一种利用电压静态分析确定全网薄弱环节方法.docVIP

一种利用电压静态分析确定全网薄弱环节方法摘 要： 本文在分析电力系统电压失稳机理的基础上，提出了一种应用基于负荷扰动的灵敏度分析法以及基于故障后电网持续供电能力的全网N-1电压扫描综合查找电网电压薄弱区域的方法。应用我国某省电网数据进行算例分析，所得结果与该电网实际运行情况相符，说明了该方法具有系统性、简便易用的特点，对工程实际具有很好的参考价值。 关键词： 电压失稳； 灵敏度； N-1； 电压薄弱区域 中图分类号： TM712 文献标识码： A 文章编号：1009-8631（2010）07-0058-04 引言 目前，电力系统规模已越来越庞大，负荷也越来越重，大容量发电机组、交流超高压线路以及直流输电和新型控制装置等得到了普遍应用，但是由于受到输电线路的高成本及环境保护的限制，往往不能建成相应强大的输电网络，从而使电网结构比较薄弱。所有这些都给电力系统的安全运行带来新的问题，其中之一便是由于系统不能维持受端电压水平而引起的电压失稳或电压崩溃事故。 IEEE电压稳定小组1990年的报告认为：如果电力系统能够维持电压以确保负荷增加时，负荷消耗的功率随之增大，就称为系统稳定的，反之，就称系统是不稳定的。CIGRE于1993年提出：如果系统受到一定的扰动后，邻近节点的负荷电压达到扰动后平衡状态的值，并且该受扰动的状态处于扰动后稳定平衡的吸引域内，那么就认为系统是电压稳定的，与此相反，如果扰动后平衡状态下负荷邻近的节点电压低于可接受的极限值，那么就成系统电压崩溃。 电压崩溃是由于电压不稳定导致系统内电压大面积、大幅度的下降的过程。电压崩溃包括电压失稳和崩溃两个阶段，一般在崩溃之前都有较缓慢的电压失稳过程，这个过程可能很短有几秒钟，有可能很长几分钟至几十分钟。 引起电压不稳定的主要原因是电力系统没有能力维持无功功率的动态平衡，且系统中缺乏足够的电压支持。 电压稳定分析方法中，静态分析方法计算速度快、需要的运算数据较少。在静态电压稳定分析中，通常把系统中某一节点的功率极限-临界潮流解看作电压稳定极限。这一极限点也被称为电压崩溃临界点[1]。电力系统静态电压稳定指标应该能反映两个问题，一是当前系统状态离不稳定还有多远或系统的稳定裕度有多大，二是机理，即系统发生不稳定时，有哪些薄弱区域，薄弱节点，哪些发电机，支路是关键的，即要知道应该要采取哪些措施最有效。 本文在分析电力系统电压失稳机理的基础上，提出了一种应用基于负荷扰动的灵敏度分析法以及基于故障后电网持续供电能力的全网N-1电压扫描综合查找电网电压薄弱区域的方法。最后应用某省电网的实际数据进行了算例验证。 以图1所示的单机无穷大供电系统为例，有以下等式关系： =sinδ=cosδ-（）（1） 整理后，可得： （）=[1-2±]（2） 当=0时（边界条件），由式（1）、（2）得： （）cr=（） （3） 由式（3）可以看出，一方面有功负荷愈大，要求的最低稳定运行电压愈高。另一方面如果受端有功功率过大，或系统输电电抗过大，或系统供电电源电动势过低，为了保持受端负荷的稳定运行，受端地区必须有足够过补偿的无功功率，除补偿地区负荷的无功功率外，还必须向系统送出一定的无功功率，以维持受端母线电压有足够高的运行电压水平才能稳定的运行。 由临界条件可以得出： =2（Q+P） （4） 把式（4）带入式（3），得受端的临界电压为： U2cr=X （5） 从式（5）可以看出，若节点电压U因故障而降低，而供电功率的P和Q值若保持不变，一方面增大了该节点的电流，在jX上产生很大的电压降，使节点电压U更为降低，另一方面，假设负荷为恒功率负荷，负荷需求与节点电压U无关，使得Ucr不变，导致负荷对电压下降的自我调节作用减弱。两者的综合作用将加剧电压的下降，甚至出现电压崩溃。 当负荷不断增加，运行点不断向临界点靠近，电压逐渐降低，最终达到PV曲线的临界点C，导致电压崩溃。电压崩溃的物理实质表现为系统已不能维持其送达负荷的功率与负荷所需的吸收功率之间的平衡，即系统丧失了平衡点，其数学表现是不存在潮流解[2]。 二、灵敏度指标分析方法 灵敏度方法是早期用于电压稳定性研究的方法之一，它通过计算在某种扰动下系统变量对扰动的灵敏度来分析系统的稳定性。这类方法往往从简单系统出发，然后直接推广到复杂系统，原理及实现都比较简单。它不仅给出了电压崩溃的指标，而且从其提供的有用信息中可以方便地识别系统中各节点的强弱，以及所需要采取的相应对策。 灵敏度方法属于静态电压稳定研究的范畴，它以潮流方程为基础，利用系统中某些物理量的变化关系，即它们之间的微分关系来研究系统的稳定性。 基于潮流计算的