基于PMU的电力系统电压稳定指标分析和预警系统研究

摘要

随着电力工业的快速发展，电压稳定问题日益突出，己成为电力系统所面临的挑战性课题，从而使电力系统电压稳定性成为近年来电力工作者最为关注的研究热点之一。
　　 电压稳定性是一个复杂的动态过程，对电压稳定的影响因素是多方面的。本文对电压稳定性机理进行深入的探讨，分别从负荷系统、传输系统和发电系统与电压稳定的关系进行了分析。并分析了系统中动态元件特性对电压稳定性的影响。最后对电压稳定的分类、定义、研究内容和研究方法进行了详细地探讨。
　　 PSS/E是功能强大的电力系统仿真软件。它提供了潮流计算、故障潮流、优化潮流、系统等值和动态分析等功能模块。本文首先对PSS/E中重要而常用的功能进行了解释和说明，接着利用负荷导纳模型法对其进行二次开发，得出连续潮流的计算程序。最后用PSS/E对华东电网进行进行了仿真分析。
　　 电压稳定指标是电力系统中电压稳定与否的标示，通过电压稳定指标来判断电压的稳定性。本文首先给出了基于常规潮流解的电压稳定指标，包括静态指标和动态指标。随着PMU技术的发展，电力系统中的重要数据可以通过PMU直接测得。本文开发了基于PMU的节点电压稳定指标VSIP、VSI和VSIZ，并对这些指标的本质进行分析，结果表明它们的本质是相同的。负荷特性对电压稳定性的影响很大，静态负荷模型(ZIP模型)中恒功率、恒电流和恒阻抗对电压稳定性的影响是不同的，本文对不同比例下三者对电压稳定的影响进行分析和算例仿真，结果证明恒功率的影响最大，恒电流的影响次之，恒阻抗的影响最小。动态负荷模型采用三阶感应电动机模型，开发了动态电压稳定指标MVSI。该指标是二阶的，在临界点附近呈强非线性，进而开发出线性化的动态指标LMVSI，并对该指标进行了仿真分析。仿真结果表明LMVSI具有良好的线性度。
　　 支路的传输能力对电压稳定性的影响是至关重要的。电压稳定预警需要对功率传输通道/支路的运行情况进行实时监测。已有的支路电压稳定指标仅适用于负荷功率因数恒定的情况。本文提出了综合考虑支路有功与无功的新指标LVSI，该指标适用于任何负荷功率因数的情况，并对该指标进行了详细的推导。在考虑支路电容的基础上，开发了支路电压稳定指标VOLSI。最后用IEEE14节点系统对该指标进行了测试，结果表明该指标能很好地反映支路的运行和电压稳定情况。
　　 发电机的无功储备对电压的稳定性有重要的影响。本文给出了指示发电机无功储备的指标RPRI和RPRTI。并利用IEEE14节点系统进行了仿真分析。最后综合考虑节点电压稳定指标、支路电压稳定指标和发电机无功储备指标三者的综合影响给出了电力系统实时电压稳定预警系统的框架。