【正文】 網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性要求也越來越高。 所以，我們有必要在負(fù)荷模型基礎(chǔ)上考慮采用更好的方法來進(jìn)行電壓穩(wěn)定性評(píng)的研究。 上個(gè)世紀(jì)七十年代后期以來，世界范圍內(nèi)先后發(fā)生了多起由電壓崩潰引起的大面積停電事故 [1]，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會(huì)影響。 近年來，隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)規(guī)模日益擴(kuò)大，逐步進(jìn)入高電壓、大機(jī)組、大電網(wǎng)時(shí)代，同時(shí)伴隨電力改革和電力市場(chǎng)的實(shí)踐，長(zhǎng)線路、重負(fù)荷及無功儲(chǔ)備不足的特征逐漸突出，系統(tǒng)的電壓安全裕度傾向于越來越小，使電力系統(tǒng)常常運(yùn)行在穩(wěn)定的邊界；而目前系統(tǒng)運(yùn)行操作人員并不能準(zhǔn)確掌握系統(tǒng)的電壓安全狀態(tài)。這些特性使建立電力系統(tǒng)的精 確模型變得極為困難，而且即使建立了較精確的數(shù)學(xué)模型，其結(jié)構(gòu)也過于復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)快速有效的實(shí)時(shí)控制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠充分逼近復(fù)雜的非線性映射關(guān)系，能夠?qū)W習(xí)和適應(yīng)不確定系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，具有較強(qiáng)的魯棒性和容錯(cuò)性。隨著電網(wǎng)互聯(lián)的發(fā)展，控制的日益復(fù)雜，以及電力市場(chǎng)環(huán)境下能量交易量和不確定性的增加，概率性估計(jì)方法和準(zhǔn)則可能成為必需。而目前，在我國(guó)的電力網(wǎng)越來越大，輸送距離越來越長(zhǎng)，輸送容量越來越大，電壓等級(jí)越來越高。 所謂電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，是指當(dāng)系統(tǒng)在某種正常運(yùn)行狀態(tài)下突然受到某種干擾時(shí)，能否經(jīng)過一定的時(shí)間后又恢復(fù)到原來的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)或者過渡到一個(gè)新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。 電力系統(tǒng)的 穩(wěn)定性，按系統(tǒng)遭受到大小不同的干擾情況，可分為靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性。 電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，是指系統(tǒng)在某種正常運(yùn)行狀態(tài)下，突然受到某種較大的干擾后，能夠自動(dòng)過渡到一個(gè)新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。故障情況如系統(tǒng)中發(fā)生各種形式的短路、斷路，這對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)極為嚴(yán)重。 綜上所述，不論是靜態(tài)穩(wěn)定性還是暫態(tài)穩(wěn)定性問題，都是研究電力系統(tǒng)受到某種干擾后的運(yùn)行過程。 當(dāng)系統(tǒng)遭受到某種擾動(dòng)，而打破系統(tǒng)功率平衡時(shí)，各發(fā)電機(jī)組將因功率的不平衡而發(fā)生轉(zhuǎn)速的變化。 宿遷澤達(dá)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 6 電力系統(tǒng)的穩(wěn)定問題，還可以分為電源的穩(wěn)定性和負(fù)荷大穩(wěn)定性兩類，電源的穩(wěn)定性就是要分析同步發(fā)電機(jī)是否失步；負(fù)荷的穩(wěn)定性就是要分析 異步電動(dòng)機(jī)是否失速、停頓。在這方面主要的研究手段有定性的物理討論、電壓崩潰現(xiàn)象的剖析、小干擾分析方法和時(shí)域仿真計(jì)算。但是對(duì)電壓崩潰的機(jī)理認(rèn)識(shí)還很不一致，不同研究人員所采用的系統(tǒng)模型也有很大差別，這種現(xiàn)狀表明迫切需要全面深入地分析電壓穩(wěn)定問題，分析它與電力系統(tǒng)中其它問題的相互關(guān)系，弄清各種因素的作用，抓住問題的本質(zhì)，為不同情況下的電壓穩(wěn)定研究建模 提供必要的指導(dǎo)原則?，F(xiàn)在又提出了很多新的指標(biāo)，如文獻(xiàn) [3]的快速電壓穩(wěn)定指標(biāo)FVSI，通過常規(guī)潮流程序計(jì)算每條線路的靜態(tài)穩(wěn)定指標(biāo)，并按指標(biāo)排列。狀態(tài)指標(biāo)只取用當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的信息，計(jì)算比較簡(jiǎn)單，但存在非線性；而裕度指標(biāo)能較好地反映電壓穩(wěn)定水平，但 其計(jì)算涉及過渡過程的模擬和臨界點(diǎn)的求取問題，計(jì)算量較大。前者強(qiáng)調(diào)增強(qiáng)事故狀態(tài)下的電壓控制 能力，后者以其對(duì)電壓崩潰過程的時(shí)段的劃分，側(cè)重于事故發(fā)生前的緊急狀態(tài)下的預(yù)防措施。因此目前仍然存在的問題和今后可能的研究方向主要有： (1)電壓崩潰的機(jī)理研究； (2)對(duì)各種元件的動(dòng)態(tài)特性還缺乏全面的分析和統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，負(fù)荷建模仍然是電壓穩(wěn)定研究的最大難題； (3)影響電壓穩(wěn)定的主要隨機(jī)因素的統(tǒng)計(jì)特性的獲取，以及這些隨機(jī)因素統(tǒng)計(jì)特性比較復(fù)雜時(shí)，如何進(jìn)行電壓穩(wěn)定概率分析； (4) 根據(jù)各種不同的電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo)，開發(fā)相應(yīng)的監(jiān)測(cè)應(yīng)用軟件，使電壓穩(wěn)定的研究成果真正地為電力系統(tǒng)服務(wù)。靜態(tài)分析方法眾多，以下扼要地綜述一些廣泛使用的、具有代表性的方法 。在簡(jiǎn)單系統(tǒng)中，各類靈敏度判據(jù)是等價(jià)的，且能準(zhǔn)確反映系統(tǒng)輸送功率的極限能力，但在推廣到復(fù)雜系統(tǒng)以后，則彼此不再總是保持一致，也不一定能準(zhǔn)確反映系統(tǒng)的極限輸送能力?？紤]到電壓和無功的強(qiáng)相關(guān)性，這三種方法在分 析時(shí)往往采用降階的雅可比矩陣。在電壓穩(wěn)定 研究中，連續(xù)潮流法主要用于求取大家熟知的 PV曲線和QV 曲線。目前，非線性規(guī)劃法已用于電壓穩(wěn)定裕度計(jì)算、電壓穩(wěn)定預(yù)防校正控制策略、最優(yōu)潮流、電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度等各種問題。0( ) 0xfxwflw? ?????? ?? 或 ( , ) 00( ) 0xfxfvlv? ?????? ?? （ 21） 兩式中的第一個(gè)方程描述了潮流關(guān)系，第二、三個(gè)方程一起說明潮流雅可比矩陣奇異、具有非零的左或右特征向量，根據(jù)需要第三個(gè)方程可采用模 2范數(shù)等多種形式。但本質(zhì)上都是把電力網(wǎng)絡(luò)的潮流極限作為靜態(tài)穩(wěn)定極限點(diǎn)，不同之處在于抓住極限運(yùn)行狀宿遷澤達(dá)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 9 態(tài)的不同 特征作為臨界點(diǎn)的判據(jù)。 小干擾分析法 小擾動(dòng)分析法是基于線性化微分方程的方法，僅適用于系統(tǒng)受到小擾動(dòng)時(shí)的情形。電力系統(tǒng)遭受線路故障和其它類型的大沖擊，或在小干擾穩(wěn)定裕度的邊緣負(fù)荷的增加，都可能使系統(tǒng)喪失穩(wěn)定。但是，電壓穩(wěn)定的時(shí)域仿真研究還存在一些難點(diǎn)，主要包括時(shí)間框架的處理、負(fù)荷模型的適用性以及結(jié)論的一般化問題。有時(shí)，它也不能回答如果系統(tǒng)越過穩(wěn)定極限點(diǎn)時(shí)，其狀態(tài)將如何變化的問題。目前存在的主要問題是要進(jìn)行復(fù)雜的化簡(jiǎn)運(yùn)算以便減少大量的計(jì)算量，因此尚需進(jìn)行廣泛深入宿遷澤達(dá)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 10 的探索。該方法綜合考慮了電壓崩潰的概率和后果，量化了風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，通過兼顧風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益為確定系統(tǒng)的最佳運(yùn)行方式提供了依據(jù)。因此人們對(duì)電壓穩(wěn)定靜態(tài)分析方法仍持積極的態(tài)度，并努 力尋求潮流雅可比矩陣的性質(zhì)與系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性之間的關(guān)系。靜態(tài)模型適用于相對(duì)緩慢的過程，精確而言，指對(duì)于給定的負(fù)荷水平，在負(fù)荷端口保持不同電壓和頻率的各種穩(wěn)態(tài)情況下，負(fù)荷功率或電流與電壓、頻率的關(guān)系，通常用代數(shù)方程描述。 指數(shù)負(fù)荷模型 通常一個(gè)指數(shù)函數(shù)在電壓變化范圍比較大的情況下仍能較好地描述許多負(fù)荷的靜態(tài)特性。對(duì)于綜合負(fù)荷，其中指數(shù) ? 的取值通常在 ；指數(shù) ? 的值隨節(jié)點(diǎn)不同變化很大，典型值為 。 與頻率有關(guān)的負(fù)荷模型 該模型加入了對(duì)頻率的依賴性，通常用下面的式子與多項(xiàng)式或指數(shù)負(fù)荷模型相乘來表示： 0[1 ( )]fa f f?? (33) 式中， f 是節(jié)點(diǎn)電壓的頻率； 0f 為額定頻率； fa 是模型的頻率敏感性參數(shù)。 機(jī)理式模型 機(jī)理式模型就是從負(fù)荷的物理特性出發(fā)建立的系統(tǒng)模型。 根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域和分析計(jì)算目的，已提出了多種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型，比較詳細(xì)的是五階電磁暫態(tài)模型，其中考慮了定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組的電磁暫態(tài)特性以及轉(zhuǎn)子的機(jī)械動(dòng)態(tài)特性。所以，就感應(yīng)電機(jī)對(duì)電力系統(tǒng)的影響而言，是否計(jì)及定子的暫態(tài)過程影響不大，采用三階模型就能很好地反映感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能，因 此可將綜合負(fù)荷等值為一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和靜態(tài)負(fù)荷的并聯(lián)，模型結(jié)構(gòu)如圖 32所示。 ( 39。39。 39。X 為暫態(tài)電抗； eT 為電磁轉(zhuǎn)矩；mT 為機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩，表達(dá)式為： [ (1 ) (1 ) ]mmLT K s? ? ? ? ? ? (35) 式中 LK 為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率系數(shù)； ? 為機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩中與轉(zhuǎn)速無關(guān)部分所占的比例， m 為機(jī)械負(fù)載特性與轉(zhuǎn)速有關(guān)的方次。39。c os( ) sinsinSmdET E CVdtd CVdt T Ed V EMTdt X??? ? ????? ? ????? ? ????? ? ??? (36) 其中： 39。39。039。 c o s )39。X 、 X 分別為暫態(tài)電抗、同步電抗； 39。(,),1(()( yntytyFty ?????? ? ))(,),()。 非機(jī)理式模型 當(dāng)負(fù)荷群中動(dòng)態(tài)元件類型不止一種，或者雖然類型單一但特性相差較大時(shí)，就難 以用一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)理式模型去描述。當(dāng)輸入變量 U, f 變化時(shí)，輸出變量 P, Q 也隨之而變化，輸入 /輸出模型是一組能夠描述系統(tǒng)輸入 /輸出特性的數(shù)學(xué)方程。相應(yīng)地，對(duì)應(yīng)于節(jié)點(diǎn) i 的特征值 0i?? 。通過這種變換 ,使得重負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的注入功率為零 ,而把對(duì)地支路的參數(shù)計(jì)入到了雅可比矩陣中 , 由于它實(shí)際上并不改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及節(jié)點(diǎn)功率輸入輸出的關(guān)系，因而節(jié)點(diǎn)的 PV 曲線不會(huì)改變，其電壓穩(wěn)定極限是一致的。 重負(fù)荷的注入有功 Pi 以等效電導(dǎo)表示 ,它只改變雅克比矩陣的一個(gè)元素 Nii,但是 Lii處于主對(duì)角線上且有對(duì)角優(yōu)勢(shì) , Nii 則不在主對(duì)角線上 ,再考慮到雅可比矩陣子陣 N對(duì)相位角 ? 的弱相關(guān)作用 ,故 Nii對(duì)雅可比矩陣行列式值的變化不占支配作用。用負(fù)荷的有功功率 裕度指標(biāo) Kp來確定弱節(jié)點(diǎn)的裕度大?。? 0 100%crp crPPK P??? （ 318） 其中 Pcr表示臨界點(diǎn)的負(fù)荷功率， P0為當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)的負(fù)荷功率。電力系統(tǒng)潮流的計(jì)算和分析是電力系統(tǒng)運(yùn)行和規(guī)劃工作的基礎(chǔ)。 )，其注入的有功無功功率可以任意調(diào)節(jié)，一般由具有調(diào)頻發(fā)電廠充當(dāng)。 節(jié)點(diǎn) 3 電壓相位是 0，電壓幅值為 1，平衡節(jié)點(diǎn)。 支路導(dǎo)納矩陣：表示一個(gè)電路中各支路導(dǎo)納參數(shù)的矩陣。 本例應(yīng)用結(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣 具體計(jì)算時(shí)，根據(jù)如下公式： Yii = yi0 + ∑ yij Yik = yik 由題給出的導(dǎo)納可求的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣如下： 11y= 1312yy?= jyy ???? ????yy jyyy ???? jyy ???? jyyy ???? 進(jìn)而節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣為： ?????????????????j 6 .51 .5 5j40 .8j 2 .50 .7 5j40 .8j71 .3j30 .5j 2 .50 .7 5j30 .5j 5 .51 .2 5Y宿遷澤達(dá)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 18 潮流方程