基于电压稳定的电力系统可靠性评估及薄弱点识别

摘要

本文研究的部分内容来源于山西省留学基金项目“基于潮流计算的静态电压稳定性分析方法研究(2014-30)”和山西省留学人员科技活动择优资助项目“交直流混合微电网控制方式对电压稳定性的影响研究”。
　　电力系统失稳特别是电压崩溃，会导致部分、甚至大规模持久的负荷损失，直接影响电力系统运行的可靠性和经济性。无功功率与电力系统电压稳定及电压崩溃情况密切相关，对电力系统稳定运行具有重要意义。稳定性对可靠性的影响是复杂的电力系统运行问题，而这些问题目前尚未得到相关研究的足够重视。如无功功率短缺对系统可靠性的影响、考虑系统故障的电网薄弱点识别、负荷剧烈波动对电网稳定性影响的概率分布等。
　　本文从系统无功和有功功率电源充裕度及电压稳定性的角度研究系统可靠性评估方法，研究负荷随机波动对基于电压稳定的系统可靠性的影响。旨在提供一些新的可靠性指标来表征系统运行可靠性水平和电压稳定裕度，识别电网薄弱点。
　　针对传统可靠性评估忽略无功功率的问题，分别研究无功功率和有功功率对系统可靠性的影响，采用三级切负荷策略代替传统有功切负荷策略;提出一种与低压减载功能相匹配的无功功率注入技术，确定系统无功功率缺额和最佳补偿位置。经仿真验证该评估方法能从有功平衡、无功平衡和电压稳定三方面为系统规划和运行人员提供系统可靠性方面的信息，在保障系统可靠性的前提下能有效减少负荷切除量，使系统运行更经济。
　　针对基于电压稳定的可靠性评估问题，提出一种从节点电压角度评估系统可靠性、识别薄弱点的方法。根据系统在不同运行状态下不同电压阈值将系统划分为正常、低电压、临界和崩溃四个区域，计算系统处于不同区域的概率;提出最低电压MV(Minimum Voltage，MV)和节点电压变化BVC(Bus Voltage Change，BVC)两个识别电力系统最薄弱节点的电压指标，在识别网络最薄弱节点时，这两个指标比基于最优潮流的方法更加简单、清晰;提出节点电压降落期望EBVD(Expected Bus Voltage Drop，EBVD)和节点电压期望EBV(Expected Bus Voltage，EBV)两个描述负荷节点和系统可靠性的节点电压期望指标，用于指导运行人员通过监测系统电压水平直接判断系统的可靠性水平。仿真分析验证了该方法在实际应用中更直观、经济、有效。
　　针对负荷随机变化对电压崩溃风险评估及薄弱点识别的影响问题，本文考虑系统中负荷的不确定性和网络拓扑结构的变化，基于拉丁超立方抽样(Latin hypercube sampling，LHS)的概率潮流(probabilistic load flow，PLF)，研究由于负荷功率剧烈波动导致系统崩溃的情况;提出基于风险理论的电压稳定性定量评估方法，从电压、负荷节点类型、系统负荷承受能力等角度提出风险指标，综合确定系统的薄弱区域，综合考虑电压崩溃的可能性和严重性，反映电压崩溃风险的变化趋势。通过仿真验证了所提方法的有效性、可行性和与前述方法的一致性。

目录

声明

摘要

主要符号表

第一章 绪论

1．1 基于电压稳定的电力系统可靠性研究的目的和意义

1．1．1 大型电压崩溃及停电事故的警示

1．1．2 电压稳定性和可靠性研究的目的和意义

1．2 本文研究的主要内容

第二章 电力系统电压稳定性和可靠性基本分析方法

2．1 电压稳定性问题研究概述

2．2 静态电压稳定临界点及计算方法

2．2．1 静态电压稳定临界点的定义及计算

2．2．2 静态电压稳定临界点的计算方法

2．3 电力系统可靠性评估方法及指标

2．3．1 电力系统可靠性评估方法

2．3．2 元件可靠性评估指标

2．3．3 电力系统可靠性评估指标

2．4 本章小结

第三章 基于有功和无功功率的电力系统可靠性评估

3．1 基于有功和无功功率的可靠性评估体系

3．2 计及无功功率的可靠性评估指标

3．2．1 可靠性参数

3．2．2 可靠性评估指标

3．3 功率短缺和电压越限问题解决策略

3．3．1 三级切负荷策略

3．3．2 无功功率就地补偿策略

3．4 计及无功功率的可靠性评估

3．4．1 可靠性评估流程

3．4．2 故障筛选和排序

3．4．3 影响可靠性评估的因素

3．5 算例分析

3．5．1 改进的IEEE 30节点系统

3．5．2 某220kV电力系统

3．6 本章小结

第四章 基于节点电压的系统可靠性评估及薄弱点识别

4．1 概述

4．2 节点电压稳定和崩溃

4．2．1 功率-电压关系

4．2．2 节点电压约束

4．2．3 基于节点电压约束的系统可靠性分区

4．3 基于电压稳定性和可靠性的潮流算法研究

4．3．1 连续潮流法

4．3．2 改进二分搜索法

4．3．3 算例分析

4．4 可靠性评估及电网薄弱点识别

4．4．1 薄弱节点的筛选和排序

4．4．2 节点可靠性评估

4．4．3 系统可靠性评估

4．5 算例分析

4．5．1 改进的IEEE 30节点系统

4．5．2 某220kV电力系统

4．6 本章小结

第五章 计及负荷随机变化的电压崩溃风险评估及薄弱点识别

5．1 负荷模型及变化方式

5．1．1 以恒功率模型等比例增长负荷

5．1．2 按负荷曲线变化负荷

5．1．3 服从正态分布负荷

5．1．4 随机变化负荷

5．2 概率潮流算法

5．3 拉丁超立方抽样法

5．4 电压崩溃风险评估及系统薄弱点识别

5．4．1 电压风险指标

5．4．2 负荷节点类型指标

5．4．3 系统承受负荷能力风险指标

5．4．4 电压崩溃风险评估流程

5．5 算例分析

5．6 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间取得的成果

附录