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《上海交通大学》 2010年
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含STATCOM的动态电压稳定分析研究

陈闽江  
【摘要】: 随着全国联网工程的快速建设,我国大区电网间联系将得到不断加强,已形成了以大机组、超高压、远距离、重负荷、大区互联和交直流联合输电为特点的超大非线性动态系统,各地区间可有效进行相互功率支援,实现资源的有效配置、提高电网运行可靠性和经济效益。但是,电网规模的不断扩大也带来了电力系统电压稳定性问题,电网发生故障的可能性大大增加。如何提高系统电压稳定水平,防止电压崩溃事故的发生一直是电力系统安全运行必须考虑的问题。灵活交流输电系统技术出现后,世界各国的研究人员对其进行了大量的研究,主要集中在利用FACTS设备提高电力系统功角稳定性,防止次同步振荡,控制系统潮流分布和提高用户侧电能质量等方面的运用,对包含FACTS元件的系统规划和稳定控制策略也一直是研究的热点。本文对包含感应电动机的系统进行了电压稳定分析,同时研究了STATCOM在不同负荷条件下对系统的补偿作用,对动态系统并计及STATCOM的无功补偿建立了电压稳定概率评估方法,并在FACTS设备控制策略的设计方面进行了研究。本文的主要成果归纳如下: (1)针对空调负荷在现代城市负荷中比例增大,本文研究了感应电机负荷对电压稳定性的影响,基于感应电动机的Q-V特性分析了其对电压稳定的作用,比较了动态负荷和静态负荷对电压稳定性的不同作用。实例仿真研究了电动机负荷参数中惯性时间常数在电压稳定中的影响。针对STATCOM的动态无功支持,重点研究仿真了STATCOM对感应电动机负荷的动态支持,通过实例仿真计算进行验证。 (2)考虑到系统动态元件的作用,提出了基于点估计法和准稳态分析的电压稳定概率评估方法。该方法在考虑系统动态元件作用的同时,计及了系统参数和扰动的随机性对电压稳定的影响。点估计法计算简便,可避免对潮流方程进行线性化,本文提出了将点估计法应用于电压稳定性分析的思路,在准稳态方程的基础上建立节点电压跌落的非线性模型,同时考虑支路故障及节点注入功率随机性,运用点估计法统计各项指标。综合上述方法研究系统节点电压在随机故障和随机注入负荷条件下的电压跌落,计算结果表明该方法计算速度快、精度高,对系统的分析规划具有应用价值。最后对动态无功补偿的STATCOM元件在系统中的作用进行了概率分析。 (3)运用广义Hamilton系统理论设计STATCOM的控制策略,首先对STATCOM模型进行说明,同时推导出包含控制量的网络约束条件。形成包含有STATCOM控制量在内的系统微分代数方程,基于微分代数系统广义Hamilton控制理论的实现原理,推导了STATCOM在多机系统下的控制策略,最后用典型3机9节点系统仿真验证,实例验证所提出的非线性控制律对提高系统电压稳定性的效果和作用。 (4)基于STATCOM的可控无功电流源模型,在单机无穷大系统中建立了包含STATCOM在内的三阶状态空间模型。利用广义Hamilton能量函数理论,设计了STATCOM和发电机励磁的协调控制器,得到了STATCOM输出电流I s和励磁输出电压E f的控制律,并利用一个简单的单机无穷大系统对多种运行方式进行了暂态稳定计算和比较,验证了所设计的协调控制律的有效性。 (5)以上海电网2010年网架结构为背景,研究了STATCOM在上海电网中的应用前景,利用NETOMAC软件对其进行仿真计算,比较了STATCOM在多个分区的安装效果,并对STATCOM的安装容量在上海大城市电网中起的作用进行了仿真计算。
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