【正文】 ...................................... 18 宿遷澤達職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 3 — 拉夫遜算法 ...................................... 18 結(jié) 論 ................................................... 20 致 謝 ................................................... 21 參考文獻 ................................................. 22 宿遷澤達職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 4 1 前言 電力系統(tǒng)是一個復雜的大規(guī)模非線性動態(tài)系統(tǒng)，其穩(wěn)定性研究一直是電力系統(tǒng)規(guī)劃與運行的重要課題。對這一問題的機理，人們已有了較清楚的認識，并發(fā)展出一套完備的分析方法和控制措施。我國雖然還沒有發(fā)生過大范圍的惡性電壓崩潰事故，但電壓失穩(wěn)引起的局部停電事故卻時有發(fā)生，例如 1972 年 7 月 27日湖北電網(wǎng)、 1973 年 7 月 12 日大連電網(wǎng) [2]等。由此，電壓穩(wěn)定的研究開始逐漸進入電力工業(yè)界和學術(shù)界的視野，研究成果不斷涌現(xiàn)。所以事故發(fā)生時，缺乏足夠的 安全信息來采取相應的措施，導致了事故的擴大。此外，電力系統(tǒng)還具有許多固有特性，如： (1)系統(tǒng)的運行結(jié)構(gòu)調(diào)整頻繁，運行工況不斷變化； (2)負荷波動，諧波干擾以及隨機擾動難以估計； (3)規(guī)模龐大，維數(shù)高，控制分散性強，完整的運行信息難以獲??； (4)存在飽和、死區(qū)、限幅等強非線性因素； (5)時變性強，對控制速度要求很高。因此，實時在線評估電力系統(tǒng)電壓安全、預測電壓崩潰是十分重要的。同時由于在線計算量的增加，難以滿足實時性的要求，這就需要尋求更好的適于非線性系統(tǒng)的方法。神經(jīng)網(wǎng)絡的這些特點使其 成為非線性系統(tǒng)建模與評估的重要方法。它是按照“最嚴重事故決策標準”來獲得某一特定狀態(tài)下的系統(tǒng)安全狀態(tài)，分析的結(jié)果過于保守，付出了較大的經(jīng)濟代價。而神經(jīng)網(wǎng)絡模型正是通過學習、培訓建立概率性模型，更能適應現(xiàn)今電力系統(tǒng)的需要，因此具有廣闊的研究前景和應用價值。在初期的電力系統(tǒng)宿遷澤達職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 5 中，輸電線路距離較短，負荷較小，顯然穩(wěn)定問題不是很重要的問題。在這樣的電力系統(tǒng)中，主要靠廣大工程技術(shù)人員（用戶）提供可靠而不間斷的電力，保證電力系統(tǒng)運行的安全、可靠、優(yōu)質(zhì)，穩(wěn)定性問題顯得十分重要。可以說現(xiàn)代電力系統(tǒng)的很多方面 都與穩(wěn)定性問題密切相關的。如果能夠，則認為系統(tǒng)在該正常運行方式下是穩(wěn)定的。知道電網(wǎng)甩去相當大的一部分負荷，甚至是系統(tǒng)瓦解成幾個部分為止，這種穩(wěn)定性的喪失帶來的后果極為嚴重。 電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性，是指系統(tǒng)在某種正常運行狀態(tài)下，突然受到某種小干擾后，能夠自動恢復到原來的運行狀態(tài)的能力。在小干擾作用下，系統(tǒng)中各狀態(tài)變量變化很小?？梢?，電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn) 定性即是大干擾下的穩(wěn)定性。正常操作如大負荷的投入或切除，大容量發(fā)電機、變壓器及高壓輸電線路的投入或切除，都可能對系統(tǒng)產(chǎn)生一個較大的擾動。電力系統(tǒng)受到較大擾動時，系統(tǒng)中的運行參數(shù)（電壓、電流和功率）都將發(fā)生急劇的、不同程度的變化。而系統(tǒng)中各發(fā)電機轉(zhuǎn)子相對位置的變化，反過來又將影響系統(tǒng)中電流、電壓和功率的變化，且各狀態(tài)變量的變化較大。由于兩種穩(wěn)定性問題中受到的干擾不同，因而分析的方法也不同，除此之外，還有一種動態(tài)穩(wěn)定。所謂動態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)都到大干擾后，在計及自動調(diào)節(jié)和控制裝置的作用下，保 持系統(tǒng)穩(wěn)定運行的能力。由于各發(fā)電機組的轉(zhuǎn)動慣量不等，因此它們的轉(zhuǎn)速變化也各不相同有的變化較大，有的變化較小，從而在各發(fā)電機組的轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生相對運動。由于牽涉到機械運動，所以分析電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性也稱電力系統(tǒng)的幾點暫態(tài)過程的分析。但往往是電源和負荷同時失去穩(wěn)定。 (1)電壓失穩(wěn)機理探討：其目的是要弄清楚主導電壓失穩(wěn)發(fā)生的本質(zhì)因素，以及電壓穩(wěn)定問題和電力系統(tǒng)中其它問題的相互關系，電力系統(tǒng)中眾多元件對電壓穩(wěn)定性的影響，在電壓崩潰中所起的作用，從而建立起分析電壓穩(wěn)定問題的恰當系統(tǒng)模型。早期的 靜態(tài)研究中機理認識集中體現(xiàn)在 PV曲線和 QV 曲線分析、潮流多解的穩(wěn)定性分析和基于靈敏度系數(shù)的物理概念討論。目前普遍認為無功功率的平衡、發(fā)動機的無功出力限制、 OLTC的動態(tài)和負荷的動態(tài)特性與電壓崩潰關系密切。 (2)電壓穩(wěn)定安全計算：主要包括兩個方面，即尋找恰當?shù)姆€(wěn)定指標和快速且有足夠精度的計算方法。目前已提出的主要有：各類靈敏度指標、最小模特征值指標、電壓穩(wěn)定性接近指標、局部指標、負荷裕度指標等。從而確定特定運行點到崩潰點的距離，來判斷系統(tǒng)的安全性。 兩類指標都能給出系統(tǒng)當前運行點離電壓崩潰點距離的某種量度。從目前研究看，盡管許多電壓穩(wěn)定指標已被提出，但由于各種指標都采用了不同程度的簡化，其準確性與合理性需要進一步驗證和改進。 (3)預防 /控制措施的研究：以日本和法國采取的事故對策最為出色。目前普遍認為，加強無功備用、提高無功應變能力、防止無功功率的遠距離傳輸、緊急切負荷、閉鎖甚至反調(diào) OLTC 是預防嚴重事故的有效措施。但目前理論研究和應用實踐表明，對電壓穩(wěn)定問題的認識深度和已取得的成果還遠遠不能與功角穩(wěn)定問題研究所取得的理論認識深度及應用成果相比擬，還 不能通過對電壓穩(wěn)定全面的分析、預防、監(jiān)測、控制確保電力系統(tǒng)的安全可靠運行。 2 電壓穩(wěn)定的研究方法 根據(jù)所采用的數(shù)學 模型一般可以分為以下兩大類：基于穩(wěn)態(tài)潮流方程的靜態(tài)分析方法，基于非線性微分方程的動態(tài)分析方法。其研究內(nèi)容主要包括計算當前運行狀態(tài)下的電壓穩(wěn)定指標、確定系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)、尋找提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定裕度的控制策略等。 靈敏度分析法 靈敏度法是通過計算在某種擾動 下系統(tǒng)變量對擾動的靈敏度來判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性。目前最常見的靈敏度判據(jù)有： /LGdV dE 、/LLdV dQ 、 /GLdQ dQ 、 / Ld QdV? 等，其中 LV 、 LQ 和 GE 、 GQ 分別為負荷節(jié)點、無功源節(jié)點的電壓和無功功率注入量， Q? 為電網(wǎng)輸送給負荷節(jié)點的無功功率與負荷無功需求之差。目前，靈敏度方法在確定系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)、評估控制手段的有效性方面仍具有良好的應用價值。特征值分析法將雅可比矩陣的最小特征值作為系統(tǒng)的穩(wěn)定指標；模態(tài)分析法在假設某種功率增長方向的基礎上，利用最小特征值對應的特征向量，計算出各節(jié)點參與最危險模式的程度；奇異值分析法和特征值分析法類似，最小奇異值對應的奇異向量與特征值分析法對應的特征向量有相同的功能，在數(shù)值計算中前者只涉及實數(shù)運算，后者可能出現(xiàn)最小特征值為復數(shù)的情況，故前者更受研究人員的歡迎。 電力系統(tǒng)是一個高度非線性系統(tǒng)，其雅可比矩陣的特征值或奇異值同樣具有高度的非線性，所以這三種方法都很難對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定程度作出全面、準確的評價，但在功率裕度的近似計算、故障選擇等方面仍有較好的應用價值。目前，參數(shù)連續(xù)化方法主要有局部參數(shù)連續(xù)法、弧長連續(xù)法及同倫連續(xù)法。由于能考慮一定的非線性控制及不等式約束條件，計算得到的功率裕度能較好地反映系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定水平，連續(xù)潮流法已經(jīng)成為靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析的經(jīng)典方法。相對于求解一個非線性方程組，求解一個非線性規(guī)劃問題要復雜得多，但它能較好地考慮各種等式、不等式約束條件的限制，在求解實際問題的時候具 有更大的實用價值。 零特征根法 零特征根法是一種直接計算系統(tǒng)臨界點的方法。在電壓穩(wěn)定研究中，一般將靜態(tài)電壓穩(wěn)定臨界點描述成具有非零左或右特征向量的形式，即求解如下形式方程組： ( , ) 039。 零特征根法對初值的要求較高，需要采用一定的初始化策略。 總之，基于潮流方程的靜態(tài)分析方法經(jīng)歷了較長時間的研究，并取得了廣泛的經(jīng)驗。 動態(tài)分析方法 電壓穩(wěn)定本質(zhì)上是一個動態(tài)問題，只有在動態(tài)分析下，動態(tài)因素對電壓穩(wěn)定的影響才能體現(xiàn)，才能更深入地了解電壓崩潰的機理以及檢驗靜態(tài)分析的結(jié)果。除此以外，還有非線性動力學方法。它的主要思路是將描述電力系統(tǒng)的微分 代數(shù)方程組在當前運行點線性化，消去代數(shù)約束后形成系統(tǒng)矩陣， 通過該矩陣的特征值和特征向量來分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和各元件的作用，其主要難點在于建立簡單而又包括系統(tǒng)主要元件相關動態(tài)的模型。 大干擾分析法 潮流解的存在和小干擾電壓穩(wěn)定分析的重點在于把電力系統(tǒng)置于一個具有一定安全裕度的運行方式。這是系統(tǒng)動態(tài)行為的數(shù)學描述必須保留其非線性特性的原因。 （ 1）時域仿真法是研究電力系統(tǒng)動態(tài)電壓特性的最有效方法 ,目前主要用來認識電壓崩潰現(xiàn)象的特征，檢驗電壓失穩(wěn)機理，給出預防和校正電壓穩(wěn)定的措施等，適合于任何電力系統(tǒng)動態(tài)模型。 （ 2）能量函數(shù)法是直接估算動態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的方法，可避免耗時的時域仿真，基本思想是利用能量函數(shù)得到狀態(tài)空間中的一個能量勢阱，通過求取能量勢阱的邊界來估計擾動后系統(tǒng)的穩(wěn)定吸引域，并據(jù)此判斷系統(tǒng)在特定擾動下的穩(wěn)定性。 非線性動力學方法 電壓穩(wěn)定裕度指標算法的研究都是針對線性化了的系統(tǒng)方程，即假設初始條件的微小變化只能導致輸出的微小變化，但由于電力系統(tǒng)是一個非線性的動力學系統(tǒng)，臨界點附近系統(tǒng) 狀態(tài)的劇烈變化，使得臨界點附近這一假設往往不成立。為了確保電力系統(tǒng)的安全性，人們尋找能夠分析并控制非線性作用的新方法，基于非線性動力學的研究日益增多，如中心流形理論、分岔理論和混沌理論，其中研究最多的是分岔理論 [7]。運用分岔理論能夠很好地分析電壓失穩(wěn) 的機理，且能夠在一定程度上將功角穩(wěn)定與電壓穩(wěn)定問題聯(lián)系起來提供統(tǒng)一的數(shù)學分析基礎。 電壓穩(wěn)定的概率分析 電力系統(tǒng)具有非線性和不確定性特點，使得電力系統(tǒng)中的一些參數(shù)由于測量、估計或計算上的誤差具有一定的隨機性，擾動及其相應的保護動作均是隨即過程，計及系統(tǒng)參數(shù)和擾動的隨機性進行電壓穩(wěn)定分析具有一定意義。提出了一種進行電力系統(tǒng)電壓崩潰風險評估的方法。 6 節(jié)點系統(tǒng)和 IEEE 300 節(jié)點系統(tǒng)的評估結(jié)果證明了該方法的可行性和有效性。與此相對應的電壓穩(wěn)定動態(tài)分析方法，不僅面臨著負荷動態(tài)建模的困難，而且在研究實際大規(guī)模系統(tǒng)時還存在著數(shù)值計算上的困難。并在積極的探索將電力系統(tǒng)動態(tài)分析方法和靜態(tài)分析方法結(jié)合起來的電壓穩(wěn)定的分析方法。負荷模型分為靜態(tài)模型和動態(tài)模型兩大類。動態(tài)模型則要反映電壓頻率變化引起的負荷功率或電 流變化的全過程，通常用微分方程或差分方程描述。在電力系統(tǒng)動