负荷不确定性建模与静态电压稳定风险评估

摘要

近年来，电力系统的网络拓扑、发输电方式、控制管理手段、负荷类型等因素发展变化迅猛，保障系统静态电压稳定面临更多挑战。现有文献针对静态电压稳定领域的研究成果主要存在以下三点不足：（1）对负荷的不确定性建模过于简单，鲜有文献同时涵盖来自综合负荷初荷耗量、负荷增长方向及功率因数、负荷出现增长节点三个阶段中随机因素的影响；（2）连续潮流方法局限于确定性研究领域，其采用的恒功率负荷模型过于理想，未能计及实际负荷特性及存在于负荷中随机因素的影响；（3）风险评估指标极少分节点、线路及系统三个层面构建，多数指标仍以机理性推导为基础，从最大传输容量、雅可比矩阵特征值、灵敏度等角度进行确定性评价。
　　本文以建立负荷不确定性模型、改进连续潮流算法和构建静态电压稳定风险评估体系为基础，提出一种基于负荷不确定性建模的静态电压稳定风险评估方法。
　　负荷不确定性模型包括三部分：首先采用改进模糊聚类方法、Cholesky分解和多维正态分布抽样技术得到初始负荷波动模型；之后以历史负荷数据为基础，以相关系数和互信息量为评判体系，根据负荷曲线相似度将节点分群，得到负荷出现增长的节点群识别模型；最后基于蒙特卡罗方法，同时计及负荷增长方向及增长过程中功率因数的随机变化，建立负荷随机增长模型。本文提出的负荷不确定性模型能够更实际地模拟电网负荷变化状态，且易于植入潮流算法中。
　　针对传统连续潮流算法在模拟负荷特性和计及不确定性因素方面的不足，本文提出一种含负荷不确定性模型的蒙特卡罗-改进连续潮流算法。该方法通过修改节点导纳矩阵、化简网络结构，使得连续潮流算法能够计及综合负荷特性的影响；利用二分搜索技术提高运算效率、克服连续法求解电压崩溃点的早熟问题；将含综合负荷模型的连续潮流算法与蒙特卡罗方法结合，使其能够计及存在于负荷中的不确定性因素，该算法还可方便计及电网中各种元件的概率分布特性。通过算例分析及算法对比，验证了本文所提算法的正确性及其优异性能。
　　静态电压稳定风险评估体系主要包括负荷不确定性建模，潮流运算模型和风险评估指标三部分。首先根据历史负荷数据建立负荷不确定性模型，之后采用含负荷不确定性模型的蒙特卡罗-改进连续潮流算法进行潮流运算，最后计算风险评估指标，识别高静态稳定运行风险区域。风险评估指标包括全网平均载荷风险指标、节点低压载荷风险指标、线路传输功率占比风险指标和线路传输极限裕度风险指标四类，分别描述整个系统、线路和节点三个层面的静态电压稳定风险。
　　最后以太原110kV电网为例，从风险水平、薄弱区域、参数概率密度分布等角度，对系统分别进行全局性和局部性风险评估。同时，分别分析计算了负荷特性、负荷变化场景、仿真参数设置对风险评估结果的影响，验证了静态电压稳定风险评估方法的有效性。

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第一章 绪论

1.1课题提出的背景和意义

1.2静态电压稳定性问题的国内外研究现状

1.3论文的主要工作及创新点

第二章 不确定性负荷模型

2.1初荷波动概率分布模型

2.2负荷出现增长的节点群识别模型

2.3负荷随机增长模型

2.4本章小结

第三章 含负荷特性及不确定性的蒙特卡罗-改进连续潮流算法

3.1经典连续潮流算法

3.2含综合负荷模型的改进连续潮流算法

3.3含负荷不确定性模型的蒙特卡罗-改进连续潮流算法

3.4算例分析

3.5本章小结

第四章 基于蒙特卡罗-改进连续潮流算法的静态电压稳定性风险评估

4.1多层次风险评估指标

4.2静态电压稳定风险评估流程

4.3算例分析

4.4仿真条件设定对静态电压稳定风险评估的影响

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1 主要研究成果与结论

5.2有待进一步开展的工作

附录

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的成果