基于短路容量的电压稳定在线监测与控制方法研究

发布时间：2018-10-05 15:37

【摘要】：电力安全是国民经济和居民生活的重要保障,而电压稳定问题一直是电网安全稳定运行的重要威胁,已造成世界范围内的多起电网大面积停电事故。随着电力负荷的不断增加,以及资源、环境等因素的制约,电力系统的运行越来越接近其极限水平,系统面临的电压失稳风险也日益增大。因此,实现电压稳定的在线监测与控制对指导电网规避电压失稳风险,保障电力系统供电安全具有重要的意义。本论文针对中长期电压稳定问题,提出了一套基于短路容量的电压稳定在线监测与控制方法。论文首先对基于短路容量的电压稳定机理进行了深入和拓展研究,分析了现有基于短路容量的电压稳定指标存在的不足,提出了一种改进的电压稳定指标,并利用该指标分析了与中长期电压稳定性密切相关的系统元件作用于电压失稳的内在机理。然后,提出了一种电网中同步量测装置优化配置方法,以保障电压稳定在线监控方法的数据需求。在此基础上,提出了基于改进电压稳定指标的电压稳定在线监测方法与在线控制方法。最后,将所提出的电压稳定监控方法应用于实际电网,通过与电网实际自动电压控制(Automatic Voltage Control, AVC)方法的比较,验证了所提方法的有效性。论文的研究成果对现代电力系统电压稳定在线监控技术的发展具有一定的理论和工程应用价值。论文的主要内容及取得的成果如下： (1)提出了一种基于短路容量的改进电压稳定指标。新指标克服了现有指标由于存在恒功率负荷的假设,而不能准确判断含电压敏感性负荷电力系统电压稳定性的缺点。此外,利用提出的新指标,研究了发电机励磁限制器(Over Excitation Limiter, OEL)和有载调压变压器(Load Tap Changer, LTC)等在系统电压失稳过程中的动态作用机理,分析结果表明,OEL和LTC的动作会加速系统的电压失稳。 (2)针对系统可观性前提下的电网相量量测单元(Phasor Measurement Unit, PMU)最优配置问题,提出了一种考虑电网控制性解列策略的PMU优化布点模型。模型计及了零功率注入节点的特性,可有效减少电网对PMU的需求；引入了最大化测量冗余度的附加目标,可保证所得解的全局最优性和实用性。此外,模型还充分考虑了断线故障和PMU故障等对电网可观测性的影响。在多个IEEE测试系统和一个大型系统上的仿真表明：利用所提模型获得的PMU配置方案可以用最少的PMU保证电网在正常运行状态、单一故障状态、以及控制性解列运行状态下都是可观测的,从而确保了电网运行状态获取的连续性。 (3)提出了一种基于改进电压稳定指标的电压稳定在线监测方法。首先建立了一种基于递归最小二乘法的负荷模型参数在线辨识方法,避免了电压稳定在线监测过程中对负荷模型及负荷增长方式的假设。然后,提出了一种基于导纳矩阵增阶和补偿电流法的系统戴维南等值方法,可计及发电机和负荷模型的非线性,避免了传统方法对发电机和负荷模型的简化假设。在此基础上,提出了一种基于改进电压稳定指标的电压稳定监测方法,在IEEE10机39节点系统上的仿真结果表明所提方法可有效跟踪系统电压稳定水平的变化,准确定位电压薄弱节点及失稳节点。 (4)提出了一种基于短路容量的电压稳定控制模型及其求解方法。建立了一种考虑电压稳定性约束的电压稳定控制模型,通过系统侧发电机端电压控制和负荷侧无功补偿及切负荷等综合控制手段,保证故障情况下系统的电压稳定水平在允许的范围。提出了一种利用粒子群算法求解上述电压稳定控制模型的方法,并给出了基于短路容量的电压稳定控制方法的在线应用策略。在IEEE10机39节点系统上的仿真结果表明该控制方法能够有效保证系统故障后的电压稳定水平,维持系统电压稳定运行。 (5)将所提出的基于短路容量的电压稳定监控方法应用于实际电网中,开发了一套基于短路容量的电压稳定监控系统。利用电网实际故障数据,将该系统控制效果与电力系统实际AVC的控制效果进行了对比分析。结果表明,在控制变量基本相同的情况下,所提监控方法在电压调整、网损增量、电压稳定水平波动等方面具有比AVC更好的控制效果。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM712

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