基于PMU测量信息的电压稳定在线监测的研究

摘要

近些年来，在世界范围内由于电压失稳引起电压崩溃而导致电网的大面积停电事故时有发生，造成了很大的经济损失和社会影响。寻求合理的电压稳定安全指标，为电网电压在线监测提供技术手段，对全网系统的稳定运行具有重要的理论与实际意义。传统的基于潮流方程的电压稳定离线分析方法，不仅计算量大，而且难以实时跟踪实际系统运行方式的变化。随着相量测量技术的发展，PMU(Phasor Measurement Unit)已经在电网中广泛应用，为实时监控电网运行的动态过程提供了大量精确、可靠、高速的数据，使得在线实时分析与监测系统安全状态成为可能，为大负荷中心的电压稳定在线监测提供了新的解决思路。
　　电压稳定通常表现为一种局部现象，电压失稳往往从系统电压稳定性最薄弱的节点开始引发并逐渐向周围比较薄弱的节点（区域）蔓延，最终引起整个系统的电压崩溃。因此对电网运行人员来说，他们关注的是系统的电压薄弱节点分布及负荷增加过程中的电压薄弱节点的转移。
　　本文首先介绍了课题的背景和研究目的及意义，以及电力系统电压稳定性的定义和分类，进而对电压稳定分析方法进行了探讨。其次论文基于A地区电网模型及基础数据库对系统各种故障类型进行仿真分析，对A地区电网静态安全稳定进行评估，寻找使A地区电网失稳的关键事故并对其失稳因素开展研究。
　　然后通过联合PV曲线及灵敏度指标法和模态分析技术中的特征值分析法来辨识实际电网的电压薄弱节点及主要影响因素。连续潮流法可以计算出系统的最大传输功率及PV曲线，在此基础上，本文分别在系统当前稳态运行点和极限运行点处对系统进行灵敏度指标和全模态法技术的特征根分析计算各设备的参与因子指标，通过对比并综合其结果来更准确地识别电压薄弱节点以及系统运行方式变化时薄弱节点的转移情况，并以此为依据来配置PMU在线监测的量测点。
　　在此基础上，本文推导出了联合支路电压及支路潮流方程存在实数解的电压稳定指标以及基于此指标定义了综合两个运行断面下的支路状态的指标。最后采用EPRI36节点系统，依据PMU量测到的关键节点及支路的电气信息量对所提出的指标的有效性和可行性进行了仿真验证，能够实现电网电压的在线实时监测。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 选题背景

1．2 研究目的及意义

1．3 电力系统电压稳定性研究的现状分析

1．3．1 静态分析方法研究现状

1．3．2 动态分析方法研究现状

1．4 本文的主要研究内容

2 电力系统的电压稳定性概述

2．1 电压稳定性的定义及分类

2．1．1 电压稳定性的定义

2．1．2 电压稳定性的分类

2．2 电压稳定性与功角稳定性的关系

2．3 电压稳定性的失稳机理

2．3．1 电压失稳静态机理

2．3．2 电压失稳动态机理

2．4 电压稳定的分析方法

2．4．1 电压稳定的静态分析方法

2．4．2 电压稳定的动态分析方法

2．5 本章小结

3 电力系统的静态安全稳定分析

3．1 电力系统综合软件简介

3．1．1 PSASP简介

3．1．2 VSTAB简介

3．2 某地区实际电网的静态安全稳定分析

3．2．1 某地区电网简介

3．2．2 基础数据准备

3．2．3 A地区电网的静态电压稳定结果分析

3．2．4 基于电压稳定约束的A地区电网的最大传输功率及裕度分析

3．3 本章小结

4 电力系统电压薄弱节点辨识方法的研究

4．1 灵敏度分析法辨识电压薄弱节点

4．2 模态分析法确定电压薄弱节点

4．2．1 潮流方程降阶雅克比矩阵的模态分析法

4．2．2 改进全模态分析法

4．2．3 模态分析法各设备参与度

4．3 A地区电网算例仿真结果分析

4．3．1 灵敏度法计算结果

4．3．2 模态分析的特征值计算结果

4．3．3 A地区电网薄弱节点结论分析

4．4 本章小结

5 基于PMU测量数据的电压在线监测的研究

5．1 相量测量单元PMU概况

5．1．1 PMU的基本原理

5．1．2 PMU的基本结构

5．1．3 PMU的基本功能

5．2 考虑电压稳定的PMU的配置

5．3 基于改进Lvsi指标的电压综合指标的推导

5．3．1 传统的Lvsi指标

5．3．2 改进的Lv.pr指标

5．3．3 基于改进的Lv.pr指标的电压综合Lc.pr指标

5．4 在线监测整体实现方案

5．5 算例仿真及验证

5．5．1 A地区电网算例验证

5．5．2 EPRI36节点算例验证

5．6 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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