本文關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定與無功控制的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

1.緒論；1.1論文的研究背景及意義；電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定與無功控制的研究是電力系統(tǒng)規(guī)劃和；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；從國(guó)內(nèi)外一些大的電力系統(tǒng)事故的分析來看，發(fā)生電壓；(1)系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整頻繁，運(yùn)行工況不斷變化；；在我國(guó)電壓不穩(wěn)定和電壓崩潰出現(xiàn)的條件同樣存在，首；地使用；另一方面，以往的工業(yè)實(shí)踐都是采用確定性方法進(jìn)行電；1.2電力系統(tǒng)

1.緒論

1.1論文的研究背景及意義

電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定與無功控制的研究是電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行分析中的重要課題。電力系統(tǒng)實(shí)施無功電壓控制是提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，保證系統(tǒng)的供電質(zhì)量，防止系統(tǒng)發(fā)生電壓崩潰的必要措施。長(zhǎng)期以來，無論是經(jīng)典的還是現(xiàn)代的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性理論及其分析方法，其關(guān)注的重點(diǎn)均為系統(tǒng)的角度穩(wěn)定性，尤其是集中在系統(tǒng)受到大的擾動(dòng)或故障沖擊后其暫態(tài)行為特征方面。對(duì)這一問題的機(jī)理，人們已有了較清楚的認(rèn)識(shí)，并發(fā)展出一套完備的分析方法和控制措施。

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)。所以事故發(fā)生時(shí)，缺乏足夠的安全信息來采取相應(yīng)的措施，導(dǎo)致了事故的擴(kuò)大。

從國(guó)內(nèi)外一些大的電力系統(tǒng)事故的分析來看，發(fā)生電壓崩潰的一個(gè)主要原因就是無法預(yù)計(jì)負(fù)荷增長(zhǎng)或事故發(fā)生后可能導(dǎo)致的電壓不穩(wěn)定/崩潰的程度和范圍，難以擬定預(yù)防和校正的具體措施。此外，電力系統(tǒng)還具有許多固有特性，如：

(1)系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整頻繁，運(yùn)行工況不斷變化；(2)負(fù)荷波動(dòng)，諧波干擾以及隨機(jī)擾動(dòng)難以估計(jì)；(3)規(guī)模龐大，維數(shù)高，控制分散性強(qiáng)，完整的運(yùn)行信息難以獲��；(4)存在飽和、死區(qū)、限幅等強(qiáng)非線性因素；(5)時(shí)變性強(qiáng)，對(duì)控制速度要求很高。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。因此，實(shí)時(shí)在線評(píng)估電力系統(tǒng)電壓安全、預(yù)測(cè)電壓崩潰是十分重要的。

在我國(guó)電壓不穩(wěn)定和電壓崩潰出現(xiàn)的條件同樣存在，首先我國(guó)電網(wǎng)更薄弱，并聯(lián)電容器的使用更甚，再加之城市中家用電器設(shè)備的巨增，我國(guó)更有可能出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定問題。目前國(guó)內(nèi)電壓穩(wěn)定問題“暴露的不突出”，原因之一可能是由于大多數(shù)有裁調(diào)壓變壓器分接頭(OLTC)末投人自動(dòng)以及電力部門采用甩負(fù)荷的措施，而后一措施應(yīng)該是防止電壓不穩(wěn)定問題的最后一道防線，不應(yīng)過早地或過分

地使用。將來電力市場(chǎng)化之后，甩負(fù)荷的使用將受到更大的限制。因此在我國(guó)應(yīng)加緊電壓穩(wěn)定問題的研究。

另一方面，以往的工業(yè)實(shí)踐都是采用確定性方法進(jìn)行電壓穩(wěn)定性和無功控制進(jìn)行評(píng)估，這是在電力系統(tǒng)傳統(tǒng)壟斷結(jié)構(gòu)下常用的方法。它是按照“最嚴(yán)重事故決策標(biāo)準(zhǔn)”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(jì)代價(jià)。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。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型正是通過學(xué)習(xí)、培訓(xùn)建立概率性模型，更能適應(yīng)現(xiàn)今電力系統(tǒng)的需要，因此具有廣闊的研究前景和應(yīng)用價(jià)值。

1.2 電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定與無功控制國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

早在上世紀(jì) 40 年代,蘇聯(lián)學(xué)者馬爾柯維奇就提出電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問題，但由于當(dāng)時(shí)電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)、機(jī)組容量、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模及互聯(lián)水平的限制，這個(gè)問題在當(dāng)時(shí)并不突出。然而隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展，大容量電廠和大規(guī)模電力系統(tǒng)的出現(xiàn)，電壓?jiǎn)栴}已經(jīng)不僅僅是一個(gè)供電質(zhì)量問題，還關(guān)系到大系統(tǒng)安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。隨著電力系統(tǒng)向大電網(wǎng)、高電壓和遠(yuǎn)距離輸電發(fā)展，上世紀(jì)70 年代以來世界上一些大電網(wǎng)（例如美國(guó)、日本、法國(guó)、瑞典、比利時(shí)等）連續(xù)發(fā)生以電網(wǎng)崩潰為特征的電網(wǎng)瓦解事故，導(dǎo)致大面積長(zhǎng)時(shí)間停電，給社會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)生活紊亂，60 年代以來，電壓失穩(wěn)事件在一些國(guó)家的電網(wǎng)中多次發(fā)生（見表1.1）。

表 1.1 60 年代以來與電壓崩潰相關(guān)的國(guó)際大停電事故

前的研究工作按照其目的的同可以分為三大類：電壓失穩(wěn)現(xiàn)象機(jī)理探討、電壓穩(wěn)定安全計(jì)算和預(yù)防/控制措施研究。

(1)電壓失穩(wěn)機(jī)理探討：其目的是要弄清楚主導(dǎo)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(guān)系，電力系統(tǒng)中眾多元件對(duì)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(dāng)系統(tǒng)模型。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。早期的靜態(tài)研究中機(jī)理認(rèn)識(shí)集中體現(xiàn)在P-V曲線和Q-V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。動(dòng)態(tài)因素受到重視以后，負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性，OLTC的負(fù)調(diào)壓作用受到了普遍關(guān)注。目前普遍認(rèn)為無功功率的平衡、發(fā)動(dòng)機(jī)的無功出力限制、OLTC的動(dòng)態(tài)和負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性與電壓崩潰關(guān)系密切。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。

(2)電壓穩(wěn)定安全計(jì)算：主要包括兩個(gè)方面，即尋找恰當(dāng)?shù)姆�(wěn)定指標(biāo)和快速且有足夠精度的計(jì)算方法。電壓穩(wěn)定指標(biāo)（多為靜態(tài)指標(biāo)）總體上分成兩類：裕度指標(biāo)和狀態(tài)指標(biāo)。目前已提出的主要有：各類靈敏度指標(biāo)、最小模特征值指標(biāo)、電壓穩(wěn)定性接近指標(biāo)、局部指標(biāo)、負(fù)荷裕度指標(biāo)等。現(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。從而確定特定運(yùn)行點(diǎn)到崩潰點(diǎn)的距離，來判斷系統(tǒng)的安全性。這個(gè)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)容易、計(jì)算簡(jiǎn)單、概念清晰，且預(yù)測(cè)結(jié)果較精確，可作為警告指標(biāo)來預(yù)防電壓崩潰；文獻(xiàn)[4]在線電壓穩(wěn)定指標(biāo)Lvsi, 反映的是系統(tǒng)在當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)下，某一支路電壓穩(wěn)定的程度；文獻(xiàn)[5]基于網(wǎng)損靈敏度理論的二階指標(biāo)ILSI，可以很好指示電壓穩(wěn)定水平，并具有良好的線性度，也可用于在線評(píng)估；文獻(xiàn)[6]提出將整個(gè)系統(tǒng)等值為一個(gè)簡(jiǎn)單的兩節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上計(jì)及感應(yīng)電

動(dòng)機(jī)負(fù)荷，得到負(fù)荷母線在線小干擾電壓穩(wěn)定指標(biāo)。

兩類指標(biāo)都能給出系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)離電壓崩潰點(diǎn)距離的某種量度。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。從目前研究看，盡管許多電壓穩(wěn)定指標(biāo)已被提出，，但由于各種指標(biāo)都采用了不同程度的簡(jiǎn)化，其準(zhǔn)確性與合理性需要進(jìn)一步驗(yàn)證和改進(jìn)。

這方面目前需要解決的主要有以下三個(gè)問題：①快速、準(zhǔn)確的指標(biāo)計(jì)算方法；②根據(jù)動(dòng)態(tài)機(jī)理對(duì)各類指標(biāo)的合理性、準(zhǔn)確性進(jìn)行檢驗(yàn)，為運(yùn)行部門選擇指標(biāo)提供依據(jù)；③在快速算法中計(jì)及影響電壓穩(wěn)定的主要?jiǎng)討B(tài)元件的作用，比如發(fā)電機(jī)無功越限和負(fù)荷特性的影響等。

(3)預(yù)防/控制措施的研究：以日本和法國(guó)采取的事故對(duì)策最為出色。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。目前普遍認(rèn)為，加強(qiáng)無功備用、提高無功應(yīng)變能力、防止無功功率的遠(yuǎn)距離傳輸、緊急切負(fù)荷、閉鎖甚至反調(diào)OLTC是預(yù)防嚴(yán)重事故的有效措施。

電壓穩(wěn)定研究作為電力系統(tǒng)領(lǐng)域的一個(gè)重要的實(shí)際課題，在近三十年來取得了許多重要的成果，一些電網(wǎng)工程人員研制了電壓穩(wěn)定分析和監(jiān)測(cè)應(yīng)用軟件。但目前理論研究和應(yīng)用實(shí)踐表明，對(duì)電壓穩(wěn)定問題的認(rèn)識(shí)深度和已取得的成果還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能與功角穩(wěn)定問題研究所取得的理論認(rèn)識(shí)深度及應(yīng)用成果相比擬，還不能通過對(duì)電壓穩(wěn)定全面的分析、預(yù)防、監(jiān)測(cè)、控制確保電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。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)。

就我國(guó)而言，現(xiàn)代化建設(shè)正處于蓬勃發(fā)展，我國(guó)將迎來電網(wǎng)建設(shè)的高潮。根

據(jù)我國(guó)電網(wǎng)的發(fā)展勢(shì)態(tài)以及對(duì)電力負(fù)荷增長(zhǎng)需求，電力系統(tǒng)的規(guī)模將越來越大，將要發(fā)展系統(tǒng)中的互聯(lián)，無論在容量上、網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度上，或者地區(qū)的跨度上都在迅速地增加。展望今后電力系統(tǒng)的發(fā)展，各方面的原因?qū)⑹瓜到y(tǒng)穩(wěn)定性問題變得愈加突出。借鑒國(guó)外電壓崩潰事故，研究電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性，防止電壓崩潰事故的發(fā)生，具有特別重要的意義。

1.3本文的主要內(nèi)容及思路

主要內(nèi)容：

(1) 電力系統(tǒng)的電壓無功控制

(2) 在臨界狀態(tài)附近的無功電壓控制分區(qū)

(3) 電力系統(tǒng)無功源配置的研究

(4) 撰寫論文。

本論文重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容：無功電壓控制分區(qū)和無功源優(yōu)化配置，本人先對(duì)對(duì)電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定和電壓無功控制的研究進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述，并將通過大量地、廣泛地閱讀專業(yè)期刊、雜志、相關(guān)學(xué)術(shù)著作，對(duì)電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定與無功控制進(jìn)行深入研究

2 電力系統(tǒng)的無功

在電網(wǎng)對(duì)用戶輸電的過程中，電網(wǎng)要提供給負(fù)載的電功率有兩種：有功功率和無功功率。有功功率（p）是指保持設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能量（機(jī)械能、光能、熱能等）的電功率；而無功功率（Q）是指電氣設(shè)備中電感、電容等原件工作時(shí)建立磁場(chǎng)所需要的電功率。

2.1無功功率的基本概念

無功功率比較抽象，它主要用于電氣設(shè)備內(nèi)電場(chǎng)與磁場(chǎng)的能量轉(zhuǎn)換，在電氣設(shè)備中建立和維護(hù)磁場(chǎng)的功率。它不表現(xiàn)對(duì)外做功，由電能轉(zhuǎn)化為磁能，又由磁能轉(zhuǎn)換為電能，周而復(fù)始，并無能量損耗。特別指出，無功功率并不是無用功，只是它不直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、熱能等為外界提供能量，作用卻十分重要。

電機(jī)運(yùn)行需要旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，就是靠無功功率來建立和維持的，有了旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，才能使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)械的運(yùn)行。變壓器也需要無功功率，才能使一次線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，二次線圈感應(yīng)出電壓，凡是有電磁線圈的電氣設(shè)備運(yùn)行都需要建立

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