和电力市场运营方式的复杂化使得电力系统运行方式复杂多变。近年来因电压失稳而导致系统瓦解的电压崩溃事故在国外一些大电网多次发生，电压稳定问题愈加受到电力系统运行和研究人员的重视。 本文阐述了暂态及中长期电压稳定分析方法和建模要求，并根据中期电压慢动态的特点，采用与算法相适应的一套系统元件模型，对中期电压稳定有重要影响的发电机、励磁电流和电枢电流限制器、有载调压变压器和负荷建模，从而建立整个系统的准稳态模型；对QSS仿真算法的基本原理进行了阐述，通过时域仿真获得系统动态演变过程中的一系列暂态平衡点，从而可描绘出系统中期电压稳定的动态过程，并实现快速仿真。 本文分析了负荷动态特性、有载调压变压器(OLTC)动态特性和发电机组励磁系统的最大电流限制的作用对中期电压稳定性的影响。其中负荷模型决定着电压稳定研究结果的准确与可信程度，本文采用了一种非线性通用负荷动态模型，此模型能描述负荷的非线性静态行为和功率恢复特性，从而能提高电压稳定性研究结果的准确性。 二次电压控制是一种新型的电压控制方式，有许多问题值得研究。这些问题包括：如何建立二次电压控制系统的模型；如何将系统进行分区；如何选择主导节点；如何进行控制才能有效地防止系统电压失稳等。本文讨论了二次电压控制的建模以及电压控制区的划分和先导节点的选择等问题，同时以New England 10机39节点系统为例，通过仿真结果分析了有载调压变压器及二级电压控制对电压稳定的影响。说明在整个系统无功功率不足的情况下，OLTC只能改善局部节点的电压，而对改善整个网络的电压情况无补，甚至对系统的电压常常是有害的。证明了在电压失稳的过程中，二级电压控制可以从区域电压稳定的角度出发，协调本区域内各电压/无功支持源的无功出力，改善区域电压水平和提高系统电压稳定性。二级电压控制可有效地推迟电压崩溃的发生，提高系统的带负荷的能力。

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第一章绪论

1.1研究意义

1.2电压稳定的概念

1.3电压失稳机理

1.4中期电压稳定问题的分析方法

1.5本文主要工作

第二章中期电压稳定问题的数学模型

2.1同步发电机模型

2.2电枢电流限制器模型

2.3有载调压变压器模型

2.4负荷模型

2.4.1静态负荷模型

2.4.2电压稳定性分析的专用动态负荷模型

2.5网络模型

2.5.1基于导纳矩阵的注入电流形式

2.5.2节点功率平衡方程

2.6二级电压控制器模型

2.7系统准稳态模型

第三章中期电压稳定问题的快速仿真

3.1 QSS仿真方法的基本原理

3.1.1准稳态近似

3.1.2 QSS仿真的优势

3.2平衡方程的求解

3.2.1发电机组的求解方程

3.2.2网络的求解方程

3.2.3联立求解算法

3.3仿真步骤

3.4二级电压控制控制区域及其先导节点的选择

3.4.1电压控制区域的选择

3.4.2先导节点的选择

第四章算例分析

4.1 3机10节点系统算例

4.1.1正常运行时的计算结果

4.1.2扰动发生时的计算结果

4.2 10机39节点系统算例

4.2.1正常运行时的计算结果

4.2.2扰动发生时的计算结果

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

答辩委员会对论文的评定意见