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電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定與無功控制的研究42

發(fā)布時間:2016-10-27 17:53

  本文關鍵詞:電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定與無功控制的研究,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。


1.緒論;1.1論文的研究背景及意義;電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定與無功控制的研究是電力系統(tǒng)規(guī)劃和;近年來,隨著電力工業(yè)的發(fā)展,電力系統(tǒng)規(guī)模日益擴大;從國內外一些大的電力系統(tǒng)事故的分析來看,發(fā)生電壓;(1)系統(tǒng)的運行結構調整頻繁,運行工況不斷變化;;在我國電壓不穩(wěn)定和電壓崩潰出現(xiàn)的條件同樣存在,首;地使用;另一方面,以往的工業(yè)實踐都是采用確定性方法進行電;1.2電力系統(tǒng)

1.緒論

1.1論文的研究背景及意義

電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定與無功控制的研究是電力系統(tǒng)規(guī)劃和運行分析中的重要課題。電力系統(tǒng)實施無功電壓控制是提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性和經(jīng)濟性,保證系統(tǒng)的供電質量,防止系統(tǒng)發(fā)生電壓崩潰的必要措施。長期以來,無論是經(jīng)典的還是現(xiàn)代的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性理論及其分析方法,其關注的重點均為系統(tǒng)的角度穩(wěn)定性,尤其是集中在系統(tǒng)受到大的擾動或故障沖擊后其暫態(tài)行為特征方面。對這一問題的機理,人們已有了較清楚的認識,并發(fā)展出一套完備的分析方法和控制措施。

近年來,隨著電力工業(yè)的發(fā)展,電力系統(tǒng)規(guī)模日益擴大,逐步進入高電壓、大機組、大電網(wǎng)時代,同時伴隨電力改革和電力市場的實踐,長線路、重負荷及無功儲備不足的特征逐漸突出,系統(tǒng)的電壓安全裕度傾向于越來越小,使電力系統(tǒng)常常運行在穩(wěn)定的邊界;而目前系統(tǒng)運行操作人員并不能準確掌握系統(tǒng)的電壓安全狀態(tài)。所以事故發(fā)生時,缺乏足夠的安全信息來采取相應的措施,導致了事故的擴大。

從國內外一些大的電力系統(tǒng)事故的分析來看,發(fā)生電壓崩潰的一個主要原因就是無法預計負荷增長或事故發(fā)生后可能導致的電壓不穩(wěn)定/崩潰的程度和范圍,難以擬定預防和校正的具體措施。此外,電力系統(tǒng)還具有許多固有特性,如:

(1)系統(tǒng)的運行結構調整頻繁,運行工況不斷變化;(2)負荷波動,諧波干擾以及隨機擾動難以估計;(3)規(guī)模龐大,維數(shù)高,控制分散性強,完整的運行信息難以獲。(4)存在飽和、死區(qū)、限幅等強非線性因素;(5)時變性強,對控制速度要求很高。這些特性使建立電力系統(tǒng)的精確模型變得極為困難,而且即使建立了較精確的數(shù)學模型,其結構也過于復雜,難以實現(xiàn)快速有效的實時控制。因此,實時在線評估電力系統(tǒng)電壓安全、預測電壓崩潰是十分重要的。

在我國電壓不穩(wěn)定和電壓崩潰出現(xiàn)的條件同樣存在,首先我國電網(wǎng)更薄弱,并聯(lián)電容器的使用更甚,再加之城市中家用電器設備的巨增,我國更有可能出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定問題。目前國內電壓穩(wěn)定問題“暴露的不突出”,原因之一可能是由于大多數(shù)有裁調壓變壓器分接頭(OLTC)末投人自動以及電力部門采用甩負荷的措施,而后一措施應該是防止電壓不穩(wěn)定問題的最后一道防線,不應過早地或過分

地使用。將來電力市場化之后,甩負荷的使用將受到更大的限制。因此在我國應加緊電壓穩(wěn)定問題的研究。

另一方面,以往的工業(yè)實踐都是采用確定性方法進行電壓穩(wěn)定性和無功控制進行評估,這是在電力系統(tǒng)傳統(tǒng)壟斷結構下常用的方法。它是按照“最嚴重事故決策標準”來獲得某一特定狀態(tài)下的系統(tǒng)安全狀態(tài),分析的結果過于保守,付出了較大的經(jīng)濟代價。隨著電網(wǎng)互聯(lián)的發(fā)展,控制的日益復雜,以及電力市場環(huán)境下能量交易量和不確定性的增加,概率性估計方法和準則可能成為必需。而神經(jīng)網(wǎng)絡模型正是通過學習、培訓建立概率性模型,更能適應現(xiàn)今電力系統(tǒng)的需要,因此具有廣闊的研究前景和應用價值。

1.2 電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定與無功控制國內外研究現(xiàn)狀

早在上世紀 40 年代,蘇聯(lián)學者馬爾柯維奇就提出電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問題,但由于當時電力系統(tǒng)的電壓等級、機組容量、網(wǎng)絡規(guī)模及互聯(lián)水平的限制,這個問題在當時并不突出。然而隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展,大容量電廠和大規(guī)模電力系統(tǒng)的出現(xiàn),電壓問題已經(jīng)不僅僅是一個供電質量問題,還關系到大系統(tǒng)安全運行和經(jīng)濟運行。隨著電力系統(tǒng)向大電網(wǎng)、高電壓和遠距離輸電發(fā)展,上世紀70 年代以來世界上一些大電網(wǎng)(例如美國、日本、法國、瑞典、比利時等)連續(xù)發(fā)生以電網(wǎng)崩潰為特征的電網(wǎng)瓦解事故,導致大面積長時間停電,給社會造成巨大的經(jīng)濟損失和社會生活紊亂,60 年代以來,電壓失穩(wěn)事件在一些國家的電網(wǎng)中多次發(fā)生(見表1.1)。

表 1.1 60 年代以來與電壓崩潰相關的國際大停電事故

前的研究工作按照其目的的同可以分為三大類:電壓失穩(wěn)現(xiàn)象機理探討、電壓穩(wěn)定安全計算和預防/控制措施研究。

(1)電壓失穩(wěn)機理探討:其目的是要弄清楚主導電壓失穩(wěn)發(fā)生的本質因素,以及電壓穩(wěn)定問題和電力系統(tǒng)中其它問題的相互關系,電力系統(tǒng)中眾多元件對電壓穩(wěn)定性的影響,在電壓崩潰中所起的作用,從而建立起分析電壓穩(wěn)定問題的恰當系統(tǒng)模型。在這方面主要的研究手段有定性的物理討論、電壓崩潰現(xiàn)象的剖析、小干擾分析方法和時域仿真計算。早期的靜態(tài)研究中機理認識集中體現(xiàn)在P-V曲線和Q-V曲線分析、潮流多解的穩(wěn)定性分析和基于靈敏度系數(shù)的物理概念討論。動態(tài)因素受到重視以后,負荷的動態(tài)特性,OLTC的負調壓作用受到了普遍關注。目前普遍認為無功功率的平衡、發(fā)動機的無功出力限制、OLTC的動態(tài)和負荷的動態(tài)特性與電壓崩潰關系密切。但是對電壓崩潰的機理認識還很不一致,不同研究人員所采用的系統(tǒng)模型也有很大差別,這種現(xiàn)狀表明迫切需要全面深入地分析電壓穩(wěn)定問題,分析它與電力系統(tǒng)中其它問題的相互關系,弄清各種因素的作用,抓住問題的本質,為不同情況下的電壓穩(wěn)定研究建模提供必要的指導原則。

(2)電壓穩(wěn)定安全計算:主要包括兩個方面,即尋找恰當?shù)姆(wěn)定指標和快速且有足夠精度的計算方法。電壓穩(wěn)定指標(多為靜態(tài)指標)總體上分成兩類:裕度指標和狀態(tài)指標。目前已提出的主要有:各類靈敏度指標、最小模特征值指標、電壓穩(wěn)定性接近指標、局部指標、負荷裕度指標等,F(xiàn)在又提出了很多新的指標,如文獻[3]的快速電壓穩(wěn)定指標FVSI,通過常規(guī)潮流程序計算每條線路的靜態(tài)穩(wěn)定指標,并按指標排列。從而確定特定運行點到崩潰點的距離,來判斷系統(tǒng)的安全性。這個指標實現(xiàn)容易、計算簡單、概念清晰,且預測結果較精確,可作為警告指標來預防電壓崩潰;文獻[4]在線電壓穩(wěn)定指標Lvsi, 反映的是系統(tǒng)在當前運行狀態(tài)下,某一支路電壓穩(wěn)定的程度;文獻[5]基于網(wǎng)損靈敏度理論的二階指標ILSI,可以很好指示電壓穩(wěn)定水平,并具有良好的線性度,也可用于在線評估;文獻[6]提出將整個系統(tǒng)等值為一個簡單的兩節(jié)點系統(tǒng),在此基礎上計及感應電

動機負荷,得到負荷母線在線小干擾電壓穩(wěn)定指標。

兩類指標都能給出系統(tǒng)當前運行點離電壓崩潰點距離的某種量度。狀態(tài)指標只取用當前運行狀態(tài)的信息,計算比較簡單,但存在非線性;而裕度指標能較好地反映電壓穩(wěn)定水平,但其計算涉及過渡過程的模擬和臨界點的求取問題,計算量較大。從目前研究看,盡管許多電壓穩(wěn)定指標已被提出,,但由于各種指標都采用了不同程度的簡化,其準確性與合理性需要進一步驗證和改進。

這方面目前需要解決的主要有以下三個問題:①快速、準確的指標計算方法;②根據(jù)動態(tài)機理對各類指標的合理性、準確性進行檢驗,為運行部門選擇指標提供依據(jù);③在快速算法中計及影響電壓穩(wěn)定的主要動態(tài)元件的作用,比如發(fā)電機無功越限和負荷特性的影響等。

(3)預防/控制措施的研究:以日本和法國采取的事故對策最為出色。前者強調增強事故狀態(tài)下的電壓控制能力,后者以其對電壓崩潰過程的時段的劃分,側重于事故發(fā)生前的緊急狀態(tài)下的預防措施。目前普遍認為,加強無功備用、提高無功應變能力、防止無功功率的遠距離傳輸、緊急切負荷、閉鎖甚至反調OLTC是預防嚴重事故的有效措施。

電壓穩(wěn)定研究作為電力系統(tǒng)領域的一個重要的實際課題,在近三十年來取得了許多重要的成果,一些電網(wǎng)工程人員研制了電壓穩(wěn)定分析和監(jiān)測應用軟件。但目前理論研究和應用實踐表明,對電壓穩(wěn)定問題的認識深度和已取得的成果還遠遠不能與功角穩(wěn)定問題研究所取得的理論認識深度及應用成果相比擬,還不能通過對電壓穩(wěn)定全面的分析、預防、監(jiān)測、控制確保電力系統(tǒng)的安全可靠運行。因此目前仍然存在的問題和今后可能的研究方向主要有:

(1)電壓崩潰的機理研究;

(2)對各種元件的動態(tài)特性還缺乏全面的分析和統(tǒng)一的認識,負荷建模仍然是電壓穩(wěn)定研究的最大難題;

(3)影響電壓穩(wěn)定的主要隨機因素的統(tǒng)計特性的獲取,以及這些隨機因素統(tǒng)計特性比較復雜時,如何進行電壓穩(wěn)定概率分析;

(4) 根據(jù)各種不同的電壓穩(wěn)定裕度指標,開發(fā)相應的監(jiān)測應用軟件,使電壓穩(wěn)定的研究成果真正地為電力系統(tǒng)服務。

就我國而言,現(xiàn)代化建設正處于蓬勃發(fā)展,我國將迎來電網(wǎng)建設的高潮。根

據(jù)我國電網(wǎng)的發(fā)展勢態(tài)以及對電力負荷增長需求,電力系統(tǒng)的規(guī)模將越來越大,將要發(fā)展系統(tǒng)中的互聯(lián),無論在容量上、網(wǎng)絡的復雜程度上,或者地區(qū)的跨度上都在迅速地增加。展望今后電力系統(tǒng)的發(fā)展,各方面的原因將使系統(tǒng)穩(wěn)定性問題變得愈加突出。借鑒國外電壓崩潰事故,研究電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性,防止電壓崩潰事故的發(fā)生,具有特別重要的意義。

1.3本文的主要內容及思路

主要內容:

(1) 電力系統(tǒng)的電壓無功控制

(2) 在臨界狀態(tài)附近的無功電壓控制分區(qū)

(3) 電力系統(tǒng)無功源配置的研究

(4) 撰寫論文。

本論文重點研究內容:無功電壓控制分區(qū)和無功源優(yōu)化配置,本人先對對電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定和電壓無功控制的研究進行了系統(tǒng)的闡述,并將通過大量地、廣泛地閱讀專業(yè)期刊、雜志、相關學術著作,對電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定與無功控制進行深入研究

2 電力系統(tǒng)的無功

在電網(wǎng)對用戶輸電的過程中,電網(wǎng)要提供給負載的電功率有兩種:有功功率和無功功率。有功功率(p)是指保持設備運轉所需要的電功率,也就是將電能轉化為其它形式的能量(機械能、光能、熱能等)的電功率;而無功功率(Q)是指電氣設備中電感、電容等原件工作時建立磁場所需要的電功率。

2.1無功功率的基本概念

無功功率比較抽象,它主要用于電氣設備內電場與磁場的能量轉換,在電氣設備中建立和維護磁場的功率。它不表現(xiàn)對外做功,由電能轉化為磁能,又由磁能轉換為電能,周而復始,并無能量損耗。特別指出,無功功率并不是無用功,只是它不直接轉化為機械能、熱能等為外界提供能量,作用卻十分重要。

電機運行需要旋轉磁場,就是靠無功功率來建立和維持的,有了旋轉的磁場,才能使轉子轉動,從而帶動機械的運行。變壓器也需要無功功率,才能使一次線圈產(chǎn)生磁場,二次線圈感應出電壓,凡是有電磁線圈的電氣設備運行都需要建立

 

 

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