不同負(fù)荷模型對(duì)電壓穩(wěn)定分析的影響研究報(bào)告

1、. - -. . 可修編-1. - - . 可修編-本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文說(shuō)明書不同負(fù)荷模型對(duì)電壓穩(wěn)定分析的影響研究學(xué)院電氣工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)09電氣工程及其自動(dòng)化2班學(xué)生江惠莎學(xué)生*1指導(dǎo)教師王志強(qiáng)副教授杜蕓強(qiáng)助教提交日期2021 年05月20日.1 . 可修編-摘要目前，各國(guó)電網(wǎng)在不同程度上實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，負(fù)荷水平日益加重，同時(shí)電壓敏感負(fù)荷也不斷增多，負(fù)荷中心負(fù)荷增長(zhǎng)更迅速。由于電力系統(tǒng)無(wú)功/電壓控制能力缺乏，在不同程度上會(huì)導(dǎo)致電壓失穩(wěn)/崩潰事故的頻繁發(fā)生，其影響面大，經(jīng)濟(jì)損失巨大，社會(huì)影響嚴(yán)重，是電力系統(tǒng)平安運(yùn)行的一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。電壓失穩(wěn)/崩潰事故將威脅著整個(gè)電網(wǎng)平安穩(wěn)定運(yùn)行，

2、因此研究不同負(fù)荷模型對(duì)電壓穩(wěn)定性的影響具有重要意義。本文主要研究不同負(fù)荷模型對(duì)電壓穩(wěn)定分析的影響，應(yīng)用不同的負(fù)荷模型進(jìn)展電力系統(tǒng)仿真或計(jì)算分析。首先，本文介紹了電壓穩(wěn)定的含義與分類，總結(jié)了電壓穩(wěn)定性的各種影響因素，針對(duì)電力系統(tǒng)的各種負(fù)荷，介紹其各種負(fù)荷等值模型。其次，本文針對(duì)不同負(fù)荷等值模型，利用電力系統(tǒng)連續(xù)潮流程序，求解不同負(fù)荷模型節(jié)點(diǎn)的潮流解，通過(guò)比照分析研究不同負(fù)荷模型對(duì)電壓穩(wěn)定的影響。最后，對(duì)于本文研究的ZIP負(fù)荷模型，利用連續(xù)潮流法對(duì)IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)展仿真分析，重點(diǎn)研究ZIP負(fù)荷模型對(duì)電壓穩(wěn)定性所產(chǎn)生的影響。得出隨著恒功率負(fù)荷的減少，恒阻抗負(fù)荷的增大，電壓水平有所提高。所以對(duì)于

3、負(fù)荷模型的選擇是十分重要的。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；電壓穩(wěn)定；負(fù)荷模型；連續(xù)潮流法.1AbstractAt present, the realization of the Internet in different e*tent, the continuous e*pansion of network scale, load level increasing, at the same time, voltage sensitive loads is also increasing, the load center load of more rapid growth. Because the powe

4、r system without power or voltage control ability is insufficient, at different levels can lead to voltage instability and voltage collapse occur more and more regularly, its influence is big, huge economic losses, serious social influence, is an urgent problem to be solved for the safe operation of

5、 the power system. Voltage instability or collapse accident will threaten the secure and stable operation of power system, therefore the influence of different load models on voltage stability is important.This paper mainly studies the influence of different load models on voltage stability analysis

6、 of power system, simulation or calculation of load model using different.Firstly, this paper introduces the definition and classification of voltage stability, summarized the various factors affecting the voltage stability, load according to the power system, the equivalent model of the various loa

7、d.Secondly, this paperbased on the equivalent model of different load, continuous power flow program by use of power system, load model for different node power flow solution, through the parative analysis of effects of different load models on voltage stability.Finally, for the ZIP load model in th

8、is paper, by using the continuous flow method on the simulation analysis of IEEE30 system, focused on the effects of ZIP load model on the voltage stability. The reduction of constant power, constant increase of load impedance, voltage and improve the level of. So it is very important for the load m

9、odel selection.Key words:Power System, Voltage Stability, Load Model,Continuation Power Flow目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc356936967摘要 PAGEREF _Toc356936967 h IHYPERLINK l _Toc356936968Abstract PAGEREF _Toc356936968 h IIHYPERLINK l _Toc356936969第一章緒論 PAGEREF _Toc356936969 h 1HYPERLINK l _Toc3569

10、369701.1本課題研究的背景和意義 PAGEREF _Toc356936970 h 1HYPERLINK l _Toc3569369711.2電壓穩(wěn)定的概述 PAGEREF _Toc356936971 h 1HYPERLINK l _Toc356936972電壓穩(wěn)定的含義 PAGEREF _Toc356936972 h 1HYPERLINK l _Toc356936973電壓穩(wěn)定的分類 PAGEREF _Toc356936973 h 2HYPERLINK l _Toc356936974電壓穩(wěn)定研究方法 PAGEREF _Toc356936974 h 3HYPERLINK l _Toc356

11、9369751.3電壓穩(wěn)定性的影響因素 PAGEREF _Toc356936975 h 5HYPERLINK l _Toc356936976負(fù)荷模型對(duì)電壓穩(wěn)定的影響 PAGEREF _Toc356936976 h 5HYPERLINK l _Toc3569369771.3.2 OLTC對(duì)電壓穩(wěn)定的影響 PAGEREF _Toc356936977 h 5HYPERLINK l _Toc3569369781.3.3 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁對(duì)電壓穩(wěn)定的影響 PAGEREF _Toc356936978 h 6HYPERLINK l _Toc3569369791.3.4 SVC等FACTS裝置對(duì)電壓穩(wěn)定的影響 PA

12、GEREF _Toc356936979 h 7HYPERLINK l _Toc3569369801.4本文的主要工作 PAGEREF _Toc356936980 h 7HYPERLINK l _Toc356936981第二章電力系統(tǒng)的負(fù)荷模型 PAGEREF _Toc356936981 h 8HYPERLINK l _Toc3569369822.1靜態(tài)負(fù)荷模型 PAGEREF _Toc356936982 h 8HYPERLINK l _Toc356936983靜態(tài)負(fù)荷模型的定義 PAGEREF _Toc356936983 h 8HYPERLINK l _Toc356936984靜態(tài)負(fù)荷模型的分

13、類 PAGEREF _Toc356936984 h 8HYPERLINK l _Toc3569369852.2動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型 PAGEREF _Toc356936985 h 10HYPERLINK l _Toc356936986動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型的定義與分類 PAGEREF _Toc356936986 h 10HYPERLINK l _Toc356936987非機(jī)理模型 PAGEREF _Toc356936987 h 10HYPERLINK l _Toc356936988機(jī)理模型 PAGEREF _Toc356936988 h 10HYPERLINK l _Toc3569369892.3本章小結(jié) PA

14、GEREF _Toc356936989 h 13HYPERLINK l _Toc356936990第三章連續(xù)潮流法 PAGEREF _Toc356936990 h 14HYPERLINK l _Toc3569369913.1 引言 PAGEREF _Toc356936991 h 14HYPERLINK l _Toc3569369923.2基于PV曲線的電壓穩(wěn)定性機(jī)理 PAGEREF _Toc356936992 h 14HYPERLINK l _Toc3569369933.3連續(xù)潮流法 PAGEREF _Toc356936993 h 14HYPERLINK l _Toc3569369943.3.

15、1 連續(xù)潮流法原理 PAGEREF _Toc356936994 h 15HYPERLINK l _Toc3569369953.3.2 連續(xù)潮流算法 PAGEREF _Toc356936995 h 16HYPERLINK l _Toc3569369963.4 正確認(rèn)識(shí)連續(xù)潮流 PAGEREF _Toc356936996 h 19HYPERLINK l _Toc3569369973.5 本章小結(jié) PAGEREF _Toc356936997 h 20HYPERLINK l _Toc356936998第四章負(fù)荷模型對(duì)電壓穩(wěn)定性的影響 PAGEREF _Toc356936998 h 21HYPERLIN

16、K l _Toc3569369994.1引言 PAGEREF _Toc356936999 h 21HYPERLINK l _Toc3569370004.2 簡(jiǎn)單系統(tǒng)靜態(tài)負(fù)荷模型對(duì)電壓穩(wěn)定的影響 PAGEREF _Toc356937000 h 21HYPERLINK l _Toc356937001恒功率負(fù)荷模型對(duì)電壓穩(wěn)定的影響 PAGEREF _Toc356937001 h 22HYPERLINK l _Toc3569370024.2.2 ZIP模型對(duì)電壓穩(wěn)定的影響 PAGEREF _Toc356937002 h 23HYPERLINK l _Toc3569370034.3 ZPI負(fù)荷模型中不同

17、負(fù)荷比重對(duì)電壓穩(wěn)定的影響 PAGEREF _Toc356937003 h 24HYPERLINK l _Toc3569370044.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc356937004 h 26HYPERLINK l _Toc356937005結(jié)論 PAGEREF _Toc356937005 h 28HYPERLINK l _Toc356937006參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc356937006 h 29HYPERLINK l _Toc356937007附錄 PAGEREF _Toc356937007 h 30HYPERLINK l _Toc356937008致 PAGEREF _T

18、oc356937008 h 33. - -.1. - -.1第一章 緒論1.1本課題研究的背景和意義隨著世界經(jīng)濟(jì)技術(shù)的不斷開展，電力與人類的關(guān)系越來(lái)越密切，己成為社會(huì)開展不可缺少的動(dòng)力源泉。近幾十年來(lái)，為了更合理利用能源、提高經(jīng)濟(jì)效益、保護(hù)環(huán)境，國(guó)外電力系統(tǒng)日益向大機(jī)組、大電網(wǎng)、超高壓和遠(yuǎn)距離輸電方向開展。與此同時(shí)，現(xiàn)有的電力設(shè)備正在承擔(dān)著越來(lái)越重的負(fù)荷需要，發(fā)、輸電設(shè)施的使用強(qiáng)度日益接近其極限值，這在很大程度上增加了維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的難度。從本世紀(jì)七十年代開場(chǎng),在世界上很多國(guó)家的大電網(wǎng)部相繼發(fā)生了多起由于電壓穩(wěn)定問(wèn)題而導(dǎo)致的電力系統(tǒng)崩潰的事故。如：1996年7月2日中午13時(shí)25分，美國(guó)西部

19、電力系統(tǒng)發(fā)生電壓崩潰事故，經(jīng)3小時(shí)才恢復(fù)正常，系統(tǒng)中受到停電影響的用戶高達(dá)200萬(wàn)戶。2003年8月28日傍晚，英國(guó)首都倫敦和英格蘭東南部局部地區(qū)發(fā)生兩個(gè)多小時(shí)的重大停電事故。倫敦近三分之二的地鐵和局部列車停運(yùn)，大約1800趟列車班次受影響，一度有25萬(wàn)人被困在地鐵中。2003年9月28日，意大利全國(guó)大局部地區(qū)同時(shí)停電，致使民航、鐵路運(yùn)輸中斷。據(jù)有關(guān)人士透露，這次供電中斷可能是由于從法國(guó)輸往意大利境的電網(wǎng)線路出現(xiàn)故障所致。這些惡性事故的嚴(yán)重后果不但使科學(xué)工作者認(rèn)識(shí)到了電壓穩(wěn)定性分析的重要性,也使電壓穩(wěn)定性分析引起了電力界的廣泛關(guān)注。電壓穩(wěn)定問(wèn)題成為電力系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題研究中的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。我國(guó)電力

20、系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入大電網(wǎng)、超高壓、大機(jī)組、遠(yuǎn)距離的時(shí)代，東北和華電聯(lián)網(wǎng)后，電網(wǎng)的穩(wěn)定問(wèn)題再一次成為焦點(diǎn)。隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)的飛速開展, 由于系統(tǒng)互連在經(jīng)濟(jì)上越發(fā)具有吸引力，電網(wǎng)規(guī)模日益巨大，構(gòu)造越來(lái)越復(fù)雜，使穩(wěn)定問(wèn)題的復(fù)雜性變得更加突出，維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的難度也逐漸增加。因此，借鑒國(guó)外惡性電壓崩潰事故和我國(guó)*些局部電網(wǎng)中發(fā)生電壓失穩(wěn)的經(jīng)歷教訓(xùn)，加強(qiáng)電壓穩(wěn)定性及其相關(guān)問(wèn)題的根底性和應(yīng)用性研究，具有特別重要的意義。1.2電壓穩(wěn)定的概述電壓穩(wěn)定的含義關(guān)于電壓穩(wěn)定性的定義至今還存在分歧。P.Kundur將電壓穩(wěn)定性定義為“電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行或經(jīng)受擾動(dòng)后維持所有節(jié)點(diǎn)電壓為可承受值的能力；而電壓失穩(wěn)是指“擾動(dòng)引起

21、的持續(xù)且不可控制的電壓下降過(guò)程，至于電壓崩潰則是指“伴隨電壓失穩(wěn)的一系列事件導(dǎo)致系統(tǒng)的局部電壓低到不可承受的過(guò)程。將電壓失穩(wěn)定義為“電壓穩(wěn)定的喪失，導(dǎo)致電壓逐步衰減的過(guò)程，而電壓崩潰則為“故障或擾動(dòng)后節(jié)點(diǎn)電壓值已超出了可承受的圍。IEEE動(dòng)態(tài)委員會(huì)在1990年的報(bào)告中，將電壓穩(wěn)定性定義為“系統(tǒng)維持電壓的能力，當(dāng)負(fù)荷導(dǎo)納增大時(shí)，負(fù)荷功率隨之增大，并且功率的電壓是能控的。電壓崩潰是指由于電壓不穩(wěn)定所導(dǎo)致的系統(tǒng)大面積、大幅度的電壓下降的過(guò)程。CIGRE于1993年把電壓穩(wěn)定研究分為靜態(tài)電壓穩(wěn)定與動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定，又進(jìn)一步將動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定分為小擾動(dòng)電壓穩(wěn)定、暫態(tài)電壓穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定。CIGRE一方面將小擾

22、動(dòng)電壓穩(wěn)定定義為負(fù)荷電壓接近于擾動(dòng)前平衡點(diǎn)的電壓值，將電壓不穩(wěn)定定義為擾動(dòng)后有平衡點(diǎn)，但電壓過(guò)低的情況；另一方面卻又認(rèn)為電壓不穩(wěn)定性和電壓崩潰兩個(gè)術(shù)語(yǔ)可以交換代用。電壓穩(wěn)定定義的多樣性也說(shuō)明了當(dāng)前電力系統(tǒng)工程界對(duì)電壓穩(wěn)定的認(rèn)識(shí)存在差異，從另一方說(shuō)明電壓穩(wěn)定研究的迫切性。電壓穩(wěn)定的分類關(guān)于電壓穩(wěn)定問(wèn)題的分類，普遍認(rèn)識(shí)是，按時(shí)間框架分，可分為短期、中長(zhǎng)期；按擾動(dòng)類型分，可分為小擾動(dòng)和大擾動(dòng)。 短期電壓穩(wěn)定通常認(rèn)為與感應(yīng)馬達(dá)、FACTS 元件及 HVDC 等快速響應(yīng)特性有關(guān)。短期電壓崩潰是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障或其它類型的大擾動(dòng)后，伴隨系統(tǒng)事故過(guò)程中發(fā)電機(jī)之間的相對(duì)搖擺，*些負(fù)荷母線電壓發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的突

23、然下降的失穩(wěn)過(guò)程，而此時(shí)系統(tǒng)發(fā)電機(jī)之間的相對(duì)搖擺可能并未超出電力系統(tǒng)功角失穩(wěn)的圍。 中長(zhǎng)期電壓失穩(wěn)過(guò)程可能由于緩慢的負(fù)荷增長(zhǎng)引起，也有可能是發(fā)生在故障擾動(dòng)后的恢復(fù)過(guò)程，與動(dòng)態(tài)元件的調(diào)節(jié)過(guò)程有關(guān)。中長(zhǎng)期的電壓失穩(wěn)過(guò)程并不一定出現(xiàn)暫態(tài)電壓波動(dòng)越限的情況，擾動(dòng)后的暫態(tài)電壓恢復(fù)水平也較高，但當(dāng)系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償和儲(chǔ)藏缺乏時(shí)，伴隨著動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)元件動(dòng)作，如帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器OLTC、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流限制及負(fù)荷本身的動(dòng)態(tài)恢復(fù)特性，會(huì)使系統(tǒng)過(guò)渡到不穩(wěn)定平衡點(diǎn)，最終導(dǎo)致電壓失穩(wěn)。 大擾動(dòng)電壓穩(wěn)定指系統(tǒng)在遭受大的擾動(dòng)，如系統(tǒng)短路、切機(jī)、線路故障后，保持電壓穩(wěn)定的能力。它由系統(tǒng)和負(fù)荷特性以及兩者間連續(xù)和不連續(xù)控制及保護(hù)的相互作

24、用所決定。判斷大擾動(dòng)電壓穩(wěn)定性，需要在一段時(shí)間考慮電力系統(tǒng)的非線性響應(yīng)特性，研究的時(shí)間從幾秒至幾十分鐘。 小干擾電壓穩(wěn)定指系統(tǒng)在遭受小的擾動(dòng)如系統(tǒng)負(fù)荷增加后保持電壓穩(wěn)定的能力。它受負(fù)荷特性以及給定時(shí)間的連續(xù)和不連續(xù)控制作用的影響。分析這類電壓穩(wěn)定時(shí)，進(jìn)展適當(dāng)?shù)募僭O(shè)，系統(tǒng)方程能被線性化，因而可以通過(guò)靈敏度計(jì)算確定影響電壓穩(wěn)定的因素。但是，線性化無(wú)法計(jì)及諸如OLTC死區(qū)、不連續(xù)性、延時(shí)的非線性影響，因此，應(yīng)當(dāng)使用線性和非線性相結(jié)合的分析方法進(jìn)展補(bǔ)充。電壓穩(wěn)定研究方法根據(jù)研究中所采用模型的不同,目前電壓穩(wěn)定性分析方法可以分為四類：靜態(tài)分析方法、動(dòng)態(tài)分析方法、非線性動(dòng)力學(xué)方法和概率分析方法。下面簡(jiǎn)要的

25、加以介紹。a.靜態(tài)分析方法靜態(tài)分析方法理論上認(rèn)為電壓穩(wěn)定是一個(gè)潮流方程是否存在可行解的問(wèn)題，因而把臨界潮流解看作是電壓穩(wěn)定的極限；另一方面也由于靜態(tài)分析技術(shù)比較成熟，易于給出電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo)及其對(duì)狀態(tài)量的靈敏度信息。隨著研究的深入，逐漸開展了靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析方法的不同分支，主要有平衡點(diǎn)的存在性分析、電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo)算法研究等。其中平衡點(diǎn)的存在是靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析的根底。而電壓穩(wěn)定指標(biāo)的研究主要包括確定臨界點(diǎn)的性質(zhì)和特征及研究臨界點(diǎn)的計(jì)算方法。靜態(tài)分析方法因其所關(guān)注的小干擾穩(wěn)定特性不同而有不同的方法，主要包括：奇異值分析法、模式分析法、潮流多解法、可行解域方法、靈敏度分析法、最大功率法、最近崩潰點(diǎn)

26、法、擴(kuò)展潮流方法等。總之，基于潮流方程的靜態(tài)分析方法經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間的研究，并取得了廣泛的經(jīng)歷。但本質(zhì)上它們都是把電力網(wǎng)絡(luò)的潮流極限作為靜態(tài)穩(wěn)定極限點(diǎn)，不同之處在于采用不同的方法求取臨界點(diǎn)以及抓住極限運(yùn)行狀態(tài)的不同特征作為電壓崩潰點(diǎn)的判據(jù)。b.動(dòng)態(tài)分析方法電壓失穩(wěn)本質(zhì)上是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)及其勵(lì)磁控制系統(tǒng)、負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性、有載調(diào)壓變壓器、無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備以及繼電保護(hù)設(shè)備等元件動(dòng)態(tài)對(duì)電壓失穩(wěn)起著重要作用。類似于傳統(tǒng)的功角穩(wěn)定研究，電壓穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)分析方法主要分為小擾動(dòng)分析方法和大擾動(dòng)分析方法，這種區(qū)分有助于將電壓穩(wěn)定問(wèn)題按照擾動(dòng)的大小分別通過(guò)線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型來(lái)分析。(1)小擾動(dòng)分析

27、方法小擾動(dòng)分析方法是基于線性化微分方程的方法，僅適用于系統(tǒng)受到小擾動(dòng)時(shí)的情形。它的主要思路是將描述電力系統(tǒng)的微分-代數(shù)方程在當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)線性化，消去代數(shù)約束后形成系統(tǒng)矩陣，通過(guò)該矩陣的特征值和特征向量來(lái)分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和各元件的作用，其主要難點(diǎn)在于建立簡(jiǎn)單而又包括系統(tǒng)主要元件相關(guān)動(dòng)態(tài)的模型。目前，小干擾分析已用于有載調(diào)壓變壓器、發(fā)電機(jī)及其勵(lì)磁控制系統(tǒng)和負(fù)荷模型等對(duì)電壓穩(wěn)定影響的研究。關(guān)于OLTC對(duì)電壓穩(wěn)定的影響，研究說(shuō)明OLTC是否應(yīng)該閉鎖或反調(diào)取決于其對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)傳輸能力和負(fù)荷恢復(fù)使得網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)加重兩方面作用的綜合效果。關(guān)于發(fā)電機(jī)及其勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)電壓穩(wěn)定的影響，研究說(shuō)明勵(lì)磁電流的上限將會(huì)使電壓崩

28、潰域擴(kuò)大、穩(wěn)定域縮小。(2)大擾動(dòng)分析方法潮流方程解的存在和小干擾電壓穩(wěn)定分析的重點(diǎn)在于把電力系統(tǒng)置于一個(gè)具有一定平安裕度的運(yùn)行方式。電力系統(tǒng)遭受線路故障和其他類型的大沖擊，或在小干擾穩(wěn)定裕度的邊緣時(shí)負(fù)荷的增加，都可能使系統(tǒng)喪失穩(wěn)定。這時(shí)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的數(shù)學(xué)描述必須保存其非線性特征，才能真正提醒電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問(wèn)題的開展機(jī)制和大干擾下的特征。這方面的研究目前主要有時(shí)域仿真法及能量函數(shù)法。1)時(shí)域仿真法時(shí)域仿真分析是研究電壓穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)機(jī)理、過(guò)程以及檢驗(yàn)其他電壓穩(wěn)定分析方確性的最有力手段，適合于任何電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型。目前，電壓穩(wěn)定的時(shí)域仿真研究還存在一些難點(diǎn)，主要包括時(shí)間框架的處理、負(fù)荷模型的適

29、用性以及結(jié)論的一般化問(wèn)題。負(fù)荷建模本身就是電壓穩(wěn)定研究的難點(diǎn)之一，在仿真研究中采用不同的負(fù)荷模型會(huì)得到不同的結(jié)論，目前已提出了眾多模型，但仍有很大爭(zhēng)論，有待于進(jìn)一步研究。2)能量函數(shù)法能量函數(shù)法是直接估計(jì)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，以防止耗時(shí)的時(shí)域仿真。其根本思想是利用所謂的能量函數(shù)得到狀態(tài)空間中的一個(gè)能量勢(shì)阱，通過(guò)求取能量勢(shì)阱的邊界來(lái)估計(jì)擾動(dòng)后系統(tǒng)的穩(wěn)定吸引域，并據(jù)此判斷系統(tǒng)在特定擾動(dòng)下的穩(wěn)定性。能量函數(shù)法為系統(tǒng)中電壓穩(wěn)定薄弱區(qū)域的識(shí)別和不同規(guī)模系統(tǒng)間電壓穩(wěn)定性的比較提出了良好的依據(jù)，但它對(duì)于具有復(fù)雜的動(dòng)態(tài)特性和有損耗的輸電系統(tǒng)而言，并不能保證能量函數(shù)存在，目前僅作為根底探討電壓穩(wěn)定判據(jù)和臨界點(diǎn)的

30、性質(zhì)。c.非線性動(dòng)力學(xué)方法電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo)算法的研究都是針對(duì)線性化了的系統(tǒng)方程，即假設(shè)初始條件的微小變化只能導(dǎo)致輸出的微小變化，但由于電力系統(tǒng)是一個(gè)非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，臨界點(diǎn)附近系統(tǒng)狀態(tài)的劇烈變化，使得臨界點(diǎn)附近這一假設(shè)往往不成立。同時(shí)，它也不能答復(fù)如果系統(tǒng)越過(guò)穩(wěn)定極限點(diǎn)時(shí)，其狀態(tài)將如何變化這一類問(wèn)題。為了確保電力系統(tǒng)的平安性，人們尋找能夠分析并控制非線性作用的新方法，如中心流形理論、分岔理論和混沌理論，其中此方法研究最多的是分岔理論。(1)分岔理論分析法 分岔理論是分析研究非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)所固有的穩(wěn)定性態(tài)及特性的嶄新的數(shù)學(xué)工 具，國(guó)際電力界從80年代開場(chǎng)研究和應(yīng)用該理論，以和I.Dobson等人

31、代表的研究人員應(yīng)用該理論對(duì)電壓穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)展了大量研究。本文也將采用，將在下文進(jìn)展論述。d.電壓穩(wěn)定的概率分析電力系統(tǒng)中的一些參數(shù)由于測(cè)量、估計(jì)或計(jì)算上的誤差具有一定的隨機(jī)性，擾動(dòng)及相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作均是隨機(jī)過(guò)程，計(jì)及系統(tǒng)參數(shù)和擾動(dòng)的隨機(jī)性進(jìn)展電壓穩(wěn)定性分析具有一定的意義電壓穩(wěn)定研究已獲得了較大的開展，但對(duì)其認(rèn)識(shí)的深度和取得的成果遠(yuǎn)不能同功角穩(wěn)定研究所取得的理論認(rèn)識(shí)深度和應(yīng)用成果相比。至于實(shí)際的預(yù)防、監(jiān)測(cè)、控制以及確保電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行，更有待進(jìn)一步的研究。下面將主要針對(duì)負(fù)荷模型對(duì)暫態(tài)電壓穩(wěn)定的影響進(jìn)展研究。1.3電壓穩(wěn)定性的影響因素有載調(diào)壓變壓器OLTC動(dòng)態(tài)與發(fā)電機(jī)無(wú)功越限和負(fù)荷動(dòng)態(tài)被并列為造成電

32、壓失穩(wěn)的三大因素。1.3.1負(fù)荷模型對(duì)電壓穩(wěn)定的影響在研究電壓穩(wěn)定問(wèn)題時(shí)，一個(gè)不可回避的問(wèn)題是負(fù)荷模型，因?yàn)樗?些情況下會(huì)成為決定因素。有文獻(xiàn)應(yīng)用Eurostag 仿真研究有載調(diào)壓變壓器在系統(tǒng)不同的負(fù)荷特性下對(duì)中長(zhǎng)期電壓穩(wěn)定性的影響。認(rèn)為，有載調(diào)壓變壓器表現(xiàn)出“正調(diào)壓效應(yīng)還是“負(fù)調(diào)壓效應(yīng)主要取決于系統(tǒng)低壓側(cè)的負(fù)荷特性。常用的靜態(tài)負(fù)荷模型有指數(shù)模型和ZIP模型，兩者本質(zhì)是一致的。綜合的負(fù)荷模型包括，加馬達(dá)微分方程，其中的各種特殊情況便是恒功率，恒電流，恒阻抗，純電動(dòng)機(jī)。有關(guān)文獻(xiàn)對(duì)此已做了討論，結(jié)論根本明確。 恒功率負(fù)荷 a=b=0：恒功率的情況最簡(jiǎn)單。系統(tǒng)中的負(fù)荷都是恒功率特性，對(duì)電壓不敏感，

33、無(wú)論電壓降低與否，不管變壓器分接頭動(dòng)作還是不動(dòng)作，系統(tǒng)中的負(fù)荷都是一樣的，所以電壓越低，損耗越大；電壓越高，損耗越小。因此，恒功率負(fù)荷不利于電壓穩(wěn)定，但在計(jì)及有載調(diào)壓變壓器調(diào)節(jié)時(shí)，能表現(xiàn)出很好的“正調(diào)壓效應(yīng)。恒阻抗負(fù)荷b=c=0：系統(tǒng)的功率和電壓水平將在低于期望值的情況下保持穩(wěn)定。這是由于當(dāng)電壓降低時(shí)，恒阻抗負(fù)荷功率下降，有利于電壓穩(wěn)定。 恒電流負(fù)荷a=c=0：恒電流性負(fù)荷與恒阻抗性負(fù)荷同屬于電壓敏感性負(fù)荷，兩者的情形相似。 電動(dòng)機(jī)負(fù)荷：電動(dòng)機(jī)傾向于維持穩(wěn)定的功率運(yùn)行，直至到達(dá)極限狀態(tài)，在極限狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)將會(huì)制動(dòng)。對(duì)于給定的一個(gè)系統(tǒng)電壓，感應(yīng)電機(jī)對(duì)應(yīng)有一個(gè)此電壓下的最大轉(zhuǎn)矩。如果負(fù)荷轉(zhuǎn)矩超過(guò)它

34、，由于電機(jī)負(fù)載增加或系統(tǒng)電壓降低，負(fù)載轉(zhuǎn)矩超出電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，電機(jī)將會(huì)制動(dòng)，同時(shí)引起系統(tǒng)電壓的進(jìn)一步降低，這將引起系統(tǒng)中所有電機(jī)都發(fā)生制動(dòng)，進(jìn)而造成系統(tǒng)的大崩潰。1.3.2OLTC對(duì)電壓穩(wěn)定的影響自從開場(chǎng)研究電壓穩(wěn)定問(wèn)題，有載調(diào)壓變壓器就受到特別關(guān)注，普遍認(rèn)為它在電壓穩(wěn)定問(wèn)題中起著重要作用。 下面用P-G曲線解釋對(duì)OLTC對(duì)電壓穩(wěn)定的影響做機(jī)理解釋：圖1-1P-G 曲線解釋A點(diǎn)是功率平衡點(diǎn)。如果OLTC 的變比由，因?yàn)樨?fù)荷的等效導(dǎo)納不能突變，系統(tǒng)運(yùn)行于 C 點(diǎn)，這時(shí)負(fù)荷的有功功率平衡遭到破壞，輸入的電磁功率小于輸出的其他形式的功率，按照負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性，負(fù)荷導(dǎo)納將增大，但導(dǎo)納的增大使輸入的電磁功率

35、更小，擴(kuò)大了功率不平衡量，導(dǎo)納增大更快，導(dǎo)致負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓加速下降，形成電壓崩潰。 圖1-2 簡(jiǎn)單系統(tǒng)阻抗電壓崩潰的機(jī)理可見，核心在于，網(wǎng)絡(luò)和發(fā)電機(jī)都有阻抗，電源不是理想的，負(fù)荷的等效阻抗在減小到一定數(shù)值以后，隨著阻抗的進(jìn)一步減小，負(fù)荷側(cè)消耗的功率反而會(huì)小。 OLTC 參數(shù)對(duì)電壓穩(wěn)定性影響，主要指有載調(diào)壓變壓器的調(diào)節(jié)步長(zhǎng)，電壓圍，延時(shí)對(duì)電壓穩(wěn)定性影響。1.3.3發(fā)電機(jī)勵(lì)磁對(duì)電壓穩(wěn)定的影響勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是電力系統(tǒng)中調(diào)節(jié)電壓的主要手段，但其調(diào)節(jié)圍受到發(fā)電機(jī)過(guò)熱能力的限制，當(dāng)機(jī)端電壓跌落時(shí)，為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器會(huì)將勵(lì)磁頂?shù)阶畲?，如故障被瞬時(shí)切除，則系統(tǒng)很快恢復(fù)穩(wěn)定，勵(lì)磁也回到正常數(shù)值。但對(duì)于電壓穩(wěn)

36、定問(wèn)題，有時(shí)由于OLTC 等的作用，電壓會(huì)進(jìn)一步降低，一定時(shí)間后，勵(lì)磁就恢復(fù)到額定數(shù)值。以保護(hù)發(fā)電設(shè)備的平安。這會(huì)造成系統(tǒng)無(wú)功的突然減少，引起系統(tǒng)電壓的驟然跌落，由于此時(shí)其他發(fā)電機(jī)一般也接近極限狀態(tài)，一臺(tái)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁減少會(huì)引起其他機(jī)組的連鎖反響，從而造成系統(tǒng)電壓崩潰。 1.3.4SVC等FACTS裝置對(duì)電壓穩(wěn)定的影響SVC的根本功能是從電力網(wǎng)吸收或向電網(wǎng)輸送可連續(xù)調(diào)節(jié)的無(wú)功功率，以維持裝設(shè)點(diǎn)的電壓恒定，并有利于電網(wǎng)的無(wú)功功率平衡。在遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)中，假設(shè)輸電線路的中點(diǎn)裝設(shè)靜止無(wú)功補(bǔ)償器，通過(guò)連續(xù)的調(diào)節(jié)，可以維持該點(diǎn)的電壓恒定，相當(dāng)于將該輸電線路的輸電距離縮短了一半，這樣就使得遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)在小

37、干擾和大干擾下的穩(wěn)定性均得以改善，當(dāng)然電壓質(zhì)量同時(shí)也得以提高。由于靜止無(wú)功補(bǔ)償器具有控制快速、維護(hù)簡(jiǎn)單、效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，因此其應(yīng)用正日趨廣泛。但是，在電壓穩(wěn)定問(wèn)題中，往往系統(tǒng)中的無(wú)功十分缺乏，SVC 的調(diào)節(jié)已接近其極限。一旦超出了調(diào)節(jié)圍，SVC 就具有了和電容器一樣壞的特性，即電壓越低，發(fā)出無(wú)功越少，這對(duì)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定極為不利，因此有文獻(xiàn)提出要加大 SVC 的容量，或者使用調(diào)節(jié)性能更好的調(diào)相機(jī)，但這就與經(jīng)濟(jì)性相矛盾。大多數(shù)FACTS 裝置都有類似的壞特性。此外，HVDC 的控制也會(huì)對(duì)電壓穩(wěn)定構(gòu)成影響。1.4本文的主要工作隨著我國(guó)電力的開展，電網(wǎng)呈現(xiàn)出了更為復(fù)雜的動(dòng)態(tài)行為，電壓穩(wěn)定作為電力系統(tǒng)穩(wěn)定

38、的一個(gè)重要局部，其容和研究方法大大豐富了電力系統(tǒng)穩(wěn)定的涵。電壓穩(wěn)定研究的歷史已有二十多年，成果不斷涌現(xiàn)，對(duì)于目前國(guó)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算所采用的負(fù)荷模型多是恒功率模型，其不夠準(zhǔn)確，與實(shí)際存在一定偏差。因此說(shuō)明研究本課題對(duì)于電力系統(tǒng)的平安穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義和實(shí)用價(jià)值。本文主要研究不同負(fù)荷模型對(duì)電壓穩(wěn)定分析的影響，應(yīng)用不同的負(fù)荷模型進(jìn)展電力系統(tǒng)仿真或計(jì)算分析。主要容包括：1、通過(guò)分析當(dāng)前電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性研究的背景和意義，說(shuō)明開展電壓穩(wěn)定性研究的重要性。介紹了電壓穩(wěn)定的含義與分類、電壓穩(wěn)定性的分析方法，總結(jié)了電壓穩(wěn)定性的影響因素。2、針對(duì)電力系統(tǒng)的各種負(fù)荷，分別介紹了靜態(tài)負(fù)荷模型與動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型的定義與

39、分類，對(duì)根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域和分析計(jì)算目的的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型予以詳細(xì)闡述。3、介紹了求取P-V曲線的電壓穩(wěn)定性機(jī)理，和連續(xù)潮流法的一些根本概念，分析了連續(xù)潮流法的原理及提出要正確認(rèn)識(shí)連續(xù)潮流。4、對(duì)于本文研究的ZIP負(fù)荷模型，利用第三章介紹的連續(xù)潮流法對(duì)IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)展仿真分析，重點(diǎn)研究ZIP負(fù)荷模型不同的負(fù)荷分配比對(duì)電壓穩(wěn)定性所產(chǎn)生的影響。.1第二章 電力系統(tǒng)的負(fù)荷模型電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、電力網(wǎng)及電力負(fù)荷三大局部組成的能量生產(chǎn)、傳輸和使用系統(tǒng)。發(fā)電廠是電能的發(fā)出者，這些電能經(jīng)高壓輸電網(wǎng)及低壓配電網(wǎng)被傳送到各個(gè)用戶，并由安裝在用戶處的用電設(shè)備所消耗。電力負(fù)荷就是這些用電設(shè)備的總稱，其中

40、有時(shí)也包括配電網(wǎng)絡(luò)，并簡(jiǎn)稱為負(fù)荷。負(fù)荷可按用戶性質(zhì)分為工業(yè)負(fù)荷、農(nóng)業(yè)負(fù)荷、商業(yè)負(fù)荷、城鎮(zhèn)居民負(fù)荷等。也可按用電設(shè)備類型分為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、同步電機(jī)、整流設(shè)備、照明、電熱及空調(diào)設(shè)備等1。在電力系統(tǒng)分析中采用的負(fù)荷模型可以根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)測(cè)試確定，也可根據(jù)用戶裝設(shè)的用電設(shè)備容量及其使用率，以及同類用電設(shè)備的典型特性進(jìn)展綜合合成。電力系統(tǒng)負(fù)荷模型可分為靜態(tài)負(fù)荷模型與動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型兩種。2.1靜態(tài)負(fù)荷模型靜態(tài)負(fù)荷模型的定義在系統(tǒng)頻率和電壓緩慢變化時(shí)，負(fù)荷的有功功率和無(wú)功功率相應(yīng)的變化可用代數(shù)方程(或曲線)描述，稱此為負(fù)荷靜態(tài)模型。其中，負(fù)荷隨電壓變化的特性稱為負(fù)荷電壓特性，而隨頻率變化的特性稱為負(fù)荷頻率特性。在

41、電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析中，靜態(tài)負(fù)荷模型一般適用于計(jì)算結(jié)果對(duì)負(fù)荷模型不太敏感的負(fù)荷點(diǎn)。比方潮流計(jì)算、無(wú)功補(bǔ)償規(guī)劃、靜態(tài)電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定及長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)過(guò)程的分析等。靜態(tài)負(fù)荷模型的分類一般來(lái)講，負(fù)荷靜態(tài)模型可分為冪函數(shù)模型和多項(xiàng)式模型兩種。通常一個(gè)冪函數(shù)在電壓變化圍比較大的情況下仍能較好地描述許多負(fù)荷的靜態(tài)特性。多項(xiàng)式模型由恒功率、恒電流、恒阻抗三局部組成2，它可以看作是三個(gè)冪函數(shù)相加的特例，這三個(gè)冪函數(shù)的冪指數(shù)分別為0，l，2。一、冪函數(shù)模型3冪函數(shù)模型在一定的電壓變化圍和頻率變化圍下，其有功功率和無(wú)功功率隨電壓和頻率變化的特性，可近似表示為：(2-1)式中為實(shí)際電壓；為額定電壓；，為實(shí)際有功功率；，為額

42、定電壓下節(jié)點(diǎn)消耗的有功、無(wú)功功率；和為負(fù)荷有功和無(wú)功功率的電壓特性指數(shù)；和為負(fù)荷有功和無(wú)功功率的頻率特性指數(shù)。有關(guān)文獻(xiàn)給出的典型靜態(tài)負(fù)荷特性參數(shù)見表2-1表2-1典型靜態(tài)負(fù)荷特性 參數(shù)用電設(shè)備白熾燈1.6000熒光燈1.2-1.03.0-2.8電熱2.0000感應(yīng)電機(jī)滿載0.12.80.61.8冶煉爐1.9-0.52.10鋁廠1.8-0.32.20.6二、多項(xiàng)式模型(ZIP模型)電力系統(tǒng)分析中也常把負(fù)荷靜態(tài)模型用多項(xiàng)式表示為2-2式中為實(shí)際電壓；為額定電壓；，為實(shí)際有功功率；，為額定電壓下節(jié)點(diǎn)消耗的有功、無(wú)功功率；，分別為恒定阻抗、恒定電流、恒定功率負(fù)荷的有功功率占總有功功率的百分比，且有；，

43、系數(shù)反映各類無(wú)功負(fù)荷所占的百分比，且有；是節(jié)點(diǎn)電壓的頻率；是額定頻率；是模型的頻率敏感性參數(shù)。其中，方括號(hào)中各項(xiàng)反映了負(fù)荷電壓特性，其中電壓二次項(xiàng)相當(dāng)于恒定阻抗負(fù)荷，電壓一次項(xiàng)相當(dāng)于恒定電流負(fù)荷，電壓零次項(xiàng)相當(dāng)于恒定功率負(fù)荷。在只計(jì)及電壓特性而忽略頻率特性時(shí)，式(2-2)可簡(jiǎn)化為 2-3方便下文分析，把ZIP負(fù)荷模型即2-3表示為：2-4對(duì)于系統(tǒng)電壓和頻率變化較慢的動(dòng)態(tài)過(guò)程，可按式2-2、式2-3或2-4記及負(fù)荷靜態(tài)特性。2.2動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型的定義與分類在系統(tǒng)電壓和頻率快速變化時(shí)，應(yīng)考慮負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性，并用微分方程描述，稱之為負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型。負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型按照它是否以實(shí)際物理元件的數(shù)學(xué)模

44、型為根底分為非機(jī)理性動(dòng)態(tài)模型和機(jī)理性動(dòng)態(tài)模型兩類4。非機(jī)理模型非機(jī)理動(dòng)態(tài)模型是在系統(tǒng)辨識(shí)開展過(guò)程中，從大量的具體動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模中概括出來(lái)的，對(duì)一大類動(dòng)態(tài)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的描述能力。但負(fù)荷群中動(dòng)態(tài)成分復(fù)雜，難以用物理模型描述?；蛘撸瑸榱私档蛣?dòng)態(tài)模型的階次而突出主要矛盾時(shí)，將整個(gè)負(fù)荷群作一個(gè)從該節(jié)點(diǎn)看進(jìn)去的“黑箱或“灰箱，用一個(gè)非機(jī)理模型來(lái)描述其輸入輸出特性。非機(jī)理負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型分為線性模型、非線性模型和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(ANN)等。線性模型用差分方程、微分方程或傳遞函數(shù)描述，它們之間能相互轉(zhuǎn)換，主要適用于小干擾穩(wěn)定性分析。典型的線性模型如Sabir和Lee于1982年提出的工業(yè)動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型，Handsc

45、hin等于1988年提出的工業(yè)綜合負(fù)荷模型，Welfonder等1989年提出的工業(yè)負(fù)荷傳遞函數(shù)模型，Meyer，Lee等于1982年提出的狀態(tài)方程負(fù)荷模型。非線性模型也用差分方程、微分方程和傳遞函數(shù)的形式來(lái)描述，它們之間不能相互轉(zhuǎn)換，適用于小干擾和大干擾穩(wěn)定性分析。典型的非線性模型如Hill于1990年提出的恢復(fù)型一階模型，Karlsson于1994年提出的負(fù)荷模型，*u和Mansour于 1994年提出的負(fù)荷模型。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型目前還處于開展階段。機(jī)理模型機(jī)理模型中最常用到的就是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型，使用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)模型可以較好的反映負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性，具有明確的物理意義，易于理解5。并且由于感

46、應(yīng)電動(dòng)機(jī)在電力負(fù)荷中占有較大的比重，對(duì)于系統(tǒng)的運(yùn)行分析與控制有很大影響，因此在實(shí)際應(yīng)用中常采用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)上靜態(tài)負(fù)荷的形式來(lái)描述綜合負(fù)荷。目前，根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域和分析計(jì)算目的，常用的負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型有以下三種6：考慮機(jī)械暫態(tài)過(guò)程的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一階動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型；考慮機(jī)電暫態(tài)過(guò)程的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)三階動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型以及考慮電磁暫態(tài)過(guò)程的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)五階動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型。一、考慮機(jī)械暫態(tài)過(guò)程的一階動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型7由感應(yīng)電機(jī)理論可知，當(dāng)只考慮感應(yīng)電動(dòng)機(jī)機(jī)械暫態(tài)時(shí)，其定子、轉(zhuǎn)子繞組可用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)等值電路表示，如圖2-1所示。圖2-1考慮機(jī)械暫態(tài)時(shí)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的等值電路圖2-1中，和為定子繞組的電阻和漏抗；和為轉(zhuǎn)子繞組的等值電阻

47、和漏抗；和為鐵損等值電阻和定轉(zhuǎn)子互感抗。設(shè)三相對(duì)稱母線電壓為，相應(yīng)感應(yīng)電機(jī)電流為，滑差為s，則考慮機(jī)械暫態(tài)過(guò)程的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型為：(2-5)在電壓方程式中：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等值阻抗；：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)滑差；：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子角速度；在轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程中：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)機(jī)械力矩；其中，：恒力矩局部；：與滑差s有關(guān)的力矩局部；：與電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷機(jī)械特性有關(guān)的指數(shù)；：負(fù)荷系數(shù)，由穩(wěn)態(tài)時(shí)的和待定而得；：電動(dòng)機(jī)電磁力矩；其中：當(dāng)電動(dòng)機(jī)母線電壓等于額定電壓時(shí)的最大電磁力矩，相應(yīng)的滑差為臨界滑差；為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子慣性時(shí)間常數(shù)。二、考慮機(jī)電暫態(tài)過(guò)程的動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型8在考慮感應(yīng)電動(dòng)機(jī)機(jī)電暫態(tài)的動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型中，忽略了定子繞組暫態(tài)，而只考慮

48、轉(zhuǎn)子繞組暫態(tài)及轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)。這種模型相對(duì)于只考慮機(jī)械暫態(tài)的負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型在暫態(tài)過(guò)程中具有更好的仿真精度，并在電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析中廣泛應(yīng)用，其數(shù)學(xué)模型如式(2-6)所示。2-6上述方程式中的參數(shù)均是以電動(dòng)機(jī)容量為基準(zhǔn)功率時(shí)的標(biāo)么值，其中、分別為定子電阻、定子電抗、激磁電抗、轉(zhuǎn)子電阻和轉(zhuǎn)子電抗。三、考慮電磁暫態(tài)過(guò)程的五階動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型當(dāng)電力系統(tǒng)作電磁暫態(tài)分析，并且要考慮負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性時(shí)，需采用考慮到感應(yīng)電動(dòng)機(jī)電磁暫態(tài)過(guò)程的動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型，該模型從實(shí)數(shù)域看是一個(gè)五階模型。1、定子、轉(zhuǎn)子電壓方程2-7式中和分別為機(jī)組同步轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；為滑差轉(zhuǎn)速。2、磁鏈方程(2-8)式中為定子自感；為轉(zhuǎn)子自感；為定轉(zhuǎn)子互感；

49、、分別為定、轉(zhuǎn)子漏感。3、轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動(dòng)方程(2-9)式中為電機(jī)極對(duì)數(shù)；H為機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)；F為轉(zhuǎn)子負(fù)載粘滯摩擦因數(shù)。4、功率方程(2-10)式中、為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)吸收的有功、無(wú)功功率。2.3本章小結(jié)本章主要介紹了幾種常用的負(fù)荷模型，其中包括指數(shù)和多項(xiàng)式靜態(tài)負(fù)荷模型；機(jī)理性動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型中所謂感應(yīng)電動(dòng)機(jī)機(jī)械和機(jī)電動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型。在電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析中，靜態(tài)負(fù)荷模型一般適用于計(jì)算結(jié)果對(duì)負(fù)荷模型不太敏感的負(fù)荷點(diǎn)。由于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在電力負(fù)荷中占有較大的比重，對(duì)于系統(tǒng)的運(yùn)行分析與控制有很大影響，因此在實(shí)際應(yīng)用中常采用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)上靜態(tài)負(fù)荷的形式來(lái)描述綜合負(fù)荷。.1第三章連續(xù)潮流法3.1 引言電壓不穩(wěn)定一直是電

50、力系統(tǒng)研究的一個(gè)重要方面，一般發(fā)生在系統(tǒng)負(fù)荷過(guò)重的情況下，潮流計(jì)算作為一種根本的電氣手段被廣泛的應(yīng)用于電力系統(tǒng)電壓分析研究當(dāng)中。電壓不穩(wěn)定從發(fā)生到結(jié)果過(guò)程一般持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)，很適合靜態(tài)的研究，通過(guò)計(jì)算出準(zhǔn)確的臨界的電壓失穩(wěn)點(diǎn)，給系統(tǒng)預(yù)留出一定的裕度指標(biāo)，在系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時(shí)能夠保證系統(tǒng)快速恢復(fù)到初始狀態(tài)。在早期，為計(jì)算出系統(tǒng)電壓失穩(wěn)的臨界點(diǎn)研究者們通過(guò)常規(guī)的潮流計(jì)算，在預(yù)留一定電壓裕度的情況下，一步一步的增加負(fù)荷功率進(jìn)展迭代一般4-5次即可，將上一次迭代的結(jié)果作為下一次迭代的輸入值來(lái)到達(dá)目的。在負(fù)荷增加臨界點(diǎn)接近于臨界點(diǎn)時(shí)，由于，拐點(diǎn)附近jacoian矩陣奇異，計(jì)算不能收斂，導(dǎo)致結(jié)果很不準(zhǔn)確，

51、在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中事實(shí)上很少使用。為了使得潮流計(jì)算收斂，人們采用了很多方法，其中連續(xù)潮流將預(yù)測(cè)，校正，步長(zhǎng)選擇等環(huán)節(jié)參加到潮流計(jì)算中，能夠很好的保證計(jì)算的收斂性。為了減少迭代次數(shù)，采用變步長(zhǎng)的方法，減小了計(jì)算量，在繪制P-V曲線的每一步都反復(fù)迭代，計(jì)算出系統(tǒng)的潮流信息。3.2基于PV曲線的電壓穩(wěn)定性機(jī)理P-V曲線分析是一種靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析的工具，它通過(guò)建立節(jié)點(diǎn)電壓和一個(gè)區(qū)域負(fù)荷或傳輸界面潮流之間的關(guān)系曲線，從而指示區(qū)域負(fù)荷水平或傳輸界面功率水平導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)臨近電壓崩潰的程度。電壓崩潰的特征是隨著傳輸?shù)揭粋€(gè)區(qū)域功率的增加，這個(gè)區(qū)域的電壓分布將變得越來(lái)越低，直到到達(dá)崩潰點(diǎn)。系統(tǒng)中容易遭受電壓崩潰的區(qū)域

52、可以通過(guò)事故潮流分析來(lái)識(shí)別。不能收斂到潮流解或呈現(xiàn)大的暫態(tài)后電壓偏移的情況就是典型的處在或接近電壓不可承受的運(yùn)行點(diǎn)。P-V曲線分析的優(yōu)點(diǎn)是可提供整個(gè)負(fù)荷水平或傳輸界面潮流圍系統(tǒng)臨近電壓崩潰的指示。缺點(diǎn)是在曲線的“鼻端或者最大功率點(diǎn)潮流方程是發(fā)散的，再者發(fā)電量必須隨著區(qū)域負(fù)荷增加逼真地重新安排調(diào)度。3.3連續(xù)潮流法連續(xù)潮流法也被稱為延拓法，是求解電壓臨界點(diǎn)的重要方法。這種方法的實(shí)質(zhì)就是選取一個(gè)適宜的步長(zhǎng)，并且在一條的曲線上依照此步長(zhǎng)采樣出一系列的點(diǎn)來(lái)求取它們的潮流解，直到潮流方程無(wú)解為止，而與此無(wú)解潮流方程所對(duì)應(yīng)的那組采樣點(diǎn)最近的一組采樣點(diǎn)即為電壓崩潰點(diǎn)。連續(xù)潮流法能避開求解常規(guī)潮流方程的奇異點(diǎn)

53、從而抑制常規(guī)潮流方程在臨界點(diǎn)附近收斂困難的缺陷，而且能夠?qū)崿F(xiàn)跟蹤P-V曲線，計(jì)算過(guò)程十分詳細(xì)，能提供給運(yùn)行人員各種有用的信息。另外，這種方法不僅適用于大型電力系統(tǒng)超過(guò)500個(gè)節(jié)點(diǎn)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的計(jì)算，而且適用于具有各種負(fù)荷類型恒電流、恒功率、恒阻抗，或者具有多種負(fù)荷、發(fā)電機(jī)增長(zhǎng)方式的實(shí)際電力系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的計(jì)算。在計(jì)算中，其步長(zhǎng)可以根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算時(shí)間、計(jì)算精度和計(jì)算量等條件的要求選用人工設(shè)定適當(dāng)?shù)牟介L(zhǎng)的方法或者在計(jì)算過(guò)程中由計(jì)算機(jī)按照實(shí)際的曲線的變化自動(dòng)設(shè)定步長(zhǎng)的方法。目前還沒有一種方法能像連續(xù)型方法這樣在非線性的電力系統(tǒng)中，準(zhǔn)確、全面的分析因負(fù)荷及發(fā)電機(jī)功率變化所導(dǎo)致的系統(tǒng)靜態(tài)響應(yīng)。

54、 連續(xù)潮流法原理描述電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問(wèn)題一般采用如下微分代數(shù)方程的形式： 3-1式中：為系統(tǒng)狀態(tài)變量，如發(fā)電機(jī)電勢(shì)和轉(zhuǎn)子角等；為系統(tǒng)代數(shù)變量，如節(jié)點(diǎn)電壓幅值和相角；為一個(gè)反映系統(tǒng)負(fù)荷水平的標(biāo)量參數(shù)；為包括發(fā)電機(jī)和負(fù)荷等元件的動(dòng)態(tài)方程；為節(jié)點(diǎn)潮流平衡方程。則系統(tǒng)平衡點(diǎn)方程為 3-2非線性方程組3-2的未知變量個(gè)數(shù)比方程個(gè)數(shù)多1，用連續(xù)法可以得到平衡解流形。對(duì)于3-2式所示的非線性代數(shù)方程組，我們將其寫成式3-3的形式，以利于分析。 3-3其中的為系統(tǒng)的狀態(tài)變量和代數(shù)變量。其解在維空間上定義了一個(gè)一維曲線。連續(xù)型潮流計(jì)算方法將要解決的問(wèn)題就是從一點(diǎn)開場(chǎng)，在所需要的參數(shù)變化方向獲得曲線上一系列的點(diǎn)。

55、最常用的連續(xù)型方法又稱預(yù)測(cè)校正方法，簡(jiǎn)稱為PC方法。其主要思想是：在曲線上點(diǎn)條件下，用簡(jiǎn)單的方法獲得的近似點(diǎn)，例如點(diǎn)，然后以該近似點(diǎn)作為初始點(diǎn)，采用一些非線性方程的求解方法獲得式(3-3)的準(zhǔn)確解。其中，獲得點(diǎn)的過(guò)程稱為預(yù)測(cè)過(guò)程，獲得點(diǎn)的過(guò)程稱為校正過(guò)程。具體來(lái)說(shuō)，可將PC方法分為以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：方程參數(shù)化，預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)，校正環(huán)節(jié)，步長(zhǎng)控制。 連續(xù)潮流算法實(shí)際中，連續(xù)潮流算法主要指預(yù)測(cè)-校正法。1、方程參數(shù)化方程參數(shù)化是貫穿整個(gè)連續(xù)方法的核心，它決定了整個(gè)連續(xù)潮流的應(yīng)用情況。在PC連續(xù)型方法中，方程參數(shù)化有兩方面的含義：一是如何選擇控制參數(shù)以有效區(qū)分穩(wěn)態(tài)解曲線上各點(diǎn)的先后順序；二是通過(guò)參數(shù)化方程的建

56、立，抑制方程在鞍結(jié)分岔點(diǎn)處的病態(tài)。連續(xù)型方法不對(duì)式3-3單獨(dú)求解，而是求解下述擴(kuò)展方程： 3-4式3-4中的第2個(gè)方程即為參數(shù)化方程，是一維方程式。作為一個(gè)參數(shù)化方程，需要滿足一個(gè)重要的條件，即能夠保證最終形成的擴(kuò)展方程的雅可比矩陣方程3-5在潮流方程計(jì)算中收斂。 3-5控制參數(shù)選擇的方法有多種，對(duì)于選定的控制參數(shù)，其參數(shù)化方程的建立也不是唯一的。事實(shí)上，滿足上述條件的函數(shù)都可用于建立參數(shù)化方程。但不同參數(shù)化方程所構(gòu)成的連續(xù)型潮流算法的計(jì)算效率將會(huì)有一定的差異。在目前所采用的PC連續(xù)型潮流算法中，有兩種最為典型的參數(shù)化方法。1弧長(zhǎng)參數(shù)化方法以解曲線的弧長(zhǎng)s作為控制參數(shù)，此時(shí)的參數(shù)變化步長(zhǎng)為：

57、3-6對(duì)應(yīng)于弧長(zhǎng)控制參數(shù)，一種參數(shù)化方程可選取為：3-7式3-7是指當(dāng)沿解曲線從向點(diǎn)過(guò)渡時(shí)，作為控制參數(shù)的解曲線弧長(zhǎng)增量保持為相應(yīng)的步長(zhǎng)值不變。2局部參數(shù)化方法在電壓穩(wěn)定性分析中，當(dāng)采用這種參數(shù)化方法時(shí)，常選取求解過(guò)程中電壓下降最快的節(jié)點(diǎn)又稱主導(dǎo)節(jié)點(diǎn)電壓作為控制參數(shù)。以狀態(tài)向量的*一分量作為參數(shù)。隨著解的變化，所選取的參數(shù)也可以相應(yīng)變化，此時(shí)的參數(shù)變化步長(zhǎng)為，參數(shù)化方程可選取為：3-8即當(dāng)沿解曲線從向點(diǎn)過(guò)渡時(shí)，作為控制參數(shù)的狀態(tài)的分量的變化量應(yīng)保持為其步長(zhǎng)值不變。2、預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)所謂預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)，就是根據(jù)當(dāng)前點(diǎn)及其以往幾點(diǎn)來(lái)給出解軌跡上下一個(gè)點(diǎn)的估計(jì)值，從而有利于下一點(diǎn)求解的快速收斂。假設(shè)方程式3-3

58、第步的解，預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)的目的是為了給下一步校正環(huán)節(jié)中計(jì)算第i步的準(zhǔn)確解提供一個(gè)良好的近似初始值。如果近似值和準(zhǔn)確值之間的誤差很小，則校正環(huán)節(jié)只通過(guò)幾次迭代就可以找到準(zhǔn)確解；否則，將有可能通過(guò)屢次迭代才能收斂，甚至?xí)霈F(xiàn)不收斂的情形。預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)的結(jié)果將直接影響整個(gè)連續(xù)型方法的計(jì)算效率。在電力系統(tǒng)潮流方程連續(xù)型方法中，預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)最常用的方法是切線法和插值法。1切線法應(yīng)用切線法，首先要求計(jì)算擴(kuò)展方程式3-4中每一個(gè)狀態(tài)變量以及參數(shù)對(duì)于控制參數(shù)的導(dǎo)數(shù)。求出解后，切線法以系統(tǒng)解流形中第點(diǎn)上狀態(tài)變量及參數(shù)對(duì)于弧長(zhǎng)s的導(dǎo)數(shù)構(gòu)成方向向量，以為步長(zhǎng)預(yù)測(cè)的第i點(diǎn)如式3-9： 3-92插值法假定選擇弧長(zhǎng)為控制參數(shù)，利用前兩

59、次計(jì)算的結(jié)果與求解近似值的兩點(diǎn)插值公式為： 3-10在預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)中，切線法和插值法?？梢酝瑫r(shí)采用，也可以完全單獨(dú)使用。值得注意的是，當(dāng)單獨(dú)采用插值法時(shí)，可以直接以解曲線第1點(diǎn)作為第2點(diǎn)的近似，以便啟動(dòng)連續(xù)型方法。3、校正環(huán)節(jié)校正環(huán)節(jié)就是以預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)中獲得的點(diǎn)為初始點(diǎn)，通過(guò)解擴(kuò)展方程式3-4計(jì)算得到實(shí)際滿足潮流方程的運(yùn)行點(diǎn)。通常采用的校正方法有牛頓法和擬牛頓法等。為了解釋這一過(guò)程，以弧長(zhǎng)參數(shù)化取參數(shù)化方程式3-7和局部參數(shù)化取參數(shù)化方程式3-8為例，如圖3-1和圖3-2，給出了相應(yīng)的連續(xù)型方法示意圖。用弧長(zhǎng)參數(shù)化方法為例進(jìn)展解釋。圖3-1 連續(xù)型方法示意圖弧長(zhǎng)參數(shù)化圖3-2 連續(xù)型方法示意圖局部參數(shù)

60、化通過(guò)采用切線法獲得點(diǎn)后，因?yàn)辄c(diǎn)必須滿足擴(kuò)展方程式3-4，所以點(diǎn)到點(diǎn)的解曲線弧長(zhǎng)應(yīng)等于給定的步長(zhǎng)。注意到此時(shí)，校正環(huán)節(jié)所要做的工作就是將預(yù)測(cè)點(diǎn)移到解曲線上，并滿足弧長(zhǎng)步長(zhǎng)的要求。在連續(xù)型方法中，好的參數(shù)化方程應(yīng)使得預(yù)測(cè)點(diǎn)到準(zhǔn)確點(diǎn)間的距離盡可能小，以保證校正環(huán)節(jié)的計(jì)算效率和收斂性。由圖3-1和圖3-2可知，弧長(zhǎng)參數(shù)化較局部參數(shù)化好。初始點(diǎn)后，在校正環(huán)節(jié)中最常用的非線性代數(shù)方程求解方法是牛頓法。在牛頓法中，是通過(guò)反復(fù)求解方程3-11，來(lái)獲得第v次迭代的校正量。 3-11式中，v表示牛頓法的迭代次數(shù)；表示求解點(diǎn)時(shí)的第v次迭代結(jié)果。4、步長(zhǎng)控制步長(zhǎng)控制策略的選取是決定連續(xù)潮流有效性的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。步長(zhǎng)