有载调压变压器对电压稳定影响的仿真分析

1、收稿日期:1999-12-16.作者简介:包黎昕(1968-,男,博士研究生;武汉,华中理工大学电力工程系(430074.基金项目:国家自然科学基金资助项目(59807004.¹Van Cutsem T.Dynamic and Stat ic Aspects of V oltage Collapse.Proceedings of Bulk Power System V oltage P henome -na -I,Voltage Stability and Security ,EPRI Repo rt EL -6183,Potosi,M issour i,1989,6:5579有载调

2、压变压器对电压稳定影响的仿真分析包黎昕 段献忠 何仰赞(华中理工大学电力工程系摘要:采用时域仿真法分析了有载调压变压器(OL T C对电压稳定的动态影响.表明在考虑了动静态负荷的情况下,当系统无功功率不足且系统扰动较小时,确实存在由于O LT C 的连续调节而引起的慢动态电压失稳.同时,探讨了采用闭锁OL T C 分节头以防止电压崩溃的措施的有效性.还结合电压稳定域的概念,研究了大扰动情况下OL T C 对电压稳定的影响.关 键 词:有载调压变压器;电压稳定;时域仿真;长期电压失稳中图分类号:T M 712 文献标识码:A 文章编号:1000-8616(200010-0061-03在电压稳定研

3、究过程中,电压崩溃机理的探讨,一直是研究者所关注的重点13,¹.其中OLT C 在电压失稳中到底起何作用,还未达成共识.其原因在于,不同研究者在分析过程中采用了不同的负荷模型,因此所得结论不尽相同.本研究采用时域仿真法分析了较大和较小扰动下,OLT C 对电压稳定的动态影响.1 系统模型针对图1所示的简单系统进行分析,系统阻图1 简单两节点系统抗中的电阻忽略不计.发电机励磁电流限制模型采用资料¹所给出的模型.即当发电机励磁电流未达到限制值时,假设发电机端电压恒定,当发电机励磁电流达到限制值时,发电机模型变为一恒定内电势E 1max 通过发电机等效电抗X G 与系统相连.OL

4、T C 采用如下离散模型2描述,n k +1=n k -df (V 3-V 30,式中,n k 和n k +1为OLT C 变比;V 3和V 30分别为二次侧电压和参考电压;d 为OLTC 每步调整的步长;S 为每步调整的时延.函数f (x 的表达式如下:f (x =-1,0,1,x -$v ;|x |<$v ;x $v ,(1式中(-$v ,$v 表示死区.由于OLTC 每步调整所引起的变比的变化很小,在电压稳定域的构成中还采用了如下模型:d n/d t =-f (V 3-V 30/T n ,式中T n 为OLTC 时间常数.为了使该模型的模拟结果和离散模型相近,此处取T n =S /

5、d.函数f (x 的表达式与式(1相同,但无时延和死区.由图1可得OLTC 二次侧电压为V 3=nV 1Z 3/Z 1,式中,Z 1=|j n 2X L +(R S +j X S M (R E +j X R |;Z 3=|R S +j X S M (R E +j X R ,符号/M 0表示两阻抗并联.d R E /d t =-(R 2R /T E (P T -P E ,式中,P E 和P T 分别为动态电阻上消耗的有功功率和输出的机械功率;T E 为动态负荷的时间常数.由图1,可得动态负荷上消耗的有功功率P E =n 2V 21Z 23R E /Z 21(R 2E +X 2R . 以下给出图1

6、所示系统的参数(其中时间常第28卷第10期 华 中 理 工 大 学 学 报 Vol.28 No.102000年 10月 J.Huazhong U niv.of Sci.&T ech.Oct.2000数的单位为s ,其他参数为标幺值:E 1max 为1.1;X G 为0.15;X L 为0.1;X R 为0.05;R S 为1.5;X S 为1.0;d 为0.02;T E /s 为0.1;S 为10;V 30为0.91;P T 为1.4.2 时域仿真分析2.1 OLTC 自动调整引起的长期电压失稳仿真 .图2 O LT C 自动调整引起的长期电压失稳 .图3 闭锁OL T C 系统 OL

7、T C 的闭锁可延缓电压的进一步恶化,但存在着一个极限闭锁时间的问题.针对图1所示系统进行仿真,得到不同闭锁时间的n ,R E ,P E 和V 3曲线.OLTC 闭锁时间为t =36s 时系统稳定.而当闭锁时间为t =37s 时(见图4,系统失去稳定.即OLTC 的闭锁起不到预期的效果.因此本仿真模型条件下,OLT C 的极限闭锁时间为t cr =36s .比较图2和图4可知,尽管t =37s 时闭锁OLTC 系统仍会失稳,但失稳时间相对于不闭锁的情况延迟了.在图4中,大约在t =64s 处,电压才发生崩溃.图4 闭锁时间为t =37s2.3 系统发生较大扰动时OLTC 对电压稳定的影响假设系

8、统阻抗为X st =0.150,在t =6s 时发生故障,系统阻抗跳变到X st =0.305,图5给出t =15s 时切除故障后各变量随时间变化的曲线.在t =15s 后切除障,系统恢复稳定,但由于故障图5 在t =15s 故故障切除后各变量随时间变化的轨迹后的系统阻抗比故障前的大,稳定后OL TC 变比比故障前的值有所增加.而在t =16s 时切除故障,系统失去稳定.在该扰动下,故障极限切除时间为15s .图6和图7分别在状态空间中给出了在t =15s 或t =16s 故障消失后系统的运行轨迹.图中粗实线为系统故障后稳定域的边界,粗实线的右边部分为稳定域.稳定域的求法参见文献4.细实线为系

9、统轨迹.在图6中,x s 1和x s 2分别为故障前和故障后系统的稳定平衡点.x u 2为故障后系统的不稳定平衡点.当t =15s 时,系统轨迹达到A62 华 中 理 工 大 学 学 报 2000年 图6 在t =15s 故障切除后状态间中的轨迹图7 在t =16s 故障切除后状态空间中的轨迹移动,最后收敛到x s 2点.在图7中,在t =16s 切除故障,但在OLTC 来不及动作的情况下,系统运行点在B 处穿越故障后稳定域的边界,最后失去稳定.因此,在系统扰动比较大时,OLTC 对系统的稳定不起作用.参考文献1Vu K T ,L iu C C.Shrinking Stabilit y Reg

10、io ns andVo ltage Collapse in Pow er Systems.IEEE T r ans on Circuits and Systems,1992,39(4:2712892段献忠,何仰赞,陈德树.有载调压变压器与电压稳定性关系的动态分析.电力系统自动化,1995,19(1:14193葛维春,于松海,柳 焯.电力系统电压崩溃的动态模拟.哈尔滨工业大学学报,1993,25(6:69734包黎昕,段献忠,何仰赞,状态空间中电压稳定域的构成.见:陈允平编.电力系统自动化专业学术年会论文集,武汉,1999.武汉:湖北科学技术出版社,1999.276283Analysis of

11、the Effect of OLTC on the Voltage S tability through Time Domain SimulationBao Lixin Duan Xianz hong H e Yangz anAbstract:The effect of OLT C on the voltage stability is analyzed through time domain simulation.It is shown that the dynamical adjustment of OLTC can lead to long -term voltage instabili

12、ty after a small distur -bance when the system lacks reactive power and both dynamic and static parts of load model are considered.T he validity of locking the adjustment of OLT C to prevent the voltage collapse is explored.With the con -ception of the voltage stability region,the effect of OLTC on the voltage stability is analyzed after a large disturbance.If OLT C beg ins to be adjusted until the operating point passed across the voltage stability boundary after a disturbance,the dynamical adjustment of OLT C has no effect on the voltage stability.Key words:on -l