考虑事件时序的长期电压稳定分析与控制

摘要

电力系统规模的日益增长、交直流联合输电系统、分布式电源和智能电网等电网新形势的发展造成了电力系统复杂程度的提高，这在一定程度上为大规模电力系统失稳埋下了隐患。数次大停电事故表明，系统从初始状态到失稳状态的过程中伴随着电压一个比较长时间的下降过程。本文主要关注长期电压失稳的研究，建立长期电压失稳分析模型，探究长期电压失稳机理，建立长期电压稳定预防控制模型，以进行更有效的电压控制策略选择。
　　一般来说，长期电压稳定性分析中主要考虑OLTC的动态、发电机的过励磁限制、负荷变化以及各种动态元件的作用等。本文主要关注由负荷变化引发的系统控制措施（OLTC和过励磁限制等）动作和支路开断等离散事件而造成的电压失稳，并制定更有效的电压控制策略。
　　长期电压稳定分析需要兼顾分析的准确性和时间耗费。全时域仿真法考虑了电力系统的动态元件的作用，可以比较精确地反映长期范围内的电压变化趋势，但是由于仿真时间过长而限制了其在实际当中的应用，所以需要选择合适的方法来建立长期电压稳定分析模型。本文采用时序潮流法来对长期电压稳定性进行分析，此方法基于静态潮流方法，由负荷变化驱动，通过对下一状态点进行预估及校正来获得潮流数据，在过程中计及OLTC动作、发电机过励磁限制、线路潮流越限及事故处理，并加入系统电压失稳判别，可以快速进行电压分析。将获得的离散事件与潮流的对应关系映射到预测的负荷曲线上，可以获得时间标记的离散事件序列。此方法能给出当前运行点距离系统解列点或者电压失稳点的负荷裕度和时间裕度。运用新英格兰10机39节点系统验证了提出的时序潮流法的有效性。
　　为防止系统电压失稳事故的发生，需要建立有效的预防控制模型来选择合适的控制策略。模型的建立需要保证计算的精确性并能适应在线应用的要求。基于自组织临界理论的大停电事故模型用于长期的电力系统失稳分析，包含发电机扩容、线路扩容和负荷增长等慢动态，侧重于电网演化。而本文关注于更为符合实际应用的预防控制策略，所以本文提出了时序最优潮流法来建立预防控制模型。此模型采用两层时间框架，上层为负荷预测和电压态势调节部分，用于对系统进行预想事故集的筛选、电压态势调节节点的选择以及电压约束范围的设定;下层运用上层给出的各种参数用于对实际负荷情况下的最优潮流计算。此种预防控制策略在满足减小网损目标的同时考虑了无功分布的均衡，使控制策略的制定更加准确，避免了由于控制策略选择不恰当而对长期电压稳定性造成潜在影响。通过IEEE30节点算例，验证了提出的时序最优潮流方法与传统方法相比的有效性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 长期电压稳定研究现状

1．2．1 电压稳定研究方法

1．2．2 长期电压失稳分析及预防控制策略

1．3 本文主要工作

第二章 静态方法描述长期电压稳定问题

2．1 简单系统描述电压问题

2．2 电压失稳现象

2．2．1 系统最大功率限制

2．2．2 系统薄弱区域

2．2．3 电压失稳路径及失稳区域

2．3 电压稳定控制措施与方法

2．3．1 电力系统元件特性对电压稳定影响

2．3．2 电压稳定调节方法

2．4 本章小结

第三章 考虑事件时序的长期电压稳定分析

3．1 长期电压稳定分析方法简介

3．2 时序潮流

3．2．1 负荷变化驱使的慢动态

3．2．2 含负荷增长系数的潮流方程

3．2．3 预估潮流值

3．2．4 校正潮流值

3．2．5 时间标记的离散事件序列

3．3 电压失稳检测

3．3．1 网络分离后的功率平衡

3．3．2 新的潮流初始值计算

3．4 时序潮流进行长期电压稳定性分析

3．5 仿真分析

3．5．1 算例系统

3．5．2 仿真结果

3．6 本章小结

第四章 基于时序最优潮流的长期电压预防控制策略

4．1 时序最优潮流

4．2 时序最优潮流下层优化问题

4．3 时序最优潮流上层优化问题

4．3．1 基于预测负荷曲线的预想事故集筛选

4．3．2 选取电压态势调节节点

4．3．3 节点电压约束范围的自调整

4．4 时序最优潮流在长期电压稳定优化的应用

4．4．1 最优化问题的求解

4．4．2 时序最优潮流进行电压优化控制流程

4．5 仿真分析

4．5．1 最大负荷处进行故障筛选有效性

4．5．2 电压态势调节有效性

4．5．3 电压预防控制策略

4．6 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的课题研究