基于pws的电力系统电压稳定性研究毕业设计(编辑修改稿)

基于pws的电力系统电压稳定性研究毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

（ ） 将式 ()代入式 ()式得： 22222   EUEUEQXEU （ ） 解得电压与受端负荷功率的关系为：   22222 4412121EPXEQXEQXEU （ ） 从上式可以看出， EU 的最小值当0441 222  EPXEQX时存在最低点的电压，既稳定运行时的临界电压22m in  EPXEP，可见，2EPX越大，既有功负荷越大，系统要求的最低稳定运行电压越高。 同时还可以看出受端有 功过大（ P）过大，或者系统输电电抗（ X）过大，或系统电压过低， 为了保护受端负荷的稳定运行，受端区域必须有足够的无功补偿，除了补偿无功负荷外，还必须向系统输入一定的无功，用来持受端母线电压有足够高的运行电压水平才能稳定运行。 当系统电源电动势 E下降，一般会导致受端母线电压随之降低，从而引起受端负荷 P、 Q值的变化。 假设P对电压变化不敏感取定值，当 E下降时， 降增大。 如果要保持原来的受端母线电压，那就要相应的增加受端的无功补偿，如果不能随 E的下降而相应的增大此无功补偿，受端母线电压将下降。 并且，通过送端与受端的功率比 较，可以看出线路功率损耗为： XUUUU rrssrs 22 cos2   （ ） 从式 ()可以看出，随着有功传输的增大，线路两端的相角差将增大，而从式 ()中可以看出，线路两端相角差增大，则线路上无功的损耗将增大，随着有功传输的增大，线路上消耗的无功也将增大。 并且可以看到，在传输相同的有功时，如果传输线路两端电压低，则相角差将增大，将导致消耗的无功也要增大。 陕西理工学院毕业论文 第 6 页 共 41 页 第三章 电压稳定的静态分析 电压稳定的静 态分析的基本原理 电压稳定的静态分析方法是沿时间轨迹捕捉不同时间断面上的系统状态。 通过假设断面上的系统状态变量的微分为零，从而将描述非线性动态电力系统的微分 — 差分 — 代数方程组简化为纯代数方程组。 由于早期的电压失稳事故多表现为中长期电压失稳过程，其时间跨度较长，而且通常是由于负荷的缓慢增长或系统输出功率转移而导致的，因此在较长的一段时期内，静态分析方法成为电压稳定研究的主流。 静态电压稳定性的研究经历了较长时间的积淀，取得了丰富的研究成果。 由于这种分析方法在一定程度上能较好地反应系统的电压稳定 水平，并能给出电压稳定性指标以及对状态变量、控制变量等的灵敏度信息，便于系统的监视和优化调整，能够较好地适应实际应用的要求。 在静态分析方法中，忽略了电力系统中动态元件的动力学特性，其所要求的系统元件模型相对简单，一般为稳态或准稳态模型。 随着对电压稳定认识的深入，越来越多的静态分析模型中考虑了系统实际调节和限制特性，使得静态分析方法更加符合电力系统实际。 在电力系统静态电压稳定分析中，发电机有功功率由发电机输出功率决定，另外由于励磁调节作用，使得发电机的母线电压幅值能够维持在一定范围内，所以 对于发电机节点，有功功率 P、电压幅值 V可以给定，而电压相角、无功功率 Q待求。 因此，发电机通常以 PV节点表示。 但在潮流计算过程中，有可能出现发电机节点为了维持给定的电压，无功出力可能超过容许范围，特别是当电力系统无功电源不太充裕时，往往出现 PV节点无功越界的现象。 因此，需对 PV节点的无功功率加以监视，当无功功率超出给定范围时，通常的做法是将该节点的无功处理固定在限制值上，将该节点由 PV节点转化为 PQ节点。 当然，若某些发电机的有功出力、无功出力给定，待求量为电压幅值和相角时，则将作为 PQ节点处理。 另外 ，由于在潮流计算中通常需指定一个平衡节点，节点的电压幅值和相角为给定，待求量为有功功率和无功功率，也称为 V节点。 负荷是电力系统的组成部分，负荷模型的选取是电压稳定研究的基础，在很大程度上影响电压稳定的分析结果。 由于电力系统负荷由各种不同种类的负荷所组成，不仅组成情况随时发生变化，而且各个节点的负荷构成也不尽相同，要准确的获得各个节点的负荷模型是很困难的。 因此，往往根据研究内同和目的的不同，对负荷模型也作相应的简化。 在潮流为基础的静态电压稳定分析中，通常只考虑负荷的静态特性模型。 电压稳定的 静态分析方法是建立在系统潮流方程的基础上，其电压稳定的临界点，在物理上是系统达到最大传输功率的点，在数学上是系统潮流雅可比矩阵奇异点。 因此，从本质上来说，静态电压稳定分析是研究潮流是否存在可行解的问题。 PV 曲线的介绍 电力系统电压失稳往往发生在系统接近最大传输功率运行阶段。 在临界状态下，如果负荷在增加相当小的数量，系统电压变回急剧下降，导致系统电压失稳。 PV曲线是一种基于电压稳定机理的基本静态电压稳定分析的工具，其中， P可以表示为某区域的总负荷，也可以表示传输断面或区域联络线上的传输功率， V为关 键母线电压。 通过建立负荷与节点电压的关系，能够形象地、连续地现实随负荷的增加，系统电压降低乃至崩溃的过程。 同时，通过计算系统中各节点的 PV曲线，能够得到关于系统电压稳定性的两个重要参量：负荷点的临界电压和极限功率，可用以指示系统的电压稳定裕度，表征各负荷节点维持电压稳定性能力的强弱。 陕西理工学院毕业论文 第 7 页 共 41 页 图 简单的电力系统 对于图 所示的简单电力系统： sinXEVP （ ） XVEVQ 2cos   （ ） 其中我们取 2EPXp 2QXq Vv，则： sinvp （ ） 2cos vvq  （ ） 将式 ()代入式 ()式得：  222 vqvp  （ ） 对于单位功率因数，42 vvp ；对该式求导并令其等于零，由此可求得临界电压和最大功率。     04221 3214   vvvvdvdp () 122v () cir tv () 以及 ax p () 另外，在功率最大点处，o45sin m ax1  ci rtvp。 对于电阻性负荷情况，可以证明当负荷电阻 R等于电源电抗 X时功率为最大值   RVXVX VX Epp cirtcirt 2222m axm ax  () 陕西理工学院毕业论文 第 8 页 共 41 页 当负荷为纯阻抗，表示送端发出的无功功率， Q表示负荷无功功率，求“电压崩溃临近指标（ Voltage Collapse Proximity Indicator,VCPI）”。 即有： XVEVQ 2 ()   021  VEXdVdQ () 2EVcirt () loa dXVXVX VV2222m ax 2  () 同样可验证有关最大功率的理论，以标准化形式表示如下 cirtv () axm ax  E XQq () 电压崩溃临近指标（ VCPI）的计算方法如下： 222EXXI gg  () 0222  XEQXE gg ()  XQXEEXE 421 222 () m ax2 11411EQXdQdQ g () 由以上计算结果知，当系统由空载变化到最大负荷时，电压 V的数值由 E降到，而 VCPI则从 1增加到无穷大。 这 表明在接近最大负荷功率时，如果负荷功率有一微小增量，则需要送端增加相当大的无功来满足负荷要求。 因此 VCPI可以看作为系统逼近电压崩溃的一种灵敏性指标，类似的灵敏性指标还有相应的无功备用的启动用量和无功损耗大小。 对于简单的模型，图 PV曲线，分别对应着不同负荷的功率因数。 功率因数越超前（并通过并联补偿来获得超前的负荷功率因数），最大功率值越大，相应的临界电压也越高。 这是电压稳定性问题中非常重要的一个因素。 陕西理工学院毕业论文 第 9 页 共 41 页 图 恒定电源（无穷大）和纯阻抗网络条件下的标 准化 PV 曲线 PV曲线的顶点对应着系统的负荷能力极限状态，即电压稳定的临界点。 PV曲线的上半支是高电压解或可行解，是系统能过稳定运行的平衡点，下半支是低电压解或不可行解，是系统不平衡点，当系统负荷逐渐增加将使得系统运行点从 PV曲线上半支向下半支过度，在拐点处系统将失去稳定，为电压运行的临界点。 VQ 曲线介绍 根据图 PV曲线，可以作出系统相应的 VQ曲线，当 P恒定时， Q和 V之间对应的关系（每个功率因数对应两个点）如图。 图 单电源单负荷系统 的 VQ 曲线 陕西理工学院毕业论文 第 10 页 共 41 页 由图可以看出，高负荷水平下的临界电压值很高，因此无功裕度小，电压稳定性差。 曲线的右侧，是电压稳定的，代表系统的正常运行区域，其斜率可以表示母线的电压稳定性强弱；左侧，是电压不稳定的，代表系统的不稳定运行区域；曲线的底部，为电压稳定的临界点。 对于大型电力系统， VQ曲线可以通过一系列潮流计算求得。 它表示关键母线电压与该母线无功功率之间的关系。 假设在潮流计算程序中，观测母线装有虚拟同步调相机，不收无功功率限制，为PV节点，通过设置不同端电压值，得到对应的无功功率输出值，然后将电压作为 独立变量，为横坐标，无功功率作为纵坐标，且容性为正，感性为负，即可得到 VQ 曲线。 VQ曲线能够反映母线的无功裕度。 如果曲线的最低点在 V轴的上方，曲线与 V轴无交点，则表示系统的无功不足，若没有无功注入，则无法运行，需要附加无功补偿避免电压崩溃。 如图 的 p= p=，其最低点与 V轴的垂直距离代表一个负的无功裕度，表明系统运行中，至少需注入的无功功；如果去曲线的最低点在 V轴的下方，则曲线将与 U轴存在两个交点，如 p=0和p=，其最低点与 V轴的垂直距离表示系统具有的无功裕度。 通过 VQ曲线，可以了解电压稳定性和无功补偿要求，而且获得曲线的计算速度快，收敛性好，能够反映无功补偿的需求、无功裕度以及电压的稳定性。 因此， VQ曲线在电压稳定分析领域的应用相当广泛。 但是 VQ曲线也存在自身的局限性，当系统规模大时，如果需要对很多节点的每个功率水平和每个故障计算 VQ曲线，计算量很大。 除此之外 VQ曲线只能给局部补偿的要求，不能给出全局的最优补偿方案。