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《中国电力科学研究院》 2010年
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受端系统暂态电压稳定机理研究

仲悟之  
【摘要】:本文进行了受端系统暂态电压稳定的机理探讨、数学模型的建立、分析方法、暂态电压稳定和暂态功角稳定关系等方面的研究。此外,还阐述了暂态电压崩溃过程的事故特征及暂态电压失稳形式,提出了暂态电压失稳的判据。 无功功率不是电压失稳的根本原因。受端系统暂态电压稳定问题属于全局稳定性问题,应该从输电网络输电极限、负荷动态特性以及受端系统电压支撑三个方面进行机理解释。从数学上看电力系统只有稳定或不稳定,但从物理上看电力系统的电压稳定和功角稳定二者本质不同,区分暂态电压稳定和暂态功角稳定是必要的。负荷动态特性对系统暂态电压稳定有很大影响,但负荷并不是暂态电压不稳定的唯一作用者,不能将暂态电压稳定和负荷稳定完全等价。 在暂态过程的时间框架下,暂态电压稳定模型和暂态功角稳定模型之间的区别不是很明显,可以认为计及负荷动态特性的暂态稳定模型也可以描述暂态电压稳定性问题。需要特别强调的是用于暂态功角稳定的负荷模型与用于暂态电压稳定的负荷模型应该是一致的,不能因为研究问题的不同而采用不同的负荷模型。用时域仿真法详细地研究了感应电动机的稳定性、暂态电压稳定性、暂态功角稳定性三者的关系,感应电动机是否失稳与暂态功角失稳和暂态电压失稳没有直接的对应关系,尤其是不能把感应电动机失稳和电压崩溃简单地对应起来。 研究了将包含感应电动机的暂态能量函数法应用于电力系统暂态分析。建立了包含感应电动机模型的结构保留能量函数,介绍了势能边界面法,提出在能量函数法的思想下,暂态功角稳定和暂态电压稳定的关系可以通过不稳定平衡点模式来分析,并由不稳定平衡点模式的不同而区分出两者。系统可能的失稳模式受负荷模型、负荷位置、网络结构、运行方式等众多因素的影响。 基于时域仿真法、能量函数法和奇异诱导分岔理论,提出了一种暂态电压稳定分析方法。电力系统暂态稳定域可视为由不稳定平衡点的稳定流形和奇异面所构成,在时域仿真过程中除了监视系统的代数方程的奇异性外,还要核查系统状态是否过势能峰值。如系统暂态轨迹与奇异面相交,则发生暂态电压失稳;如系统暂态轨迹与PEBS面相交,则可能发生暂态功角失稳也可能发生暂态电压失稳,此时需要从主导UEP模式的角度来进一步研究,由主导UEP模式的不同而区分出两者;如系统暂态轨迹不与这些面相交,则系统暂态稳定。 提出了一种暂态稳定过程中动态戴维南等值参数跟踪方法,其基本思想是:跟踪计算系统暂态稳定过程中每一步的戴维南等值参数,然后根据每一步戴维南等值后的简单系统进行暂态电压稳定判断。课题组已基本解决了基于仿真的动态戴维南参数跟踪计算方法;基于测量的方法还需要进一步完善。在此基础之上给出了电压薄弱节点、电压枢纽节点、振荡中心节点的处理方法,研究了基于动态戴维南等值的暂态电压失稳判据,提出了应用于实际系统的算法流程,并进行了仿真验证。 通过对实际电网的暂态电压稳定仿真计算,解析了暂态电压崩溃过程的事故特征,结合事故特征分析给出了三种暂态电压失稳的形式;从对实际电网的仿真计算出发,结合全文的研究成果,给出了暂态电压失稳的判据。
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