（电力系统及其自动化专业论文）计及tcsc装置的电力系统电压稳定性研究.pdf

摘要 统电压稳定性灵敏度指标表示为可控串补触发角显函数的形式，并可 通过改变t c s c 的触发角来控制电压稳定性。 然而，系统还能承受多大的负荷，当前运行点离系统的电压崩溃 点的距离还有多远，这个问题还需要进一步的解决。为此，本文引入 了电压稳定性裕度指标。本文将装有t c s c 装置的线路用一个带有 t c s c 电纳模型的等值电纳表示，通过潮流计算，将其引入到裕度指 标中。通过裕度指标表示出带有可控串补装置的电压稳定性的改善情 况。 在此基础上，本文对安装t c s c 前后的整个系统和t c s c 安装节 点的电压稳定性灵敏度指标和裕度指标进行对比计算分析。并将两个 9 节点系统进行互联，在系统一侧的薄弱节点和两个系统的连接点分 别安装t c s c 装置，同样用电压稳定性灵敏度指标对比计算分析。从 结果可以看出，带有t c s c 的电压稳定性灵敏度指标有较大改善。此 结论同样适用于互联系统中，并且在系统的连接点处安装t c s c 装置， 即系统的长距离输电节点的作用更加明显。本文采用电力系统分析工 具p s a t l 3 4 ，针对w s c c 3 机9 节点的系统仿真，证明了所提方法 的有效性和可行性。 此方法的实现对于实际中复杂庞大的电力网逐步实现更大范围的 互联提供了理论基础。 关键词：电力系统；t c s c i 串联补偿；电压稳定性；灵敏度指标：裕度 指标 v o l t a g es t a b i l i t ya s s e s s m e n to fp o w e r s y s t e m sw i t ht h y r l s t o rc o n t r o l l e d s e r i e sc o m p e n s a t o rd e v i c e a b s t r a c t i nt h er e c e n td e c a d e s ，a l o n gw i t ht h ec o n s t a n ti n c r e a s eo fe l e c t r i c r e q u i r e m e n ta n dt h ee n h a n c e de l e c t r i cl o a d ，t h ep r o b l e mo ft h ev o l t a g e s t a b i l i t yi nt h ep o w e rs y s t e ms t a n d so u td a ya n dd a y i nt h ew o r l d ， a c c i d e n t s ，s u c ha se l e c t r i cs y s t e mb r e a k d o w na n dm a s se l e c t r i cp o w e r c u t ，o c c u r r e dt i m ea f t e rt i m eb e c a u s eo ft h ev o l t a g el o s ts t a b i l i t y v o l t a g ei n s e c u r i t yh a sb e c o m eo n eo fp r i m a r yf a c t o r st h a tl i m i tt h e p o w e rt r a n s m i s s i o n t h em e t h o do fe n h a n c i n gt h ev o l t a g es t a b i l i t yi n t h ep o w e rs y s t e mh a sb e c o m eap r o b l e mw h i c hs t a r v e sf o rs e t t l i n g h o w e v e r ，t h e d e v i c e o f t c s c ( t h y r i s t o r c o n t r o l l e ds e r i e s c o m p e n s a t o r ，t c s c ) w h i c h i st h ef i r s t a p p l i e d d e v i c eo f f a c t s ( f l e x i b l ea l t e r n a t i n gc u r r e n tt r a n s m i s s i o ns y s t e m ) a t t r a c t st h e a t t e n t i o no fp e o p l em o r ea n dm o r e t h ep a p e rs t u d i e st h ec a s eo ft h e v o l t a g es t a b i l i t y i nt h ep o w e rs y s t e mw h e nt h e d e v i c eo ft c s ci s c o n n e c t e dt ot h et r a n s m i s s i o nl i n e ，a n do b t a i n sc e r t a i nr e s u l t s t h ep a p e rp r e d i g e s t st h ed e v i c eo ft c s ct oaf i x e dr e p a yd e v i c ei n s e r i e s b yt h i sm e t h o d ，t h et r a n s m i s s i o nl i n ec a nb ec o m p e n s a t e di n s e r i e s t h ep a p e rd e f i n e st h ec o n c e p to fc o m p e n s a t o r yd e g r e ei n s u s c e p t a n c e ，c o n s t r u c t st h em a t h e m a t i cm o d e l so fa c t i v ep o w e ra n d r e a c t i v ep o w e ro nt h ee l e c t r i cl i n e s ，a n dt h em a t h e m a t i cm o d e l so ft h e i l l a b s t r a c t r e l a t i o n sb e t w e e nt h ea c t i v ep o w e ra n dn o d ev o l t a g e t h ep uc u r v e g r a p hs h o w st h a tt h ev o l t a g es t a b i l i t yo ft h ee l e c t r i cp o w e ri se v i d e n t l y i m p r o v e dw h i l et c s ci sc o n f i g u r e d t h er e s u l t sa r et h es a m ew i t ht h e i c s cd e v i c e i no r d e rt or e s e a r c ht h ev o l t a g es t a b i l i t yo ft h ee l e c t r i cp o w e rw h i l e t c s ci s c o n f i g u r e d ，am e a s u r e m e n ti sn e e d e d i nv i e wo fm o r ea n d m o r ev o l t a g ei n s t a b i l i t yc a u s e db yt h ei n s u f f i c i e n c yo fd y n a m i cr e a c t i v e p o w e r ，b a s e do np o w e rf l o wc a l c u l a t i o nm e t h o da n db ym e a n so f a d d i n gs t e a d ys t a t em o d e lo ft h y r i s t o rc o n t r o l l e ds e r i e sc o m p e n s a t o r ( t c s c ) i n t op o w e rf l o we q u a t i o n ，t h ej a c o b i a nm a t r i xw i t ht c s ci s d e r i v e da n da p p l i e di nt h es e n s i t i v i t yc a l c u l a t i o no fv o l t a g es t a b i l i t y t h ep a p e rf i g u r e st h es e n s i t i v i t yi n d e xf o rv o l t a g es t a b i l i t yo fp o w e r s y s t e ma st h eo b v i o u sf u n c t i o n so fb u r s ta n g l eo ft c s c h o w e v e r ，h o wm u c hl o a dt h es y s t e mc a ne n d u r em o r e ，a n dh o wf a r t h ed i s t a n c eb e t w e e nt h ec u r r e n ts t a t ea n dt h es t a t eo ft h eb r e a k d o w n ， t h ep r o b l e m ss t i l ln e e dt os e t t l e s o ，t h ep a p e ri m p o r t st h em a r g i ni n d e x f o rv o l t a g es t a b i l i t yo fp o w e rs y s t e m t h ep a p e re q u a l st h el o a dw i t h t c s cb ys u s c e p t a n c eo ft c s c b yc o m p u t i n gt i d a lf l o w ，t h ep a p e r i m p o r t s i ti n t o m a r g i n i n d e x t h em a r g i ni n d e xc a ns h o wt h e a m e l i o r a t i v ev o l t a g es t a b i l i t yw i t ht c s c o nt h i sb a s i s ，t h ev o l t a g es t a b i l i t yo ft h ew h o l ep o w e rs y s t e mb e f o r e a n da f t e rt h ei n s t a l l a t i o no ft c s ca n dt h a to ft h en o d ew h e r et c s ci s c o n f i g u r e da r ec o m p a r e da n da n a l y z e db ys e n s i t i v i t yi n d e xa n dm a r g i n i n d e x b e s i d e s ，t h ep a p e ri n t e r c o n n e c t st w o9 - b u ss y s t e m s ，a n di n s t a l l s t h et c s cd e v i c e sa tt h ew e ak n e s sn o d e sa n di n t e r c o nn e c t e dn o d e so f t h et w os y s t e m ss e p a r a t e l y ，c o m p a r i n ga n da n a l y z i n gb yt h ev o l t a g e s t a b i l i t yo ft h ew h o l ep o w e rs y s t e ma sw e l l t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e s e n s i t i v i t yi n d e xo fv o l t a g es t a b i l i t yi se v i d e n t l yi m p r o v e dw h i l et c s c t v a b s t r a c t i sc o n f i g u r e d t h er e s u l t sa r et h es a m ew i t ht h ei n t e r c o n n e c t e ds y s t e m ， a n dt h ee f f e c t sa r eb e t t e rw h e nt h et c s cd e v i c ei si n s t a l l e da tt h e i n t e r c o n n e c t e dn o d ew h i c ht r a n s m i t se l e c t r i c i t yb yl o n gl i n e b yu s eo f p o w e rs y s t e ma n a l y s i s t o o l p s a t l 3 4 ，t h es i m u l a t i o no fw s c c 3 一m a c h i n e9 - b u ss y s t e mi ss i m u l a t e d ，t h ec o r r e c t n e s s ，e f f e c t i v e n e s sa n d f e a s i b i l i t yo ft h ep r o p o s e dm e t h o di sv a l i d a t e db ys i m u l a t i o nr e s u l t s t h ec o r r e c t n e s so ft h em e t h o dp r o v i d e st h et h e o r yf o u n d a t i o af o r t h el a r g e r s c a l ei n t e r c o n n e c to ft h ec o m p l e xa n dh u g ee l e c t r i cp o w e r s y s t e m k e y w o r d s ：p o w e rs y s t e mt h y r i s t o rc o n t r o l l e ds e r i e sc o m p e n s a t o r ( t c s c ) ；c o m p e n s a t e i ns e r i e s ；v o l t a g es t a b i l i t y ；v a l u eo fs e n s i t i v i t y f a c t o r s ；m a r g i ni n d e x v 广西大学学位论文原创性声明和学位论文使用授权说明 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相 关知识产权属广西大学所有。除已注明部分外，论文中不包含其他入已经发表过的研究 成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮 助的个人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。 论文作者签名：砩杏唁宝 细孑年7 月2 e l 学位论文使用授权说明 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容； 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间； 口即时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作者签名嘲蚕r 霞导师签名 6 月“日 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 引言 近几十年来，随着电力需求的不断增长，电网负荷强度的不断提高，使得 电力系统的稳定性问题日益突出【l 】。如何在考虑经济效益的同时，确保系统安全 稳定运行的问题，引起了电力工作者的关注。 而电压稳定作为电力系统稳定问题的一个重要方面，对电力工作者和研究 者来说并不是一个新问题，在一些文献中对电力系统的电压稳定问题有比较清 楚的认识和阐述。然而在早期的电力系统中，由于机组容量、网络规模、电压 等级及输电距离有限，并未发生大的电压失稳事故，电压稳定问题一直未引起 足够的重视。 然而近几十年以来，随着电力系统从发电、输电的一体化体制演变到开救 和竞争的环境，加上一些新型设备的加入，使得过去电网中存在的许多问题开 始凸显出来。加上环保的影响及经济的压力，使得电力公司对新电厂及输电线 路的投资相对较小，电网的发展跟不上负荷的需要，电网受到的压力越来越大。 电力系统规划和运行的不确定性和不安全因素增加，电压不安全已经成为限制 电力传输的主要因素之一【2 】。世界上多次发生电力系统因为电压失稳而导致的系 统崩溃、造成大面积停电的事故 3 1 ，如1 9 7 9 年b c h y d r o 北海岸区域的电网解列 事故；1 9 8 2 年的福罗里达和加拿大魁北克的大停电事故；1 9 8 3 年瑞典电网电压 崩溃事故；1 9 8 7 年日本东京电网电压失稳事故；1 9 8 7 年的法国西部电网电压崩 溃及孟菲斯一田纳西州西部级联电压崩溃事故；1 9 9 6 年的美国西部电力系统的停 电事故。这些事故停电时间较长，涉及的范围较广，对社会造成了巨大的经济 损失及严重的影响。如加拿大魁北克系统的大停电事故经5 5 个小时才恢复了 9 0 负荷，事故停电总负荷1 5 4 7 3 m w ，全部恢复的时间用了2 0 个小时。在我国 也曾发生过大面积的停电事故，如1 9 7 2 年的湖北电网例。 由于电压失稳造成了严重的后果，电力系统的电压稳定问题得到各国电力 界普遍关注，并成为电力系统中急需解决的课题之一【3 】。1 9 8 2 年美国e p 甜输电小 组在规划电力系统运行方面的研究方向时把电压崩溃和不正常电压问题的研究 摆在首位。i e e f 和c i g r e 针对电压稳定问题也相继成立了专门的工作组讨论。 第1 章绪论 中国国家电网公司的专家委员会也专门召开了会议，会上指出：尽管我国目前 还未出现全网性的电压崩溃事故，但要有超前意识，要加强电压稳定性方向的 研究工作1 3 1 。 目前电力电子技术发展迅速，灵活交流输电( f a c t s ：f l e x i b l ea l t e r n a t i n g c u r r e n tt r a n s m i s s i o ns y s t e m ) 技术的应用已逐步走向成熟，而作为f a c t s 概念提 出后的第一个应用装置，可控串联补偿装置( t c s c ：t h y r i s t o rc o n t r o l l e ds e r i e s c a p a c i t o r ) 越来越得到人们的关注【4 】。纵观已有的研究成果，可以发现可控串补目 前主要用于抑制电力系统次同步振荡，提高系统的功角稳定性以及提高电网的 输电能力【5 8 j 等方面。而可控串补装置在电力系统电压稳定性领域的应用仍是一 个值得探究的课题。 1 2 灵活交流输电技术概述 1 2 1f a c t s 的基本概念 随着能源成本的不断上升，新建的输电线路对环境的影响越来越受到人们 的关注，在这种情况下，寻找新的使现有的输电线路损耗晟小、稳定输送的容 量最大的控制装置迫在眉睫。早期，这些目标是通过控制输电线路的无功功率 来实现的。随着晶闸管的出现和应用，产生了一系列的新型的基于晶闸管无功 功率控制的装置，这些装置响应速度快，利用这种特性可以将阻尼控制的功能 加入到电压和无功功率的控制中。而柔性交流输电系统技术是这些新型的电力 电子控制装置应用的集成。对选定的一些输电线路，可以利用这些控制装置进 行有功和无功功率的控制。因此，f a c t s 控制装置逐步成为现代输电系统的有 机组成部分。 f a c t s 作为一个完整的技术概念，最早是由美国电力科学院( e p r i - e l e c t r i c p o w e rr e s e a r c hi n s t i t u t e ) 的副总裁n gh i n g o r a n i 博士于1 9 8 6 年在美国的电力 科学院杂志( e p r ij o u r n a l ) 上提出的【3 】。1 9 9 7 年i e e e p e s 专门成立的f a c t s 工 作组将f a c t s 定义为：“f a c t s 控制器是指基于电力电子技术的系统或其他静 态的设备，它能对交流输电系统的某个或某些参数进行控制。 f a c t s 技术的概念提出后，大量的柔性输电装置先后被提出。根据柔性输 电装置与电网中能量传输方向的串并联关系，可以将f a c t s 控制器分为四种基 本类型：串联型、并联型、串联并联组合型和串联串联组合型【9 j 。并联型f a c t s 2 第1 章绪论 控制器主要有静止无功补偿器( s v c ：s t a t i cv a tc o m p e n s a t o r ) 、静止同步补偿器 ( s t a t c o m ：s t a t i cs y n c h r o n o u sc o m p e n s a t o r ) 、静止同步发电机( s s o ：s t a t i c s y n c h r o n o u sg e n e r a t o r ) 、静止无功发生吸收器( s v g ：s t a t i cv a tg e n e r a t o r a b s o r b e r ) 等；串联型f a c t s 控制器主要有晶闸管控制串联电容器( t c s c ：t h y r i s t o r c o n t r o l l e ds e r i e sc a p a c i t o r ) 、晶闸管控制串联电抗器( t c s r ：t h y r i s t o rc o n t r o l l e d s e r i e sr e a c t o r ) 、静止同步串联电抗器( s s s c ：s t a t i cs y n c h r o n o u ss e r i e sc o m p e n s a t o r ) 等；并联串联组合型f a c t s 控制器主要有统一潮流控制器( u p f c ：u n i f i e dp o w e r f l o ec o n t r o l l e r ) 、晶闸管控制电压调节器( t c v r ：t h y r i s t o rc o n t r o l l e dv o l t a g e r e g u l a t o r ) 等。 1 2 2f a c t s 的特点及其应用 不同的f a c t s 装置在电网中控制的参数不一样，有些控制器可以同时具备 多种功能，如可以控制电压、潮流和提高系统的稳态以及动态特性，有些控制 器在特定场合却只能具有一种功能。但总体来讲，在不改变电网结构的前提下， f a c t s 装置可以使电网的输电能力及潮流和电压的可控性大为提高。现将 f a c t s 的主要功能归纳为【1 0 】： ( 1 ) 较大范围的控制电网的潮流，使其按照指定路径流动； ( 2 ) 提高系统的输电能力，保证输电线路输电容量接近热稳定极限； ( 3 ) 提高系统的电压稳定性、暂态稳定性及中长期稳定性，有效的阻尼系统的振 荡； ( 4 ) 在控制区域内可传输更多的功率，以减少发电机的热备用； ( 5 ) 限制短路故障或设备故障的不利影响，防止线路的越级跳闸； ( 6 ) 快速的提供电压控制，提高系统的电压稳定性。 自从f a c t s 概念提出，f a c t s 技术及控制器飞速发展，控制器的种类也越 来越多。已经形成了三代f a c t s 控制器并不断的发展。美国电力科学研究院将 f a c t s 控制器的发展总结为以下几个阶段i l l 】： ( 1 ) 第一代f a c t s 装置，主要指上个世纪七十年代投运的静止无功补偿器和晶闸 管控制串联电容器等。这类装置通过控制电容器组、并联电抗器或移相变压器 等电力设备提供电压支持、控制功率等。 ( 2 ) 第二代f a c t s 装置主要指新型静止无功发生器和静止同步串联补偿器等。这 类装置借助门极可关断晶闸管一类全控型器件而构成，以电子回路模拟出电抗 第1 章绪论 器或电容器的作用。此类装置造价大幅度降低，性能却明显改善。 ( 3 ) 第三代f a c t s 装置将两台或多台控制器复合成一组f a c t s 装置，并使其具有 一个共同的统一的控制系统，即称为第三代f a c t s 控制器。u p f c ( u n i f i e d p o w e r - f l o wc o n t r o l l e r ) 就是_ 种由一个s t a t c o m 和一个s s s c 复合而成的典型的 第三代f a c t s 装置。 1 3 晶闸管控制的串联电容器概述 1 3 1t c s c 的基本概念 作为f a c t s 概念提出后的第一个应用装置，晶闸管控制的串联电容器( 简称 可控串补) 作为一种串联电容补偿装置越来越受到电力研究者的关注。可控串补 可以通过改变晶闸管的触发角，控制线路的导通电流，从而可以连续、快速的 控制可控串补的电纳值。与常规的串联电容补偿相比，可控串补具有多方面的 优点：采用晶闸管控制的电子式开关，理论上可以进行无数次没有机械磨损的 操作；串联补偿的程度可以连续调节唧：控制的速度非常快。因此在线路中串联 可控串补可以大大的提高系统控制的灵活性和可靠性。 可控串补作为f a c t s 中的一个重要元素，具备f a c t s 装置的多种功能，埯 其串联到电力线路中可以多方位的改善电力系统的性能，主要体现在【l l l ： ( 1 ) 用来提高线路的输电能力。 ( 2 ) 进行潮流控制。能够优化平行的输电线路以及不同的电压等级线路的负载潮 流，同时可以使系统总的损耗最小。 ( 3 ) 消除次同步振荡。次同步振荡是输电线路在一定的运行条件下，与串联补偿 相关的谐振现象，消除次同步谐振就意味着可以扩大串联补偿的使用范围。 ( 4 ) 阻尼线路的功率振荡、增加线路的稳定性。 1 3 2t c s c 的研究现状及其应用 目前电力电子技术发展迅速，可控串联补偿装置技术已应用成熟，而纵观 已有的研究成果，可以发现可控串补目前主要用于抑制电力系统次同步振荡， 提高系统的功角稳定性以及提高电网的输电能力 5 - s l 等方面。文献【4 】中阐明了 t c s c 抑制次同步振荡的物理机理及实现完全抑制次同步振荡需满足的工作条 件。文献【1 2 】以多机系统为对象，研究了可控串补抑制功率振荡的规律。文献【1 3 】 4 第l 章绪论 揭示了可控串补在容性工作区是电容电压的谐波特性。文献【1 4 】将静止无功补偿 器和可控串补的稳态模型加入连续潮流方程，开展了计及f a c t s 装置的可用输 电能力的研究，而可控串补装置在电力系统电压稳定性领域的应用仍是一个值 得探究的课题。文献 1 5 1 考虑了将t c s c 用来提高电力系统电压稳定性，却只是 将t c s c 表示为一个等值可变电抗，通过电抗控制线路潮流，而没有考虑到触发 角。文献【16 】考虑到了触发角，但是缺乏一个系统的电压稳定性指标来验证电压 稳定性。 在美国，可控串补装置已在三处投入运行【9 】：1 9 9 1 年，为了提高线路的输电 能力，提高系统的暂态稳定极限以及阻尼功率振荡，由a b b 公司改建的k a n a w h a r i v e r 变电站3 4 5 k v 进行了单相投切工程；1 9 9 2 年，同样为了提高线路的传输能力， 美国西部电力管理局( w a p a ：w e s t e ma r e ap o w e ra d m i n i s t r a d o n ) 在k a y e n t a 变电站 安装了由德国西门子公司制造的新型串联补偿；1 9 9 3 年，为了阻尼功率振荡和 次同步谐振，美国b p a 和g e 公司合作建造的大容量的可控串补装置安装在s l a t t 变电站上，首次采用了t c s c 名称。 在巴西 9 1 ，当巴西的南北互联计划开始实施后，为了提高互联系统之间的输 电能力，阻尼两个系统之间可能产生的低频功率振荡，在1 9 9 9 年，巴西的北方 电气公司( e l e t r o n o r t e ) 在5 0 0 k v 的南北互联线路上安装了a b b 公司制造的t c s c 和 5 个固定电容补偿器。其c t c s c 安装在线路的北端i m p e r a t r i z 处。 在瑞典，为提高传输能力，抑制串联补偿引起的次同步谐振的问题，在1 9 9 7 年瑞典的a b b 公司在s t o d e 将已有的串联补偿器改建成t c s c 。 在我国，可控串补装置已在两处投入运行。2 0 0 3 年6 月，为抑制低频振荡和 次同步谐振问题，提高暂态稳定性和传输容量，我国的第一个可控串补项目、 亚洲首个t c s c 项目，在南方电网天广线上天生桥至平果段处平果侧建成投运； 2 0 0 5 年，为抑制低频振荡，提高暂态稳定性和传输容量，改善电压质量，由中 国电科院和中国甘肃省电网制造的t c s c 在甘肃省内成县变电站，壁口成县线处 投入运行。 纵观现有的已投入运行的可控串补的工程，不难发现，可控串补在实际中 基本都是用来抑制低频振荡和次同步谐振问题，提高暂态稳定性和传输容量抑 制电力系统同步振荡、提高系统功角稳定性以及电网输电能力。然而由于串联 补偿电容可以影响系统的无功功率的分布，因此可控串补也可以用于提高电力 系统的电压稳定性。对此问题，本文将进行具体的研究。 第1 章绪论 1 4 电压稳定在国内外的研究现状 最近几十年以来，电力系统机制逐渐发生改变，从一个发电、输电一体化 演变到一个开放和竞争的环境，电力系统运行和规划的不确定性和不安全因素 增加，电压运行不稳定逐步限制着电力传输。世界上许多国家发生的由电压稳 定问题导致的大面积停电事件，引起了世界各国电力行业及学术界的重视。 早期的电压稳定性问题的研究普遍认为是一个静态问题，或者认为系统的 动态因素对电压稳定性的影响很慢，从而将电压稳定问题的研究转变成对平衡 点的存在性问题上，研究也集中在以潮流为基础的静态方法上。随着研究的深 入，人们逐渐认识到了电压稳定性的动态本质，因此将研究转到电压崩溃的动 态机理和系统模型的需求上来，并提出了一些有关电压稳定性的分析方法和防 止电压崩溃的策略。但到目前为止，还没有建立一个完整的电压稳定性研究的 理论体系，因此，电压稳定性的研究仍需要进一步的研究【2 】。 在国外，文献 1 7 1 提出了小干扰电压稳定分析方法中的s 矩阵法。文献【1 8 】 提出了一种新的双迭代法，这种方法将小干扰方程重新因子化，并将其应用到 电压稳定分析方法中。但是此方法中由于各种暂态因素的影响，其暂态时间不 确定，因此很难建立一个能够反映电压稳定性的简化模型。文献【1 9 】提出了一种 介于静态和动态分析方法之间的准静态分析方法，这种方法充分考虑了平衡点 处方程的稳定性，并以此来分析电力系统中的暂态电压稳定。文献 2 0 1 提出在平 衡点处线性化微分代数方程，并将系数矩阵进行奇异值分解，通过此方法判定 系统的电压稳定性。文献【2 l 】提出将系数矩阵进行特征值分解，用以判定系统的 电压稳定性。文献【2 2 】提出将广域测量技术应用于在线监视系统，对于各个节点 的电压稳定性，可以通过实时戴维南进行等值分析。文献1 2 3 1 通过计算系统当前 运行状态，对下面几个时间段的系统状态进行预测，并将每个预测的状态进行 潮流计算，分析其暂态过程，直到系统的潮流解不存在时，可依此推断出系统 的电压崩溃点。文献 2 4 】在潮流方程中引入发生故障的线路参数，并将发生事故 前的节点进行灵敏度计算，并通过此结果预估事故后的稳定性情况，从而对线 路可能会发生的事故进行分析、判断。文献 2 5 1 通过分析故障的原因，并利用系 统最小奇异值分析的结果，对可能发生的故障进行进二步分析，提出了函数拟 合方法的指标。文献 2 6 】根据电压发生故障时具有的现象，通过分析发生故障前 电压与系统无功功率的关系，在故障发生节点，通过稳定裕度确定故障发生点 的电压范围。文献 2 7 1 通过用无功功率支持指标来对系统由发电机节点向负荷节 6 第1 章绪论 点的转化进行分析，计算当系统保持极限负荷不变时，故障节点所需的无功功 率，并以此对故障进行排序。文献 2 8 1 提出了一种新的可以对系统稳定性进行预 防控制的方法，该方法根据系统当前运行状态对可能发生的事故进行预测，在 此基础上判定平衡点的存在性，从而采取一定的控制手段。文献 2 9 1 提出了一种 新的可用于紧急控制的方法，该方法中引进了内点法。文献 3 0 l 为防止系统发生 解列，在各个不同的时间段分别采取一定的控制方法，使得系统的稳定性转化 为各个时间段的稳定问题。文献 3 1 1 研究了提高系统稳定性的各种控制方式，并 分析了动作时间及控制量对其控制作用的影响。 在国内，文献 3 2 1 针对系统中因小扰动引起电压失稳的问题，引进了特征值 分析的方法。这种方法在特征值所具有的一些固有特性的基础上分析了系统的 当前运行特征，并根据系统达到崩溃时负荷点的负荷变化情况，进一步分析了 系统的稳定性。文献 3 3 3 4 1 提出将灵敏度方法应用到电力系统电压稳定性问题 的研究中。文献 3 5 】提出在电力系统电压稳定性的研究中引入了大偏移理论，在 此基础上定义了一种新的裕度指标，用以判断系统当前运行状态下发生扰动时， 离系统的发生崩溃所需要的时间。文献 3 6 1 中提出用分叉理论解决电力系统中的 电压静分叉失稳与同步静分叉失稳的问题。文献 3 7 1 在测量所得负荷基础上，提 出了一种新的节点静态电压稳定指标，这种指标可用于在线分析研究。文献 3 8 】 提出了一种新的基于二阶逼近的电压稳定性指标，该指标判据中引进了半张量 积的方法，该方法可在线应用，并可用以实现发生各种扰动时判定系统的稳定 性。文献【3 9 】主要针对暂态过程中可能出现的各种导致系统解列的因素进行模 拟，针对系统中滑差等变量的变化，建立了一种新的电压稳定性指标，用以判 断系统稳定性。文献 4 0 1 提出了将广域测量系统应用到电压稳定分析的研究中。 该方法可以实时得到系统的当前运行状态，对电力系统的在线监测提供了一个 很好的方法。文献 4 1 1 提出了一种可在线应用的电力系统静态稳定控制方法，这 一算法根据计算所得的系统的电压失稳点和灵敏度指标的结果，提出了一系列 的控制措施。文献 4 2 1 将实际的复杂系统用一个等值电路表示，相对于原有的系 统，该简化了的电路可以更有利于系统进行电压稳定性的分析，在此基础上提 出一种可确定系统稳定运行范围的方法。文献 4 3 1 将广域测量系统应用到电压稳 定性分析的研究中，该方法的采用不仅可以解决了系统临近崩溃点时，可能导 致的雅克比矩阵奇异的问题，还可以大大便利了大规模互联系统的运行与控制。 文献 4 4 1 将概率风险评估方法进行了量化，依照此量化了的结果，可以通过采用 7 第1 章绪论 一系列的控制方法有效的解决系统中的各种器件发生故障时出现的电压稳定性 问题。文献 4 5 1 根据系统中负荷发生的变化，提出了一种新的电压稳定性指标。 该指标为有效的解决系统发生失稳时如何采取切负荷的问题提供了依据。文献 【4 6 】主要研究了系统负荷的变化对系统电压稳定性的影响，+ 并通过对系统平衡点 的研究分析系统的解列的原因。文献 4 7 】提出了一种新的可在线应用的电压稳定 性指标，并将其与系统的无功功率相结合用以判定系统离崩溃点的距离。文献 4 8 】 在系统的潮流方程中考虑了暂态性的因素，并对系统各状态变量的极限值进行 了分析研究。文献【4 9 】根据实际测得的系统的状态量，将原有的系统等效为一个 简单系统，在该简化了的系统中，考虑了负荷变化特性，提出了一种新的电压 稳定性判据。文献【5 0 】通过对系统的状态量进行等值计算，运用戴维南等值方法 等效原有的线路，该等值方法虽然大大便利了电压稳定性的研究，但由于此方 法误差较大，不适合在线应用。文献 5 1 1 通过对失稳电压区域的分析，提出了一 种新的电压稳定性指标，用以分析系统发生事故时的电压稳定性。文献 5 2 1 将系 统当作一个非线性的动态系统来考虑，提出一种新的负荷裕度指标，用于判断 系统的电压稳定性。文献【5 3 】根据系统发生解列前的注入功率推导出一种新的指 标。文献 5 4 】在同步向量响应的基础上提出了广域暂态稳定性控制。文献 5 5 1 用 系统失稳点与当前运行点之间的距离来衡量当前系统的电压稳定性，依次提出 了一种新的故障排序法。文献【5 6 】将a m o d l i 方法引进到系统的电压稳定计算中。 文献 5 7 1 基于网损灵敏度的理论，通过同步测量单元所得的实测数据，提出了一 种二阶综合网损灵敏度指标。 电力系统从其总体来看是个复杂的非线性动力系统，在电力系统电压稳定 性研究中，系统的运行状态通常可以通过一个非线性的微分一差分一代数方程 组来表示【5 8 1 。当前，为了保证系统处于一个稳定的运行状态，就必须不断的同 步监测电网中负荷中心的电压稳定性，然后通过电压稳定性指标对故障后系统 的稳定性作出快速判断，以便进一步采取有效的控制措施从而避免系统发生事 故。 1 5 指标方法 为了防止电压失稳事故的发生，电力运行人员通常比较关注当前的系统运 行状态，电压是否稳定，系统离崩溃点的距离有多大等。为此，制定一个确定 第1 章绪论 电压稳定程度的指标显得尤为重要【5 9 。 由于电压稳定指标是对系统接近崩溃程度的一种量度，因此对一个指标的 定义直接取决于对电压崩溃的理解。般认为，电力系统的电压稳定性是在系 统正常情况下或者系统遭受扰动时，系统的节点维持可接受的电压水平的能力。 而各种静态的电压稳定指标本质上都是基于潮流方程上的，当系统达到崩溃时 的临界状态作为系统的极限输电状态。从物理意义上讲，系统的最大功率曲线 上的点就是表示系统的极值点。 按照分析方法的不同，常用的电压稳定性指标分为状态指标和裕度指标。 按照指标的构造可以选用物理量或非物理量【5 9 1 ，将其归纳为：两个物理量的比 值，且不必求临界值，如灵敏度指标；两物理量的比值，且需求出临界值，如 裕度指标；非物理量的表示，如最小奇异值、临近电压崩溃指标；通过潮流方 程的有解条件来构造，如就地安全指标等。 常用的静态电压稳定指标主要有一阶指标和二阶指标，一阶指标主要有： 灵敏度指标、特征值奇异值指标，基于多潮流解方法的临近电压崩溃指标，能 量函数指标，基于近似等效方法的阻抗模、局部指标等。二阶指标主要有：最 小奇异值指标，网损灵敏度指标等。 综合各种电压稳定性指标分析方法的优缺点，本文主要采用了灵敏度指标和 裕度指标两种方法。 1 5 1 灵敏度指标 灵敏度指标为最早的静态电压稳定分析的指标之一，已经经历了较长时间 的研究，各方面发展成熟，在静态电压稳定性研究中得到了广泛的应用。综合 起来，目前灵敏度指标作了如下一些应用： ( 1 ) 用于判定系统的电压稳定性。其物理本质是把系统向负荷节点的输送功率的 极限能力作为电压稳定的临界状态，根据反映临界状态的不同灵敏度作为安全 指标。 ( 2 ) 用于判定薄弱节点唧j 。系统的电压崩溃经常是由某条母线或者某个区域的电 压失稳引起的，然后扩散到整个系统，导致系统瓦解。这些母线或者区域就彼 称为电压稳定的薄弱母线或者薄弱区域。因此，如何快速准确的判定系统的薄 弱点就显得尤为重要。 ( 3 ) 用于确定无功补偿的位置。薄弱节点常常是安装无功补偿的首要选择，因此 9 第1 章绪论 这种方法与灵敏度指标判定薄弱节点的方法相类似。在这些节点安装无功补偿 装置可以有效的提高系统的电压稳定性。 灵敏度指标方法因其计算速度快、物理意义明确、结构较为准确，得到了 广大电力工作者的青睐。本文中采用了基于灵敏度指标的方法，结合可控串补 的基本模型，对电力系统的电压稳定性进行了研究分析。 1 5 2 裕度指标 而裕度指标涉及到电力系统崩溃点的求取，和系统在当前运行状态到达崩 溃状态过渡方式的模拟，其中蕴含的信息量大，能够弥补灵敏度指标中存在的 不足。相对而言，裕度指标可以给运行人员提供一个相对比较直观的信息，不 仅能够快速准确的反映出系统当前的运行情况，对系统当前运行点的状态到电 压崩溃点的距离的量度也有很好的表现。因此电压电压稳定性裕度指标也一直 受到了广泛的重视。 1 6 本文的主要思路及具体工作 电力系统的电压稳定性问题一直受到世界各国电力工作者的关注，如何提 高电力系统的电压稳定性的问题也一直是电力研究人员的研究对象。当灵活交 流输电技术出现后，世界各地的工作人员对其进行了大量的研究，而可控串补 装置作为灵活交流输电技术提出后的第一个应用装置也越来越受到人们的关 注。在现有的研究成果及应用中，抑制电力系统同步振荡、提高系统功角稳定 性以及电网输电能力。却很少有涉及到用于提