电力系统静态电压稳定域的可视化方法研究

20世纪80年代以来，随着电力系统规模的不断扩大，电压稳定性问题已经成为电力系统安全运行的严重威胁。在电压稳定性的监控过程中，调度人员如果能及时准确地掌握系统运行点到系统静态电压稳定边界的距离，就能使系统有效避免电压失稳事故。为此，学者们希望通过监控某些能够反映电力系统电压稳定性强弱的指标来确保系统的电压稳定性。然而，由于所发展的各种指标与系统运行参数之间几乎都不存在线性关系，因此难以预测运行点到达稳定域边界的距离。与指标类方法不同，“域”的方法对电力系统静态电压稳定域直接进行描绘。在已知该“域”边界的情况下，运行人员根据运行点与稳定域边界的相对位置不仅可以快速判断当前系统的电压稳定性，还可以直观地获知系统的电压稳定裕度信息。因此，电力系统静态电压稳定域的在线计算及可视化对于监视和控制系统的电压稳定性具有十分重要的应用价值。 目前已存在的电压稳定域的可视化方法仍以大量的数字仿真为基础，其应用需要较长的离线计算时间。本文专注于推导静态电压稳定域的快速计算方法，并针对电力系统的发电机功率注入空间以及割集功率空间，分别提出了方便快速的静态电压稳定域边界计算及可视化方法。在发电机功率注入空间上，本文推导出静态电压稳定域边界的切平面表达式，利用该切平面可以在一定范围内对运行人员所关心的电压稳定域边界局部进行可视化表达。由于电力系统的发电机注入空间一般都属于高维空间，本文还发展了一种可以选取敏感发电机节点的方法。利用该法可以有效选取对系统静态电压稳定性影响较大的发电机节点，从而对发电机注入空间实现可视化降维。此外，本文还发展了基于割集功率空间的静态电压稳定域可视化算法。该算法通过推导出的线性方程组可以在状态空间上快速估计出系统的静态电压稳定域边界局部，然后通过割集线路对应的潮流方程将这一局部映射到割集功率空间上，实现静态电压稳定域在此空间上的可视化。该方法计算速度快，而且通过将电压稳定域表达在割集功率空间上可以实现电压稳定域的表达空间的自然降维，并且更为符合运行人员的监控习惯。 利用本文提出的两种静态电压稳定域可视化方法，运行人员可以及时观察到其所关心的电压稳定域边界局部，并可方便快捷地监控系统的电压稳定性与电压稳定裕度。