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大摘要 电力系统电压稳定性及无功优化研究 大摘要 近年来随着我国城市建设的迅速发展，用电负荷需求量不断增大，并且对电 能质量、供电可靠性的要求也不断提高，现有城网已经不能充分满足各方面的要 求。同时电力系统也正在向大电网、高电压和远距离输电发展，这对合理利用能 源、提高经济效益具有重要的意义，但同时也给电力系统的安全运行带来了一些 新的问题。这些问题的出现使得广大电力研究人员和运行人员对电力系统的无功 优化、安全稳定运行进行更深入的研究。电压失稳是近代电力系统研究的重要课 题之一，其研究大大丰富了电力系统稳定的内涵。运行在接近极限状态下的现代 电力系统很容易出现电压失稳事故，因此，在无功优化中考虑电压的稳定性显得 尤为必要。此外，考虑到无功优化的研究会受到其自身发展、环境变化及社会经 济发展等因素的影响,本文根据实际问题，针对基于静态电压稳定的无功运行规 划问题做了一些研究工作。 本文首先综合分析了课题的相关知识背景，包括电压稳定研究的意义及其发 展过程、无功优化的研究现状、考虑静态电压稳定的无功优化研究、运用无功补 偿手段提高电压稳定性等。本文在回顾和归纳现有的电压稳定分析理论的基础 上，主要讨论了三方面的问题：静态电压稳定、动态电压稳定以及两者间的关系。 电力系统的无功优化是找到运行状态下电力系统安全性和经济性的平衡点的有 效手段，传统的无功优化仅仅在保证电压合格率的情况下提高电力系统的经济 性，而研究表明系统在静态电压稳定极限点处，仍然能维持较高的电压水平，所 以研究和分析了无功优化模型及各种算法的优点和存在的问题,针对电力系统的 实际运行情况，提出了考虑电压稳定约束的无功优化模型，这个模型以电压稳定 分析为基础，把静态电压稳定的裕度指标和状态指标相结合加入到无功优化中。 针对各种无功优化模型，人们研究出了多种求解方法，这些方法可以分为两 大类：数学优化方法和现代启发式方法。本文提出利用现代启发式方法中的粒子 群优化算法 （PSO ）来解算无功优化问题。同遗传算法、蚁群优化等大多数调优 计算方法一样，PSO也是一种基于群体的优化方法，其原理简单、易于执行且计 算速度比较快。仿真结果表明，该算法收敛效果良好。结合前面提出了考虑电压 稳定无功优化模型，本文采用了PSO算法来求解仿真算例，计算结果表明这种模 型的可行性，能有效的在保证电网的电压稳定基础上降低电网的损耗。 另外本文研究了实现电网的潮流计算和电力系统的动态仿真分析即时域仿 真法。应用新的仿真工具箱PSAT 对实际电网模型进行了测试，得出该仿真工具 相对于其它仿真工具有设计简便、易于拓展的特点。 大摘要 提高电力系统电压稳定水平，防止电压崩溃事故的发生是电力系统安全运行 必须考虑的问题，柔性交流输电系统（FACTS ）作为电力系统中的一种新兴技 术，由于具有快速灵活的控制能力，对电力系统的高效柔性运行以及防止电压崩 溃有重要的作用，在电压稳定控制中越来越得到重视。FACTS 已经成为各国电 力界研究的热点，可控串联电容补偿（TCSC ）是 FACTS 家族中的重要成员， 研究TCSC 对电力系统的作用是很有必要的。在对FACTS 设备中应用最普遍的 TCSC 的模型和基本电路特性进行研究分析的基础上，利用 MATLAB 程序和 MATLAB 中的PSAT 工具箱对TCSC 提高电压稳定性的结果进行了仿真。仿真 结果表明，TCSC 能够在扰动的情况下，对系统的稳定性（包括电压稳定性）有 一定的提高。 本文的研究结果对电力系统的动态稳定仿真分析，以及通过FACTS 装置提 高系统的稳定性，避免电压失稳和电压崩溃有一定的参考价值,同时可以使无功 补偿设备得到充分利用，有效改善电压稳定情况，降低电网的有功损耗，具有较 强的应用推广价值。 关键词：电压稳定；无功优化；粒子群优化算法；PSAT；串联补偿器 大摘要 ABSTRACT In recent years, with the rapid developmen