电力系统电压稳定理论若干关键问题研究

近年来,电压稳定问题受到更多关注。由于电力需求的不断增长及电网的互连,受经济和环境的制约,电力系统的运行越来越接近其极限状态,电压稳定问题日益突出。本文主要针对电力系统电压稳定问题进行研究。 概述了电力系统电压稳定性研究背景及该领域的研究现状。介绍了电压稳定的定义与分类,对电压稳定的静态和动态分析方法进行了总结,并给出了相应的评述。讨论了研究中常用的负荷静态和动态模型及其对电压稳定性的影响。分析了电压失稳的几种典型场景并介绍了防止电压失稳的常用控制措施。 讨论了用于求解动态非线性方程组的平衡点延拓算法,可以用来研究动态系统的平衡点随系统参数改变的演化情况。介绍了用于动态系统数值分析的延拓算法,包括参数自然延拓法、弧长延拓法及拟弧长延拓法。在此基础上,研究了同伦延拓算法和局部参数延拓算法在电力系统电压稳定性分析中的应用。 进行了动态电压稳定性研究。采用局部参数延拓法追踪系统的平衡解流形,由获得的平衡点出发,在计及系统元件动态特性的情况下,利用小扰动分析法分析了电力系统的动态电压稳定性,用数值计算方法形成了系统的状态矩阵。分析了各元件数学模型对动态电压稳定性的影响。 对电压稳定和功角稳定的关系进行了研究。采用状态变量的模式参与因子进行电力系统静态稳定和动态稳定的失稳类型判别。在静态失稳类型判别中,状态变量为各母线电压幅值及角度。在动态稳定类型判别中,状态变量对应于系统动态元件的状态变量。分析表明,所提方法能有效判别系统电压稳定和功角稳定的类型,同时可以获得静态电压稳定的薄弱区域。 论文研究了通过对系统中发电机无功出力的管理,提高系统电压稳定裕度的方法。把安排无功出力增进系统电压稳定性的问题转化成一个优化问题,采用准梯度进化算法求全局最优解。在搜索过程中,利用模式分析技术指导寻优的方向。结果表明,所提出的方法具有较好的收敛速度与寻优能力,能够在尽可能多地保留系统无功储备的情况下,提高系统的电压稳定裕度,同时减少系统的有功及无功损耗。 论文还提出了一种基于广域测量系统的电压稳定评估方法。通过局部同步相量的多次测量,把整个系统最终简化为一等效的戴维南两节点系统。然后,研究了发生节点电压稳定问题时负荷阻抗模值与戴维南等效电路阻抗模值的关系。给出一种能反映这两个阻抗模值关系的节点电压稳定性指标。