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基于改进连续潮流法及分岔理论的交直流系统电压稳定研究

谭涛亮  
【摘要】:二十世纪七十年代以来,电压崩溃事故的屡屡发生,使得国内外兴起了电压稳定性研究的热潮,电压失稳已被广泛认为是威胁现代电力系统安全稳定运行的主要原因之一。高压直流输电在远距离大容量输电和电力系统联网方面具有明显的优点,它将在我国西电东送和全国联网工程中起到重要的作用。根据规划,在未来二十年内,我国将出现超过20条直流线路。这种局面给电力系统电压稳定性问题提出了新的挑战。本文在以改进的连续潮流法对基于潮流方程的静态电压问题进行了分析后,以非线性动力学的分岔理论研究了采用微分代数模型的交直流系统的动态电压稳定性,对与电压失稳密切相关的几类分岔点进行了深入的研究。本文工作主要包括以下几个方面: 1.在分析交直流潮流计算的统一迭代法及交替迭代法优缺点基础上,提出了改进的交替迭代法。该算法计及了直流变量的边界约束,对交流及直流系统潮流方程均采用牛顿拉夫逊法求解,确保了直流子系统雅可比矩阵可逆。能够避免交流系统修正雅可比矩阵在计算过程中出现虚部的情况,并且给出了潮流计算中换流变分接头调整的策略。 2.提出了基于局部参数化的改进连续潮流法,算法在校正过程中不增加雅可比矩阵的维数,且采用了具有自适应特性的步长策略,提高了计算效率。在求解静态电压稳定裕度的过程中,详细地研究了无功补偿装置的投入,换流变变比的调整及直流控制方式的切换三者之间的协调控制。在此基础上,以给定的初始方向出发,采用迭代法寻找系统的最危险负荷增长方式,并求得了交直流系统的最临近极限功率点。 3.讨论了以延拓法求取系统霍普夫分岔、奇异诱导分岔、鞍结分岔及极限诱导分岔点的具体步骤和技术。在计算中引用特征根灵敏度分析得到关键特征根,由此导出的分岔检测函数更具通用性。在此基础上,分析了直流控制方式、直流系统控制器的比例参数、积分参数以及换流站短路比对系统分岔值的影响。并研究了低压限流环节对系统稳定性的影响。 4.分析了系统发生极限诱导分岔的类型,并对系统遭遇硬限制时不会发生奇异诱导分岔的原因作了详细的探讨。考虑励磁电压及直流控制器限制时,发现系统发生极限诱导分岔时,励磁电压或逆变站换流变变比及熄弧角余弦值的乘积需大于某一临界值;并导出了不同类型极限诱导分岔临界值的计算公式。根据临界值对参数的灵敏度信息,可调节系统参数以调整受限变量的临界值。 5.针对交直流系统的微分代数模型,提出了一种多参数分岔分析方法。该方法虽然使得求解分岔点的系统方程维数有所增加,但其雅可比矩阵具有很高的稀疏性,易于推广至大系统。对单馈入交直流系统,分别以励磁参考电压,直流子系统各参数及逆变站换流变变比的极限值为控制参数,研究了这些参数对系统动态负荷裕度和分岔点类型的影响。对多馈入交直流系统,重点研究了在直流典型控制方式下直流子系统之间的联络线电抗值及多个直流参考电压共同作用对系统分岔行为的影响。 本文的研究工作获得国家“十一·五”重点科技攻关项目(2006BAA02A17)的资助。


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