电力系统大扰动下的电压稳定域和实用动态安全域

摘要

电力系统的广域互联以及电力市场重组过程中对经济性的考虑使得现代电力系统的运行越来越接近其稳定边界,从而对电力系统的动态安全分析提出了更高要求.本文以非线性动力学理论为背景,发现了复功率注入空间和节点电压相量空间中实用动态安全域边界的几何性质,探讨了复功率注入空间中实用动态安全域边界的变化规律,进一步揭示了暂态电压失稳机理,深入分析了功率大扰动情况下,有载调压变压器(OLTC)动态对电压稳定性的影响,提出了基于实用动态安全域与同步相量量测量相结合的电力系统在线安全监控的方法. 本文首先研究了功率大扰动下状态空间(变压器分接头和母线电压空间)和注入空间中的电压稳定域.通过大量仿真研究,分析了有关OLTC动态对暂态及中期电压稳定的影响,发现了临界功率扰动向量的经验律,据此得出了由仿真获得状态空间中电压稳定恢复域边界的命题并对该命题进行了证明.基于状态空间中电压稳定恢复域的经验律,发现了注入空间中保证电压稳定的安全域临界面的几何性质. 然后,本文对电力系统暂态电压稳定的机理进行了深入分析,研究了不同电动机比例时系统的暂态失稳模式,分析了电动机比例及发电机模型对暂态稳定临界切除时间(CCT)的影响.进一步,本文研究了复功率注入空间中实用动态安全域的边界性质,该空间中的安全域边界既可能对应上述暂态失稳模式中的一种,也可能同时对应着上述两种失稳模式.探讨了由超平面描述的该空间中安全域的临界面与真实边界的差异,发现了实用动态安全域临界面的迁移规律. 通过实际算例,给出了动态安全域临界面的迁移规律在暂态稳定概率求解和动态安全域解析求解方面的重要应用. 为了更好地利用含相量测量单元(PMU)的广域量测系统(WAMS)的同步量测量,本文首次引入了节点电压相量空间中动态安全域的概念.利用有功注入空间中动态安全域边界的临界面方程以及解耦潮流方程推导了节点相角空间中动态安全域边界的临界面方程并以实际算例对该安全域边界的几何性质进行了验证.提出了基于相关的动态等值把电力系统简化为较低维数的等值系统,进而利用等值系统相角空间中的动态安全域实现对原系统进行安全监控的方法. 进一步探讨了相角-电压空间中的实用动态安全域,推导了上述动态安全域空间中任一变化方向上系统稳定裕度的计算公式.

目录

文摘

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第一章绪论

§1.1引言

§1.2电力系统的稳定性

§1.2.1功角稳定

§1.2.2电压稳定

§1.2.3电力系统的可靠性、安全性和稳定性的关系

§1.3电力系统电压稳定的机理与研究方法

§1.3.1电压失稳的机理

§1.3.2静态分析方法

§1.3.3动态分析方法

§1.4电力系统动态安全分析中“域”的研究方法回顾

§1.4.1传统的动态安全分析方法

§1.4.2动态安全分析中“域”的研究方法及其一般性分类

§1.4.3大扰动下的电压稳定域

§1.4.4安全域的研究方法综述

§1.5本文的主要工作

第二章非线性动力学理论、电力系统稳定性及安全域相关理论

§2.1动力系统的基本概念

§2.2电力系统暂态稳定分析的数学模型

§2.2.1暂态稳定问题的一般数学描述和稳定边界的拓扑特性

§2.2.2电力系统稳定分析中元件的数学模型

§2.3电力系统动态安全域相关理论

§2.3.1动态安全域

§2.3.2动态安全域的微分拓扑性质

§2.4小结

第三章功率大扰动下电压稳定域的研究

§3.1引言

§3.2电力系统电压稳定域的定义和符号

§3.3单机-单负荷系统电压稳定恢复域的研究

§3.3.1电压稳定恢复域的仿真研究

§3.3.2 OLTC动态对电动机电磁转矩的影响

§3.4多机系统电压稳定恢复域的研究

§3.5多机系统注入功率空间中电压稳定安全域的研究

§3.6 小结

第四章电力系统暂态电压稳定以及复功率注入空间上的实用动态安全域

§4.1引言

§4.2典型系统中的暂态功角失稳和暂态电压失稳

§4.3电动机比例、载荷率及级联停运对暂态电压稳定的影响分析

§4.4电动机比例及发电机模型对暂态稳定CCT的影响分析

§4.4.1感应电动机比例对CCT的影响

§4.4.2发电机模型对CCT的影响

§4.5电力大系统中的暂态电压失稳现象

§4.6复功率注入空间上的实用动态安全域

§4.6.1复功率注入空间上实用动态安全域边界的几何性质

§4.6.2实际电力大系统复功率注入空间上的实用动态安全域

§4.7复功率注入空间上实用动态安全域边界的迁移规律

§4.7.1实用动态安全域边界的迁移规律

§4.7.2迁移规律应用之一：计及负荷模型不确定性的暂态稳定概率求解

§4.7.3迁移规律应用之二：含电动机负荷时系统安全域边界的解析求解

§4.8小结

第五章节点电压相量空间上的实用动态安全域与基于SPM的安全监视

§5.1引言

§5.2相角空间上的动态安全域及其微分拓扑特性

§5.2.1相角空间上实用动态安全域的临界面形式

§5.2.2相角空间上实用动态安全域的微分拓扑特性

§5.3算例系统

§5.3.1 4机11节点WSCC系统动态安全域边界

§5.3.2 10机39节点NewEngland系统动态安全域边界

§5.4相角空间上实用动态安全域的降维与基于SPM的电力系统安全监控

§5.4.1基于动态等值的实用动态安全域降维

§5.4.2基于SPM的电力系统安全监控

§5.4.3算例

§5.5节点电压相量空间与功率注入空间中稳定裕度的计算

§5.5.1稳定裕度的计算公式

§5.5.2算例

§5.6相角电压空间上的实用动态安全域

§5.6.1相角电压空间上动态安全域的定义

§5.6.2算例

§5.7小结

第六章总结

参考文献

附录

发表论文和参加科研情况

致谢