电力系统静态安全分析范文1
电力输电设备的风险评估方法主要包括基于电力系统的负荷状况、故障率、马尔可夫模型的评估方法3种。以电力系统中的电力变压器为例。对于电网中的变压器，依据纤维素的使用寿命和变压器线圈温度之间的关系，一般通过其负荷参数对纤维的绝缘材料的使用状况，进而对电力变压器的使用寿命进行评估；对于实际应用中的电力变压器，对其众多故障条件下的设备老化数据进行统计比对实际运行故障发生率的统计更为简便。因此，可以通过设备老化与时间的函数关系、风险函数模型、马尔可夫模型等方式来对设备的老化程度进行研究分析，对于一般使用可靠性较高的设备，其不正常运行概率不便于采集，故对其各方面性能退化状况进行研究来开展设备的风险评估更有实际意义。
2系统静态安全风险评估
（1）系统静态安全分析方法概述。系统静态安全分析对于保障系统的安全稳定运行至关重要，具有提供决策支持、及时防止电网运行恶化的作用。在实际应用中，系统静态安全分析包含过载、电压越限、电压崩溃、连锁故障几个方面的分析评估。对于系统过载的分析，一般采用潮流计算的方法进行处理，根据系统对实时性、准确度、适应性的不同要求，可以选择采用简单的近似分析、精确分析及非线性规划法等增强型分析等方法；对于电压崩溃分析，一般可以采用潮流多解法、特征值分析法、连续潮流分析法等；对于连锁故障的分析，方法有基于线路连锁过载、继电保护隐性故障、系统结构的分析方法。（2）系统静态安全风险指标。本文对系统静态安全风险分析中的可能性、严重性及其综合性指标进行阐述，它们从各个不同角度和系统整体的角度对风险指标进行了描述，而灵敏度指标则用于反映设备投入后电力系统的节点、支路的状态变化。关于系统的静态安全性的具体风险指标如表2所示。在上表中，S表示节点i的有功功率值，Sev(Vi)、Sev(Sij)表示节点i的关于电压幅值和关于ij支路的有功功率的严重性指标，Snew、S为投入设备前后有功功率的期望数值。
3系统暂态安全风险评估
在对电力系统的暂态稳定性进行研究时，一般是通过校验设备是否处于合理的稳定范围，从而判断系统的稳定程度。对于稳定范围的选取则按照发电机母线端产生三相故障并保持一定的稳定性时的情况来选定。（1）系统的暂态稳定概率计算。对于电力系统暂态稳定概率的计算方法一般有蒙特卡罗模拟、解析法两种。蒙特卡罗模拟主要包括扰动事故、时序、动态模拟几个方面，它通过概率的方法对发生扰动的位置、扰动类型、发生保护的动作等进行模拟；而解析法则由单纯、条件解析法组成，以条件解析法为例，条件解析法的流程包括：分组设置不确定参数值；进行系统的暂态稳定仿真；不稳定条件概率的运算。（2）系统暂态失稳的影响分析。在电力系统风险评估中，对风险的危害进行建模是一个难点。一般的做法是通过潮流参数，系统母线电压的幅值及暂态变化过程等来描述失稳的严重程度，但该方法存在难以反映真实的经济性影响的不足。本文以简易法对系统失稳的危害进行评估。具体操作流程为：从每个元件的角度，对各危害发生的概率进行赋值操作，之后将元件的危害以事件为单位进行综合；具体的针对各种危害的计算。首先要对每一事件的后果按照不同标准细分至元件。具体进行分类的标准包括受影响方、受影响元件、成本类、成本单元四个主要方面，如表3所示。（3）具体评估过程。本文采用简易的评估方法对系统的暂态稳定性风险进行评估。评估过程设定系统暂态失稳的危害为产生连锁事件危害（Imc）、负荷损失（ImD）、机会成本（Imo）、启动及维护成本（ImS）。相关的计算公式如下表所示。
4结语
电力系统静态安全分析范文2
关键词：电力系统 电压稳定 控制
电力系统电压失稳会导致大面积停电事故的发生,从而造成了巨大的经济损失和严重的社会生产生活影响,因此,一直以来就得到了广大电力工作者的重视和关注。对电力系统电压稳定的专业研究可以追溯到20世纪七八十年代,起初的研究主要集中于静态电压稳定方面,随着研究的不断深入,逐步从动态视角来研究电压稳定问题,它与电力系统稳态以及系统中各元件的动态特性等都有密切的关系,电压控制、无功补偿与管理、继电保护控制中心操作、功角(同步)稳定等都将对电力系统的电压稳定产生直接的影响。目前,随着经济的发展,电力需求的不断增加,电力系统已经走向了大电网、超高压、大机组、重负荷、远距离输电时代,这就不可避免会给电力系统电压的稳定性带来新的挑战,因此有必要对电力系统电压的稳定及控制进行研究,以保证电力系统的安全稳定运行。
1、电力系统电压稳定的形式
电力系统的电压稳定性是指从给定的初始运行条件出发,遭受扰动后电力系统在所有母线上保持稳定电压的能力。在发生电压失稳时,可能导致的后果包括系统中负荷的丧失、传输线路的跳闸、因元件保护动作导致系统的级联停电、因停电或不满足励磁电流限制的运行条件导致一些发电机失去同步等。根据相关文献可以把电力系统电压稳定的形式分以下四类。
(1)动态稳定。系统用线性微分方程描述,元件动态及调节器的动态作用,判别系统在小扰动下的电压稳定性。(2)静态稳定。对动态系统作进一步简化,即假定发电机在理想的调节下,负荷用静态电压特性表示,从而使系统可以用代数方程描述时,判断系统在平衡点处的电压稳定性。研究系统静态电压稳定的主要作用是确定系统正常运行和事故后运行方式下的电压静稳定储备情况。(3)暂态稳定。系统用非线性微分方程描述,计及元件的动态特性及调节器的动态作用,暂态稳定可以用来判别系统在大扰动下的电压稳定性。(4)电压崩溃。系统在遭受扰动(大干扰或小扰动)作用下,系统内无功功率平衡状态遭到破坏,依靠调节器和控制器的作用,仍不能使的功率平衡得到恢复,从而导致局部或者整个系统中各节点电压急剧下降的物理过程。
2、电力系统电压稳定分析方法
对电力系统电压稳定性的分析,是预防和控制其稳定性的重要前提,就目前研究现状来看,针对电力系统电压稳定的形式主要有静态电压稳定分析和动态电压稳定分析这两类方法。
2.1 静态电压稳定分析方法
静态电压稳定分析方法主要有灵敏度分析法、潮流多解法、最大功率法奇异值分解(特征值分析)法、崩溃点法这几种。这些方法都是静态电压稳定分析中较多采用的方法,其共同点是基于潮流方程或经过修改的潮流方程,在当前运行点处线性化后进行分析计算,本质上都把电力网络的潮流极限作为静态电压稳定的临界点,所不同之处在于所采用的求取临界点的方法以及使用极限运行状态下的不同特征作为电压崩溃的判据。静态方法的优点是将一个复杂的微分方程解的性态研究看成是简单的非线性代数方程实数解的存在性研究,其缺点是不能反映各元件的动态特性,且将电力系统的潮流极限作为小干扰电压稳定的极限点,而这仅是电压稳定的必要条件而非充分条件,因而其结果大多是乐观的。
2.2 动态电压稳定分析方法
动态电压稳定根据扰动的大小分为小扰动稳定和大扰动稳定:根据响应时间的长短,包括暂态稳定、中期稳定和长期稳定,在分析方法方面主要有小扰动稳定分析和大干扰稳定分析。
小扰动电压稳定分析方法是基于系统的微分一代数方程扰动分析是严格意义上的Lyapunov稳定分析。由于电力系统中各种动态元件的时间常数或动作整定时间大小不同,且动态元件对不同分析对象的电气距离也应不同,因此各种动态元件对电压稳定的影响也不同,故针对不同扰动,如何简化计算系统的线性化状态方程系数矩阵的全部特征值是小扰动电压稳定研究的重点。
大扰动电压稳定分析又分为时域仿真法及暂态电压稳定分析。电力系统始终处于发电和用电的动态平衡,当系统遭受大扰动时就必须采用时域仿真法对电压稳定性进行研究。时域仿真法采用数值分析方法进行研究,得到电压及一些变量随时间变化的曲线。该方法具有较高的建模精度和分析结果,并且其分析结果具有较高的可解释性,可以清晰地发现导致电压失稳或电压崩溃的时间序列,从而为找到正确的控制措施提供依据。暂态电压稳定的物理意义是系统是否有能力抑制各种扰动而出现的各种电压偏移,维持系统的负荷电压水平,它反映几秒内的电压失稳。暂态电压稳定涉及到一些快速元件的动作响应,如同步发电机及其自动电压调节器AVR的响应、调速器的响应、高压直流元件和静态无功补偿SVC等相关元件的响应等。当电压失稳的过程可能持续很长时间时,必须进行中长期的电压稳定研究。在中长期电压稳定分析时必须考虑到一些响应慢的动态元件的动作特性,如有载调压变压器分接头的持续动作、发电机励磁限制、负荷的恢复特性、AGC、SVC、继电保护、自动重合闸以及各种预防校正控制的动作等因素。毫无疑问,利用时域仿真是中长期电压稳定分析的一个有效方法。在进行仿真时,一般都基于“准静态”假设。另外,在中长期电压稳定仿真过程中可结合一些静态电压稳定分析方法。
3、电力系统电压稳定控制
控制电压稳定的措施可分三类:预防措施、校正措施和紧急措施。预防措施是在规划阶段考虑的,主要研究系统的无功规划问题,包括确定无功补偿容量和无功补偿设备的运行方式等。校正措施是在系统运行阶段实时执行的,其作用是防止电压失稳初始状态的出现。这类措施主要依赖于系统的电压／无功调整。即系统中投运的电压／无功调整设备可控参数的重新设置。紧急措施则是在系统电压失稳过程已经开始、校正措施已无法阻止电压失稳的进一步发展,为避免电压崩溃而采取的措施,如切负荷。电力系统正常运行时,需保证有一定的电压稳定裕度,可以通过保持发电机额定功率因数、提高负荷功率因数、合理安排系统中的无功分布等措施来实现,通过为校正措施。在电力系统出现故障等特殊情况下,当电压稳定裕度不足甚至趋于电压崩溃时,需要采取相应的控制手段保证系统的电压稳定性,即所谓的紧急措施。下面给出电力系统中几种常用的电压稳定控制措施。
3.1 无功补偿
常用的电力系统无功补偿包括并联电容器组,SVC,STATCOM等。
(1)机械投切的并联电容器。电容器的过度使用在特定的扰动下会恶化无功功率的不平衡,是电压崩溃的一个诱因。由于并联电容器的无功出力与端电压的平方成正比,当扰动后电压下降很大时,会导致电容器的无功出力大幅度降低,不利于电压的恢复。因而,采用并联投切电容器组进行无功补偿,在紧急情况下其作用有限。
(2)SVC和STATCOM。这是目前电压稳定研究中,采用的最多的动态无功补偿设备,大量文献的研究结果表明,这些设备的使用可以有效提高系统的电压稳定性。在SVC结构中,滤波电路用来滤除高次谐波,其对于基波呈容性。SVC可以设计成对称或不对称方式运行(指容性和感性调节容量),而STATCOM总是以对称方式运行。SVC和STATCOM的主要区别在于超过其控制范围后的特性,这时的SVC和STATCOM分别相当于一个并联电容和一个恒流源。
3.2 变压器分接头的紧急控制
OLTC的主要作用是在正常运行时调节负荷母线的电压,在允许范围内。分接头动作一般不利于电压稳定,在系统紧急状况下,OLTC和发电机过励限制器(OEL)等慢动态装置的相互作用可能引起电压失稳,这种情况在负载为电压敏感负荷时尤为明显。但在有些情况下,分接头动作有利于增强电压稳定性,如:在恒功率负荷或感应电动机负荷以及存在感应风力发电机的情况下,因为对于恒功率负荷,配电网电压升高会降低网络中的有功功率和无功功率损耗,而对于感应电动机和感应发电机,其无功功率一电压特性为负的斜坡特性,即电压升高时,吸收的无功功率会减小。分接头的紧急控制措施包括分接头调节闭锁和分接头逆调节,即把控制母线由配电侧转为输电侧。
3.3 发电计划重新安排
该控制措施属于短期运行计划的范围,其优点是控制作用可以在现有设备的基础上进行,无需增加新设备。在最优潮流和经济调度中,通常会考虑功角稳定的要求。与此类似,如果在最优潮流中考虑电压稳定的要求,达到电力系统安全性与经济性的平衡,则可以在一定程度上缓解电压稳定的压力。
3.4 切负荷
当其他控制措施都无法阻止系统趋向电压失稳时,切负荷是制止电压崩溃的最后手段,它是保证电力系统继续安全运行的最后防线。因此在电力系统中需要有能阻止电压崩溃的自动装置,低电压自动减载装置就是专门针对电压稳定问题提出的。
4、结语
电压稳定问题作为电力系统稳定性研究的一个重要方面,对系统的运行具有很重要的影响。文章对电力系统电压稳定领域的若干问题进行了研究,特别是对电力系统电压稳定的分析方法和控制方法的阐述可为相关工作者的工作实践提供参考,以保证电力系统的稳定运行。
参考文献
[1]徐冰.电力系统电压稳定与二级电压控制的研究[D].东北大学,2008.
电力系统静态安全分析范文3
[关键词]电力系统；电压稳定性；研究现状；展望
中图分类号： F407文献标识码：A
一、前言
在电力系统运行的过程中，电压的稳定性对电力系统的稳定运行有着重要的影响，不稳定的电压容易造成电力系统的破坏，严重的会造成电力系统的瘫痪，影响电力系统的正常运行。
二、电压稳定的重要性
在电力系统运行的过程中,保证电力电压稳定可以有效提高电力系统运行效果,降低电力系统中负荷可能丧失、转移的现象,降低系统出现级联停电的可能性。在改该过程中,电力电压稳定对传输线路的跳闸状况可以有效避免,对整体供电的可靠性进行加强,已经成为保证安全、有效输电的关键因素。
电力电压稳定主要从两方面进行划分,实现对整体电力电压稳定性的提高。第一,从外界扰动性质进行划分可以将电力电压稳定分为大扰动电压稳定和小干扰电压稳定。大扰东电压稳定主要指系统在遭受大的扰动后保持电压稳定的综合能力,而小干扰电压稳定性恰恰相反。第二,从保证时间范围的角度出发,电力电压稳定主要可以分为短期电压稳定和长期电压稳定两方面。短期电压稳定主要是一扎动作原件对整体的动态进行处理,确保实现设备变压器的分接头。而长期电压稳定主要对设计慢动作的设备进行处理,保证电压的稳定性。
三、电压稳定分类
由于电压失稳的情况复杂多变，在研究电压稳定性时，需对电压稳定问题进行分类，其主要从两个角度进行划分：
1、界扰动的性质出发，可分为
（一）大扰动电压稳定。指电力系统遭受大的扰动后，如短路故障、切机等，保持电压稳定的能力。它由系统和负荷特性以及两者间连续和不连续控制及保护的相互作用所决定。
（二）小扰动电压稳定。指电力系统在遭受小的扰动后，如负荷的增加等，仍能保持电压稳定的能力。它受负荷特性以及给定时间内的连续和不连续控制作用的影响。
2、间框架的角度出发，电压稳定性可分为
（一）短期电压稳定。通常与快速动作元件如HVDC 变流器、感应电动机等的动态相应特性有关。当电力系统发生大扰动时，随着故障过程中发电机之间的相对摇摆，可能造成某些母线电压不可逆转的急剧下降，而发电机之间的相对摇摆可能并未超过其功角失稳的范围。
（二）中长期电压稳定。可能由于缓慢的负荷增长所引起，也有可能是发生在扰动后的系统恢复过程，与动态元件的调节过程有关。如调压变压器（OLTC）、发电机励磁限制器等动态恢复特性，会在系统无功补偿不足时，使系统过渡到不稳定的状态点，从而最终导致电压失稳。
四、电压稳定的研究方法
七十年代以后，尤其是近年来，许多学者从不同的侧重点对电力系统的电压稳定性的分析方法进行了研究。总结起来，可分为静态和动态两类。它们分别以潮流或扩展潮流方程，非线性的微分代数（DAE ）方程为数学模型来开展研究。
1、稳定分析方法
电力系统静态稳定分析方法是将电力系统电压稳定问题看作成一个静态问题，将系统的潮流方程或扩展潮流方程作为数学模型，指定某一稳定性指标，看方程是否存在可行性解。它是早期最常用来研究电压稳定的分析方法，根据其分析依据的不同，将静态稳定分析方法分为线性化法和裕度法。其中灵敏度法，特征值/奇异值分析法，潮流多解法，最大功率法等是最常见的线性化法。而连续潮流法，非线性规划法，最优乘子法，崩溃点法等是最常见的裕度法。
这两类方法常用于判断系统的节点或母线的薄弱部分，构造和计算系统某一状态的电压安全性指标，探求防止电压失稳甚至崩溃的措施，为系统后面动态稳定研究奠定了基础。现对几种常见的静态稳定分析方法进行研究分析。灵敏度法是基于常规潮流方程的线性化，将某些灵敏度的变化作为研究对象来分析电力系统电压稳定性的方法。这类方法研究较早，现在使用已较为普遍，对简单的电力系统电压稳定分析起着非常重要的作用。一般用于判断系统的节点或某些区域的薄弱部分，从而确定柔流输送装置等的安装位置。目前，常见的灵敏度指标有 dVl/dVg，dVl/dPl，dVl/dQl等（其中 Vl，Pl，Ql，Vg分别代表负荷节点的电压，有功功率，无功功率和发电机节点的电压）。该方法的优点是研究对象简单明确，计算量小。它的缺点是其指标不是动态指标，不能对系统的动态特性以及非线性特性进行描述，并且所运用的灵敏度指标也缺乏统一的规范标准。
2、稳定分析方法
动态稳定分析方法是在静态稳定分析方法的基础上发展起来的，电力系统的许多特性或元件都是动态的，例如柔流输电装置，继电保护的动作，OLTC动态，网络的动态特征等，对分析电力系统都有着重大的影响。因此，此方法对探讨电力系统电压稳定的本质和电压失稳的机理都起着非常重要的作用。常用的动态稳定分析方法有以下几种：时域仿真法是将非线性的微分代数方程作为数学模型，采用数值积分的方法，考虑元件各种特性和约束条件来研究系统电压动态稳定的方法。此方法适合电力系统任何动态模型，是研究电压稳定最全面的一种方法，可用于研究电压失稳和崩溃的机理，特征以及预防和控制电压稳定方法的有效性等。但是该方法存在精确建模困难，计算时间长，实时性差等缺点。
五、电压稳定性分析展望和研究动向
1、电压稳定性分析模型
在电压稳定分析中,关注的是各母线电压的变化情况,故可对一些对电压影响较小的物理量的变化规律作某些近似假设,从而在模型的复杂性和合理性之间取得合理折衷.目前,电压稳定分析的很多方法尚未经历模型从复杂到简单的提炼过程,基于简单模型的分析结果往往值得商榷。
2、电压稳定性分析方法
所有基于静态的研究方法本质上都是利用潮流及其改进形式作为研究工具,未涉及系统动态,因而所得极限.通常只是功率极限.而非电压稳定极限,其合理性需要接受基于动态的研究方法的检验。但静态方法在获得系统极限运行状态,指导调度方面起到重要作用,也是动态分析方法的基础,在一段时间内将依旧存在且广泛应用。其关键问题是如何把握静态分析方法的应用范围和适用条件,如何衡量误差范围。此外,系统电压静态稳定和功角静态稳定的鉴别方法仍然是一个需要研究的课题。
3、电压稳定控制措施
为了达到实时电压稳定监视的目的,急需开发一种有实际物理意义并且适合在线应用的电压稳定指标。这种指标应该基于动态模型并且具有良好的线性。虽然裕度指标已经在实际系统中得到初步应用,但裕度指标的计算速度和过渡过程还需要加以提高和精确模拟,否则将会导致错误的结果。从目前研究看,尽管许多电压稳定指标已被提出,但由于各种指标都采用了不同程度的简化,其准确性与合
六、发展方向
电力系统的分岔现象复杂多样，而鞍结点分岔和霍普夫分岔只是静动态分岔现象中最简单也是最基本的分岔方式，而利用分岔理论研究电力系统电压稳定性问题，还有很多后续工作有待开展：
1、优化分岔算法。利用有效地数值方法和科学的计算机技术，优化各类分岔点的求取方法，使其更加精确简单。
2、完善数学模型。在现有的电压稳定性分析中，通常设定了很多理想化的假设条件，不能建立准确反映电力系统的实际运行状况的数学模型。因此，如何建立即简单又符合实际情况的数学模型是进一步的研究方向。
3、探索失稳机理。利用分岔理论对电压失稳和电压崩溃的机理做更深入的分析探索，分析分岔点与电压失稳的关系，从而制定出更为有效地预防控制与校正控制措施，保证电力系统的安全稳定运行。
4、开发分岔软件。现有的分岔软件都是国外学者开发的，且实用性较差，与电力系统电压稳定联系不紧密。开发自主产权，用于电力系统电压稳定安全运行分析判断的分岔软件是非常必要的。
5、理论与实际相结合。结合分岔理论，将电压稳定问题同电力市场结合起来作为下一步研究的方向，使其研究更趋于实用化。
结束语
在电力系统运行的过程中，电力电压稳定性的控制还存在一定的问题，这就需要电力系统的相关技术人员根据电力系统电压稳定运行的相关知识，对电压进行有效的控制，提高电压的稳定效果。
参考文献
电力系统静态安全分析范文4
对电网静态稳定和暂态稳定限制下的机组进相运行能力进行了分析。首先在分析静态稳定限制机组进相运行机理的基础上估算了静态稳定对机组进相能力的限制。然后考虑不同运行方式，计算了机组在暂态稳定限制下的进相运行能力。最后通过对比现场进相试验得到的发电机进相运行能力，得到了静态稳定不是限制发电机进相能力主要因素，暂态稳定限制与运行方式紧密相关，进行进相运行物理试验前应考虑暂态稳定限制进行进相运行仿真的结论，并给出了对发电机进相运行能力研究的改进方案。论文成果对于发电机进相运行能力的研究和进相试验方案的改进有参考意义。
关键词:
静态稳定;暂态稳定;稳定限制;进相能力
0引言
随着大容量远距离输送电力的现代化电网的建设和发展，电力系统低谷运行时电压偏高的问题日益突出，严重影响着设备和电网安全［1］，利用发电机进相运行能力进行电压调整的方式因具有易于实现、调节平滑和无需额外投资的优势而得到了广泛应用［2－4］。随着特高压输电工程的投运，电力输送线路的充电无功功率将日益增大，在负荷低谷时，线路充电功率将使系统的电压上升以至接近或超过系统运行电压的上限。华北电网执行逆调压方式，对电压的调整能力要求更为严格，核定省网调度发电机的进相运行能力，为调度机构提供可供电压调整参考的量化依据是重要且迫切的任务。现阶段关于机组进相运行能力的研究已较多，文献［5－12］具有一定代表性:文献［5］研究了基于动模试验分析大型发电机深度进相特性的方法，得到了影响试验精度的因素;文献［6］分析了限制进相运行能力的多个原因，得到端部热过问题不再限制大型汽轮发电机进相运行的结论;文献［7］建立发电机联接电网的简化模型，推导并提出了快速估算发电机进相运行能力的方法;文献［8］对比了PSCAD软件仿真和现场进相试验结果，得到仿真试验与现场试验结果误差很小的结论;文献［9］提出了一种基于相关向量机的发电机进相能力模型，继而分析有功功率和无功功率一定情况下发电机进相的调压效果和进相运行的功角;文献［10－12］以实际发电机作为研究对象，总结了进相运行的相关经验。但以上研究均未联系实际电网考虑机组的进相能力，得到研究成果为方向性或结论性内容，在量化指导调度进行电压调整方面依据不足。本文将研究电网稳定对发电机进相运行的限制，计算考虑静态稳定、暂态稳定限制的机组进相能力，并通过与现场试验得到的机组进相能力进行对比，为机组进相试验和调度方案制定提供建议。
1分析对象描述
沧州区域电网中，某2×350MW火力发电厂通过220kV变电站A接入电网，其结构如图1所示。ABCDEF分别为220kV变电站，沧西站为500kV变电站。两隐极发电机组参数相同，均采用单元接线方式。在影响机组进相运行能力的6个影响因素［4］中，发电机机端和厂用母线电压降低、定子过流、定子端部过热、边端铁心片绝缘安全受制于发电厂设备的物理结构;静态稳定限制和暂态稳定限制则受到电网运行状态的影响。按照文献［13－14］要求，考虑发电厂设备限制对机组进行进相试验得到其在不同有功功率下的进相运行能力如表1所示，本文将考虑静态稳定限制和暂态稳定限制，研究机组的进相运行能力。
2静态稳定限制分析
2.1静态稳定限制机理
不考虑励磁调节的隐极发电机的电磁功率为Pe=EqUXdsinδ(1)式中:δ为发电机内电势Eq和系统电压U的夹角;Xd为直轴电抗，对应向量图如图2所示。稳态运行时发电机输出的电磁功率Pe与原动机输入功率Pm相等。功率特性如图3所示，正常运行时发电机运行于Pe(1)曲线上的a点，发电机进相运行时Eq因机组吸收无功功率而减小，此时机组运行于Pe(2)曲线上的b点，机组的静态稳定裕度由ge变为ce。当机组进相深度继续增加，使Pe(3)曲线上的最高点d仍然小于或等于机组原动机出力Pm时，机组进相深度受到静态稳定的限制。
2.2静态稳定限制估算
采用实际电网离线数据，以1000MW为基准容量(SB)，应用PSD-SCCP短路电流程序计算得到发电厂高压母线处系统等值阻抗Xs为0.0290+j0.1614，升压变压器漏抗XT为0.4286，发电机直轴暂态电抗X'd为0.6841。略去电阻的简化等效系统如图4所示。考虑一台发电机额定功率(Pe=0.35SB)进相运行且静态稳定不受限，则需要Pe＜EqUXs+XT+X'd(2)即Eq＞(Xs+XT+X'd)PeU(3)代入已知数据，得到进相运行后Eq需大于0.4459p．u．。实际进相运行中不可能将Eq降至0.4459p．u．，根据技术标准［14］应将发电机欠励电压限制在5%以内，可知发电机满足静态稳定要求，且具有充足裕度。
3暂态稳定限制分析
考虑电网稳定的要求，需满足运行中出现暂态故障线路N－1时系统保持稳定。采用华北电网离线数据，应用PSD-BPA软件对该电厂发电机进相运行时发生暂态故障进行仿真。经计算，在各种暂态故障中，发电厂出线电厂侧发生三相短路的故障形式对暂态稳定影响最为严重。
3.1单机组并网方式进相分析
该电厂只有一台发电机并网且其进相运行时，考虑暂态稳定限制，机组在不同有功功率下的进相运行能力如表2所示。若机组超过进相能力增加进相深度，则在发电厂出线处发生三相短路时机组将失去同步稳定。以发电机额定功率进相运行吸收45MVar无功为例，进相运行前后的电气参数变化如图5所示。由图中可见，发电厂高压母线电压由230kV降至进相运行后的219.5kV，发电厂无功出力由122MVar变为－45MVar，发电厂有功出力在进相过程中出现小幅波动，进相运行后有功功率稳定在额定值，发生三相短路故障后电压、功角均可保持稳定。
3.2双机组并网单机组进相方式分析
该电厂两台发电机并网运行，且一台以额定功率迟相运行另一台进相运行时，考虑暂态稳定限制，机组在不同有功功率下的进相运行能力如表3所示。若机组超过进相能力增加进相深度，则在发电厂出线处发生三相短路时机组将失去同步稳定。以两台发电机额定功率运行、一台进相运行吸收47MVar无功为例，对应的母线电压及发电机出力响应如图6所示。由图可见，发电厂高压母线电压由232.5kV降至进相运行后的226.6kV，发电厂无功出力则由85MVar变为－47MVar和140MVar，故障后电压恢复至正常水平，两发电机有功出力经振荡后恢复至额定功率，系统可保持稳定。
3.3双机组并网双机进相方式分析
该电厂两台发电机并网运行，且两台发电机同步进相运行时，考虑暂态稳定限制，机组在不同有功功率下的进相运行能力如表4所示。若机组超过进相能力增加进相深度，则在发电厂出线处发生三相短路时机组将失去同步稳定。以两台发电机额定功率运行、且均发出7MVar无功为例，对应的高压母线电压及机组无功出力响应情况如图7所示。由图可见，发电厂高压母线电压由232.3kV降至最低无功出力运行后的222.0kV，发电厂无功出力则由85MVar变为7MVar，故障后电压恢复至正常水平，发电机有功出力经振荡后恢复至额定功率，系统可保持稳定。
4不同限制的进相能力对比及建议
4.1进相能力对比
由以上分析可知，该发电厂的进相能力不受静态稳定限制且静态稳定裕度充足，进相能力因受暂态稳定限制而不能继续增加进相深度。如图8所示，考虑满足电网暂态故障N－1安全需求时，不同的运行方式下发电机的进相运行能力不同。双机组共同进相运行时，机组受暂态稳定限制的进相能力最低;而双机组运行单机组进相时，进相运行机组受暂态稳定限制的进相能力最高。最高方式在机组三种有功出力运行状态下吸收的无功之和比最低方式高约62%，说明与进相运行机组并列运行的迟相运行机组增发无功，利于系统保持暂态稳定。由此可见机组进相能力需联系实际的运行方式进行讨论。
4.2调整建议
在多数情况下，发电机进相能力均首先考虑受发电厂设备限制而不能继续增加进相深度。但在某些运行方式下，考虑电网暂态稳定限制的进相能力却有可能低于考虑发电厂设备限制的进相能力。因此特定运行方式下进行发电厂进相试验或进相运行时，存在暂态故障后发电机失去同步稳定的风险，将这种情况下进相试验得到的发电机进相能力用于直接指导调度运行存在不足。针对这一问题，本文提出改进发电机进相能力的技术方案如图9所示，其中实线框表示现有技术流程，虚线框表示本文建议增加的技术流程。建议在进行发电厂现场试验前，采用实际电网的离线数据，考虑运行中可能出现的风险运行方式，通过仿真分析获得考虑电网安全稳定需求的进相运行能力，应用所得结论指导进相试验的开展，以规避进相试验中因进相过深导致超过电网安全限制边界而可能出现的电网稳定风险。此外，虽然静态稳定不是限制进相运行的主要因素，但在具备条件时仍建议进行计算分析。根据工程经验，发电厂低压母线电压低于限值(0.95UN)是最为常见的限制因素，因此建议进相试验前，预先进行仿真分析。这样，在应用试验前的分析指导进相试验开展的基础上，综合考虑发电厂物理限制因素和电网安全稳定限制因素来制定合理的建议指导调度的电压调整将更加科学、合理。对于未考虑电网安全限制因素，已完成进相试验得到的进相运行结论，在应用其指导调度电压调整前，可考虑结合电网、电厂可能出现的风险运行方式进行仿真校核，进一步提高指导的准确性和合理性。
5结论
本文对实际电网中的发电厂进行了考虑静态稳定和暂态稳定限制的进相能力分析，并与现场试验得到的进相能力进行了对比，结论如下:(1)实际系统中静态稳定限制一般不会成为限制发电机进相运行能力的主要因素，暂态稳定对发电机进相运行能力的限制因运行方式的不同而存在差异。(2)在按照现行技术标准进行发电厂进相运行试验时，为避免试验中突发的暂态故障导致发电机失去同步稳定发生跳机故障，应在试验前进行进相运行的暂态仿真计算。(3)应考虑电厂进相试验和电网安全稳定限制两个因素，来综合考虑发电机的进相运行能力。将进相能力用于指导调度运行时，应结合运行方式进行安全校核。
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电力系统静态安全分析范文5
关键词：电力系统自动化 发展 应用
近现代计算机技术、通信技术、功率电子技术和控制技术日新月异，而且这些新技术逐渐由理论和实验阶段进入应用领域，这些都对电力自动化技术产生了巨大的影响。一些新的观点和理论应运而生，电力自动化技术也随之进入一个新的时期。
1、自动化总的发展趋势
1.1、自动控制技术正趋向于
①在控制策略上日益向最优化、适应化、智能化、协调化、区域化发展。 ②在设计分析上日益要求面对多机系统模型来处理问题。 ③在理论工具上越来越多地借助于现代控制理论。④在控制手段上日益增多了微机、电力电子器件和远程通信的应用，保证了控制操作的高可靠性。 ⑤在研究人员的构成上益需要多“兵种”的联合作战。
1.2自动化的发展则趋向于:
①由开环监测向闭环控制发展,例如从系统功率总加到AGC(自动发电控制)。②由高电压等级向低电压扩展,例如从EMS(能量管理系统)到DMS(配电管理系统)。③由单个元件向部分区域及全系统发展,例如SCADA(监测控制与数据采集)的发展和区域稳定控制的发展。④由单一功能向多功能、一体化发展,例如变电站综合自动化的发展。⑤装置性能向数字化、快速化、灵活化发展,例如继电保护技术的演变。 ⑥追求的目标向最优化、协调化、智能化发展,例如励磁控制、潮流控制。⑦由以提高运行的安全、经济、效率为完成向管理、服务的自动化扩展,例如管理信息系统在电力系统中的应用。
2、影响电力系统自动化的三项新技术
2.1电力系统的智能控制
电力系统的控制研究与应用在过去的40多年中大体上可分为三个阶段:基于传递函数的单输入、单输出控制阶段;线性最优控制、非线性控制及多机系统协调控制阶段;智能控制阶段。电力系统控制面临的主要技术困难有:
①电力系统是一个具有强非线性的、变参数(包含多种随机和不确定因素的、多种运行方式和故障方式并存)的动态大系统。
②具有多目标寻优和在多种运行方式及故障方式下的鲁棒性要求。
③不仅需要本地不同控制器间协调,也需要异地不同控制器间协调控制。
智能控制是当今控制理论发展的新的阶段,主要用来解决那些用传统方法难以解决的复杂系统的控制问题;特别适于那些具有模型不确定性、具有强非线性、要求高度适应性的复杂系统。
智能控制在电力系统工程应用方面具有非常广阔的前景,其具体应用有快关汽门的人工神经网络适应控制,基于人工神经网络的励磁、电掣动、快关综合控制系统结构,多机系统中的新型静止无功发生器的自学习功能等。
2.2 FACTS和DFACTS
①FACTS概念的提出
在电力系统的发展迫切需要先进的输配电技术来提高电压质量和系统稳定性的时候,一种改变传统输电能力的新技术――柔流输电系统(FACTS)技术悄然兴起。
柔流输电系统是Flexible AC Transmission Systems中文翻译，英文简称FACTS，指应用于交流输电系统的电力电子装置。利用大功率电力电子元器件构成的装置来控制调节交流电力系统的运行参数或网络参数，优化电力系统运行状态，提高交流电力系统线路的输电能力。其中“柔性”是指对电压电流的可控性；如装置与系统并联可以对系统电压和无功功率进行控制，装置与系统串联可以对电流和潮流进行控制；FACTS通过增加输电网络的传输容量，从而提高输电网络的价值，FACTS控制装置动作速度快，因而能够扩大输电网络的安全运行区域；在电力电子装置最早用于直流输电系统中并实现了对输送功率的快速控制，由此人们想在交流系统中加装电力电子装置，寻求对潮流的可控，以获得最大的安全裕度和最小的输电成本，FACTS技术应运而生，静止无功补偿器（SVC），静止同步补偿器（STATCOM）又称作ASVG，晶闸管投切串联电容器（TCSC），静止同步串联补偿器（Static Synchonous Series Compensator）以及统一潮流控制器（UPFC）就是基于FACTS装置家族的成员。这是一种将电力电子技术、微机处理技术、控制技术等高新技术应用于高压输电系统,以提高系统可靠性、可控性、运行性能和电能质量,并可获取大量节电效益的新型综合技术。
②对ASVC的研究现状
各种FACTS装置的共同特点是:基于大功率电力电子器件的快速开关作用和所组成逆变器的逆变作用。ASVC是包含了FACTS装置的各种核心技术且结构比较简单的一种新型静止无功发生器。
ASVC由二相逆变器和并联电容器构成,其输出的三相交流电压与所接电网的三相电压同步。它不仅可校正稳态运行电压,而且可以在故障后的恢复期间稳定电压,因此对电网电压的控制能力很强。与旋转同步调相机相比,ASVC的调节范围大,反应速度快,不会发生响应迟缓,没有转动设备的机械惯性、机械损耗和旋转噪声,并且因为ASVC是一种固态装置,所以能响应网络中的暂态也能响应稳态变化,因此其控制能力大大优于同步调相机。
③DFACTS的研究态势
随着高科技产业和信息化的发展,电力用户对供电质量和可靠性越来越敏感,电器设备的正常运行甚至使用寿命也与之越来越息息相关。可以说,信息时代对电能质量提出了越来越高的要求。
DFACTS是指应用于配电系统中的灵活交流技术,它是Hingorani于1988年针对配电网中供电质量提出的新概念。其主要内容是:对供电质量的各种问题采用综合的解决办法,在配电网和大量商业用户的供电端使用新型电力电子控制器。
2.3新一代EMS和动态安全监控系统
①基于GPS统一时钟的新一代EMS
目前应用的电力系统监测手段主要有侧重于记录电磁暂态过程的各种故障录波仪和侧重于系统稳态运行情况的监视控制与数据采集(SCADA)系统。前者记录数据冗余,记录时间较短,不同记录仪之间缺乏通信,使得对于系统整体动态特性分析困难;后者数据刷新间隔较长,只能用于分析系统的稳态特性。两者还具有一个共同的不足,即不同地点之间缺乏准确的共同时间标记,记录数据只是局部有效,难以用于对全系统动态行为的分析。
②基于GPS的新一代动态安全监控系统
基于GPS的新一代动态安全监控系统,是新动态安全监测系统与原有SCADA的结合。电力系统新一代动态安全监测系统,主要由同步定时系统,动态相量测量系统、通信系统和中央信号处理机四部分组成。采用GPS实现的同步相量测量技术和光纤通信技术,为相量控制提供了实现的条件。GPS技术与相量测量技术结合的产物――相量测量单元设备,正逐步取代RTU设备实现电压、电流相量测量。
电力系统调度监测从稳态/准稳态监测向动态监测发展是必然趋势。GPS技术和相量测量技术的结合标志着电力系统动态安全监测和实时控制时代的来临。
电力系统静态安全分析范文6
关键词：电力系统，电压失稳，稳定性
Abstract: this paper analyzes the mountainous area of the old city's drainage present situation, proposed the mountains drainage system, the problems of the mountainous area is proposed to solve these problems in the reconstruction of the old city drainage engineering principles and main form, and the drainage system and drainage system suggestion in the form of a layout.
Keywords: mountain old city; Drainage engineering modification; Drainage system
中图分类号：TM715文献标识码：A 文章编号：
引言
电力系统是一个具有高度非线性的复杂系统，随着电力工业发展和商业化运营，电网规模不断扩大，对电力系统稳定性要求也越来越高。在现代大型电力系统中，电压不稳定、电压崩溃事故已成为电力系统丧失稳定性的一个重要方面。因此，对电压稳定性问题进行深入研究，仍然是电力系统工作者面临的一项重要任务。
一、电压崩溃主要原因分析
近年来，随着电力工业的发展，电力系统规模日益扩大，逐步进入高电压、大机组、大电网时代，同时伴随电力改革和电力市场的实践，长线路、重负荷及无功储备不足的特征逐渐突出，系统的电压安全裕度倾向于越来越小，使电力系统常常运行在稳定的边界。目前系统运行操作人员并不能准确掌握系统的电压安全状态。所以事故发生时，缺乏足够的安全信息来采取相应的措施，导致了事故的扩大。
从国内外一些大的电力系统事故的分析来看，发生电压崩溃的一个主要原因就是无法预计负荷增长或事故发生后可能导致的电)t.不稳定/崩溃的程度和范围，难以拟定预防和校正的具体措施。此外，电力系统还具有许多[&1有特性，如:(I)系统的运行结构调整频繁，运行工况不断变化;(2)负荷波动，谐波干扰以及随机扰动难以估计;(3)规模庞大，维数高，控制分散性强，完整的运行信息难以获取:(4)存在饱和、死区、限幅等强非线性因素;(5)时变性强，对控制速度要求很高。这些特性使建立电力系统的精确模型变得极为困难，而且即使建立了较精确的数学模型，其结构也过于复杂，难以实现快速有效的实时控制。因此，实时在线评估电力系统电压安全、预测电压崩溃是十分重要的。
二、负荷模型的结构分析
1、静态负荷模型
静态负荷模型主要适用于潮流计算和以潮流计算为基础的稳态分析中。在电力系统动态分析中，一般适用于计算结果对负荷模型不太敏感的负荷点。
（1）指数负荷模型
通常一个指数函数在电压变化范围比较大的情况下仍能较好地描述许多负荷的静态特性。忽略频率变化对负荷有功、无功功率变化的影响，在一定的电压变化范围下，其指数函数模型可表示为：
式中，P0、Q0、V0分别为扰动前稳态情况下负荷所吸收的有功、无功功率和节点电压，指数和的值取决于负荷的类型。
（2）多项式负荷模型
这是将功率与电压幅值关系表达为多项式方程形式的静态负荷模型，不计频率变化时通常有如下形式：
式中：
这种模型实际上相当于认为负荷由三部分组成。系数A、B、C分别表示恒定阻抗(Z)、恒定电流(I)和恒定功率(P)部分在节点总负荷，!，所占的比例。因此这种负荷模型也称为负荷的ZIP模型。
2、动态负荷模型
为了描述负荷的动态特性，低阶的传递函数或电动机模型被用来描述负荷特性。动态负荷模型进一步分为机理式和非机理式，合理的机理式模型可以反映负荷动态过程的物理本质，而非机理式模型在确定参数方面则比较简单。
（1）机理式模型
机理式模型就是从负荷的物理特性出发建立的系统模型。电振稳定分析中最常用的机理式模型是感应电动机模型。感应电动机在电力系统负荷(尤其是工业负荷)中占有较大比重，对电力系统运行与控制具有相当大的影响，在不少电力系统计算软件包中均包含感应电动机模型，其动态特性主要表现为:(1)故障后功率在短时间内恢复;(2)功率因数低，无功需求大:(3)电压低于一定的极限时，吸收的无功功率急剧增加，易于失速停转。鉴于以上原因，感应电动机负荷模型的建立在电仄稳定动态分析中显得非常重要。
根据不同的应用领域和分析计算目的，己提出了多种感应电动机模型，比较详细的是五阶电磁暂态模型，其中考虑了定子绕组、转子绕组的电磁暂态特性以及转子的机械动态特性。当忽略定子绕组的电磁暂态特性时，则得到三阶的机电暂态模型。如果进一步忽略转子绕组的电磁暂态特性，就获得一阶的机械暂态模型。一般来说，感应电动机定子绕组的暂态过程比转子绕组的暂态过程要快得多，且更快十电力系统暂态过程。所以，就感应电机对电力系统的影响而言，是否计及定子的暂态过程影响不大，采用三阶模型就能很好地反映感应电动机的动态性能，因此可将综合负荷等值为一个感应电动机和静态负荷的并联，模型结构如图1所示。
图1 感应电动机动态负荷模型结构
3、非机理式模型
当负荷群中动态元件类型不止一种，或者虽然类型一单一但特性相差较大时，就难以用一个简单.的机理式模型去描述。为了克服机理式模型结构复杂及参数估计困难的缺点，人们开始研究负荷的非机理动态模型。
非机理式模型也称作输入/输出模型(1/0模型)。将需要研究的负荷群看作为一个“系统丫，其输入变量是负荷母线电压U及母线频率f，输出变量是负荷群吸收的总的有功功率P和无功功率Q。当输入变量U，f变化时，输出变量P，Q也随之而变化，输入/输出模型是一组能够描述系统输入/输出特性的数学方程。如图2所示：
图2 负荷群系统示意图
结论
电力系统电压稳定问题的研究有着十分重大的社会经济意义。尽管电压稳定问题及其相关现象十分复杂，在过去二十年间，人们己经在电压失稳机理以及负荷模型建立、分析手段上取得了很多重要研究成果。随着系统规模的不断发展，新型控制设备的不断投入运行以及电力市场化的不断深入，人们需要更为准确的电压稳定性指标以及实用判据，需要将电压安全评估与控制不断推向在线应用。
