電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的研究畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 析的初期受到了很大的重視，對簡單系統(tǒng)的分析也較為理想。目前最常見的靈敏度判據(jù)有：、等，其中、和、分別為負(fù)荷節(jié)點、無功源節(jié)點的電壓和無功功率注入量，為電網(wǎng)輸送給負(fù)荷節(jié)點的無功功率與負(fù)荷無功需求之差。在簡單系統(tǒng)中，各類靈敏度判據(jù)是等價的，且能準(zhǔn)確反映系統(tǒng)輸送功率的極限能力，但在推廣到復(fù)雜系統(tǒng)以后，則彼此不再總是保持一致，也不一定能準(zhǔn)確反映系統(tǒng)的極限輸送能力。目前，靈敏度方法在確定系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)、評估控制手段的有效性方面仍具有良好的應(yīng)用價值。、模態(tài)分析法和奇異值分解法它們都是通過分析潮流雅可比矩陣來揭示系統(tǒng)的某些特性。特征值分析法將雅可比矩陣的最小特征值作為系統(tǒng)的穩(wěn)定指標(biāo)；模態(tài)分析法在假設(shè)某種功率增長方向的基礎(chǔ)上，利用最小特征值對應(yīng)的特征向量，計算出各節(jié)點參與最危險模式的程度；奇異值分析法和特征值分析法類似，最小奇異值對應(yīng)的奇異向量與特征值分析法對應(yīng)的特征向量有相同的功能，在數(shù)值計算中前者只涉及實數(shù)運算，后者可能出現(xiàn)最小特征值為復(fù)數(shù)的情況，故前者更受研究人員的歡迎。考慮到電壓和無功的強相關(guān)性，這三種方法在分析時往往采用降階的雅可比矩陣。電力系統(tǒng)是一個高度非線性系統(tǒng)，其雅可比矩陣的特征值或奇異值同樣具有高度的非線性，所以這三種方法都很難對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定程度作出全面、準(zhǔn)確的評價，但在功率裕度的近似計算、故障選擇等方面仍有較好的應(yīng)用價值。連續(xù)潮流法是求取非線性方程組隨某一參數(shù)變化而生成的解曲線的方法，其關(guān)鍵在于引入合適的連續(xù)化參數(shù)以保證臨界點附近解的收斂性，此外，為加快計算速度，它還引入了預(yù)測、校正和步長控制等策略。目前，參數(shù)連續(xù)化方法主要有局部參數(shù)連續(xù)法、弧長連續(xù)法及同倫連續(xù)法。在電壓穩(wěn)定研究中，連續(xù)潮流法主要用于求取大家熟知的PV曲線和QV曲線。由于能考慮一定的非線性控制及不等式約束條件，計算得到的功率裕度能較好地反映系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定水平，連續(xù)潮流法已經(jīng)成為靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析的經(jīng)典方法。非線性規(guī)劃法是將電壓崩潰點的求取轉(zhuǎn)化為非線性目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化問題，它以總負(fù)荷視在功率最大或任意負(fù)荷節(jié)點的有功功率最大為目標(biāo)函數(shù)，采用非線性優(yōu)化的方法來求解。相對于求解一個非線性方程組，求解一個非線性規(guī)劃問題要復(fù)雜得多，但它能較好地考慮各種等式、不等式約束條件的限制，在求解實際問題的時候具有更大的實用價值。目前，非線性規(guī)劃法已用于電壓穩(wěn)定裕度計算、電壓穩(wěn)定預(yù)防校正控制策略、最優(yōu)潮流、電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度等各種問題。零特征根法是一種直接計算系統(tǒng)臨界點的方法。它把臨界點特性用非線性方程組描述出來，并從數(shù)學(xué)上保證該方程組在臨界點處可解。在電壓穩(wěn)定研究中，一般將靜態(tài)電壓穩(wěn)定臨界點描述成具有非零左或右特征向量的形式，即求解如下形式方程組： 或 （21）兩式中的第一個方程描述了潮流關(guān)系，第二、三個方程一起說明潮流雅可比矩陣奇異、具有非零的左或右特征向量，根據(jù)需要第三個方程可采用模2范數(shù)等多種形式。零特征根法對初值的要求較高，需要采用一定的初始化策略。同時，零特征根法難以考慮不等式約束條件，而現(xiàn)有的幾種試圖考慮不等式約束的策略在實際系統(tǒng)下的效果都不佳，有待進一步研究。總之，基于潮流方程的靜態(tài)分析方法經(jīng)歷了較長時間的研究，并取得了廣泛的經(jīng)驗。但本質(zhì)上都是把電力網(wǎng)絡(luò)的潮流極限作為靜態(tài)穩(wěn)定極限點，不同之處在于抓住極限運行狀態(tài)的不同特征作為臨界點的判據(jù)。 動態(tài)分析方法電壓穩(wěn)定本質(zhì)上是一個動態(tài)問題，只有在動態(tài)分析下，動態(tài)因素對電壓穩(wěn)定的影響才能體現(xiàn)，才能更深入地了解電壓崩潰的機理以及檢驗靜態(tài)分析的結(jié)果。目前，動態(tài)電壓穩(wěn)定分析方法主要分為小擾動分析法和大擾動分析法，其中大擾動方面主要有時域仿真法及能量函數(shù)法。除此以外，還有非線性動力學(xué)方法。小擾動分析法是基于線性化微分方程的方法，僅適用于系統(tǒng)受到小擾動時的情形。它的主要思路是將描述電力系統(tǒng)的微分代數(shù)方程組在當(dāng)前運行點線性化，消去代數(shù)約束后形成系統(tǒng)矩陣，通過該矩陣的特征值和特征向量來分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和各元件的作用，其主要難點在于建立簡單而又包括系統(tǒng)主要元件相關(guān)動態(tài)的模型。目前，小擾動分析已用于有載調(diào)壓變壓器(OLTC)、發(fā)電機及其勵磁控制系統(tǒng)和負(fù)荷模型等對電壓穩(wěn)定影響的研究。潮流解的存在和小干擾電壓穩(wěn)定分析的重點在于把電力系統(tǒng)置于一個具有一定安全裕度的運行方式。電力系統(tǒng)遭受線路故障和其它類型的大沖擊，或在小干擾穩(wěn)定裕度的邊緣負(fù)荷的增加，都可能使系統(tǒng)喪失穩(wěn)定。這是系統(tǒng)動態(tài)行為的數(shù)學(xué)描述必須保留其非線性特性的原因。這方面的研究主要有時域仿真法和能量函數(shù)法。（1）時域仿真法是研究電力系統(tǒng)動態(tài)電壓特性的最有效方法,目前主要用來認(rèn)識電壓崩潰現(xiàn)象的特征，檢驗電壓失穩(wěn)機理，給出預(yù)防和校正電壓穩(wěn)定的措施等，適合于任何電力系統(tǒng)動態(tài)模型。但是，電壓穩(wěn)定的時域仿真研究還存在一些難點，主要包括時間框架的處理、負(fù)荷模型的適用性以及結(jié)論的一般化問題。（2）能量函數(shù)法是直接估算動態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的方法，可避免耗時的時域仿真，基本思想是利用能量函數(shù)得到狀態(tài)空間中的一個能量勢阱，通過求取能量勢阱的邊界來估計擾動后系統(tǒng)的穩(wěn)定吸引域，并據(jù)此判斷系統(tǒng)在特定擾動下的穩(wěn)定性。能量函數(shù)法在判斷暫態(tài)功角穩(wěn)定方面已取得了相當(dāng)多的成果，為系統(tǒng)中電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的識別和不同規(guī)模系統(tǒng)間電壓穩(wěn)定性的比較提出了良好的依據(jù)，但它對于具有復(fù)雜的動態(tài)特性和有損耗的輸電系統(tǒng)而言，并不能保證能量函數(shù)存在，目前在研究電壓穩(wěn)定方面仍處于起步階段。電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo)算法的研究都是針對線性化了的系統(tǒng)方程，即假設(shè)初始條件的微小變化只能導(dǎo)致輸出的微小變化，但由于電力系統(tǒng)是一個非線性的動力學(xué)系統(tǒng)，臨界點附近系統(tǒng)狀態(tài)的劇烈變化，使得臨界點附近這一假設(shè)往往不成立。有時，它也不能回答如果系統(tǒng)越過穩(wěn)定極限點時，其狀態(tài)將如何變化的問題。為了確保電力系統(tǒng)的安全性，人們尋找能夠分析并控制非線性作用的新方法，基于非線性動力學(xué)的研究日益增多，如中心流形理論、分岔理論和混沌理論，其中研究最多的是分岔理論[7]。分岔是非線性科學(xué)研究的一種現(xiàn)象，主要研究當(dāng)一組微分方程所描述的解的動態(tài)特性與方程所含參數(shù)的取值相關(guān)，并隨著參數(shù)取值的改變而發(fā)生的變化，包括系統(tǒng)一些重要特性，例如穩(wěn)定性、穩(wěn)定域和平衡點的變化。運用分岔理論能夠很好地分析電壓失穩(wěn)的機理，且能夠在一定程度上將功角穩(wěn)定與電壓穩(wěn)定問題聯(lián)系起來提供統(tǒng)一的數(shù)學(xué)分析基礎(chǔ)。目前存在的主要問題是要進行復(fù)雜的化簡運算以便減少大量的計算量，因此尚需進行廣泛深入的探索。電力系統(tǒng)具有非線性和不確定性特點，使得電力系統(tǒng)中的一些參數(shù)由于測量、估計或計算上的誤差具有一定的隨機性，擾動及其相應(yīng)的保護動作均是隨即過程，計及系統(tǒng)參數(shù)和擾動的隨機性進行電壓穩(wěn)定分析具有一定意義。根據(jù)負(fù)荷潮流雅可比矩陣奇異的可能性來定義電壓穩(wěn)定概率指標(biāo)，在30節(jié)點電力系統(tǒng)上校驗了該指標(biāo)的有效性。提出了一種進行電力系統(tǒng)電壓崩潰風(fēng)險評估的方法。該方法綜合考慮了電壓崩潰的概率和后果，量化了風(fēng)險指標(biāo)，通過兼顧風(fēng)險指標(biāo)和經(jīng)濟效益為確定系統(tǒng)的最佳運行方式提供了依據(jù)。6節(jié)點系統(tǒng)和IEEE 300節(jié)點系統(tǒng)的評估結(jié)果證明了該方法的可行性和有效性。盡管電壓穩(wěn)定靜態(tài)分析方法從原理上講并不嚴(yán)密，所得結(jié)果也難以令人信服，但卻計算簡單，且不需要難以準(zhǔn)確獲得的負(fù)荷動態(tài)特性。與此相對應(yīng)的電壓穩(wěn)定動態(tài)分析方法，不僅面臨著負(fù)荷動態(tài)建模的困難，而且在研究實際大規(guī)模系統(tǒng)時還存在著數(shù)值計算上的困難。因此人們對電壓穩(wěn)定靜態(tài)分析方法仍持積極的態(tài)度，并努力尋求潮流雅可比矩陣的性質(zhì)與系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性之間的關(guān)系。并在積極的探索將電力系統(tǒng)動態(tài)分析方法和靜態(tài)分析方法結(jié)合起來的電壓穩(wěn)定的分析方法。3 負(fù)荷模型的結(jié)構(gòu)[8] 電力系統(tǒng)負(fù)荷模型是指描述負(fù)荷端口的功率或電流隨其端口電壓和頻率變化特性的數(shù)學(xué)方程和相應(yīng)的參數(shù)。負(fù)荷模型分為靜態(tài)模型和動態(tài)模型兩大類。靜態(tài)模型適用于相對緩慢的過程，精確而言，指對于