電壓穩(wěn)定性的分析方法

精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)電壓穩(wěn)定性的分析方法經(jīng)過(guò)對(duì)上章節(jié)建立的數(shù)學(xué)模型的討論可以得到，靜態(tài)分析法和動(dòng)態(tài)分析法是目前廣泛運(yùn)用于分析電壓穩(wěn)定性的兩種分析方法，前者主要建立在方程的基礎(chǔ)之上；后者主要建立在方程的基礎(chǔ)之上。3.1靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的分析方法靜態(tài)問(wèn)題一般是指系統(tǒng)電壓失穩(wěn)的問(wèn)題，很早以前，研究人員認(rèn)為導(dǎo)致這種問(wèn)題的原因是整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)載過(guò)大，在基礎(chǔ)學(xué)科不斷的發(fā)展之下，科研工作者將數(shù)學(xué)工具中的代數(shù)方程應(yīng)用到電壓穩(wěn)定的研究中，其中潮流多值法和雅可比矩陣奇異法，延拓潮流法以及最大傳輸功率法為最常用的數(shù)學(xué)計(jì)算工具。研究人員對(duì)于靜態(tài)問(wèn)題的研究，通常是將電力系統(tǒng)建立在傳輸功率達(dá)到最大時(shí)的穩(wěn)定極限電壓的前提下，之后采用數(shù)學(xué)計(jì)算方法（即穩(wěn)態(tài)的潮流方程）對(duì)電力系統(tǒng)中穩(wěn)定電壓的臨界點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行分析。下面簡(jiǎn)要地?cái)⑹鲮o態(tài)分析方法中比較具有代表性、使用廣泛的方法。3.1.1最大功率法有的觀點(diǎn)認(rèn)為系統(tǒng)有不正?，F(xiàn)象一般都是由于需要的負(fù)荷達(dá)到或越過(guò)了電力網(wǎng)絡(luò)傳輸功率最大值的時(shí)候引起的，而該觀點(diǎn)是以電力系統(tǒng)中靜態(tài)電壓穩(wěn)定極限狀態(tài)下傳輸功率達(dá)到極限值（即最大功率法）作為基本依據(jù)。這種代數(shù)計(jì)算方法又是以電力系統(tǒng)中每一負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的有功功率準(zhǔn)則，無(wú)功功率準(zhǔn)則和整體負(fù)荷的復(fù)功率的疊加之和準(zhǔn)則，另外這種依據(jù)也是作為求解電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電壓臨界值的常用方法。3.1.2靈敏度分析法對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定性的判定，我們可以通過(guò)分析輸出變化對(duì)周?chē)鷹l件變化的靈敏度，利用系統(tǒng)參數(shù)與周?chē)鷹l件變化的具體關(guān)系進(jìn)行分析研究的方法。靈敏度分析法因其計(jì)算簡(jiǎn)便，工作量小，概念明確等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛運(yùn)用。其中、、、為比較常見(jiàn)的靈敏度計(jì)算判別公式。式中：——負(fù)荷節(jié)點(diǎn)；——無(wú)功功率注入量；、——無(wú)功源節(jié)點(diǎn)的電壓；——為電力系統(tǒng)中無(wú)功功率和負(fù)荷無(wú)功需求之間的差值。在一般常用的簡(jiǎn)單系統(tǒng)中，每種判斷方法都是等價(jià)的，并且可以依據(jù)系統(tǒng)功率極限值給出準(zhǔn)確的判斷結(jié)果。對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)，因?yàn)樾枰\(yùn)用雅可比矩陣進(jìn)行分析，所以產(chǎn)生的結(jié)果會(huì)有一定的偏差，從而難以做出準(zhǔn)確的判別。3.1.3特征值分析法、模態(tài)分析法及奇異值分解法上述幾種方法，皆為通過(guò)分析潮流雅可比矩陣去展示系統(tǒng)某些特性。同時(shí)為了降低電壓與無(wú)功之間的額相關(guān)性，一般在分析時(shí)通常降低雅可比矩陣的階數(shù)。通常將矩陣中得出的最小特征值作為判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定的一個(gè)依據(jù)。模態(tài)分析在假定較大的一個(gè)輸送功率情況下通過(guò)雅可比矩陣得出的最小特征值以及所得特征向量的方向的對(duì)比得到電力系統(tǒng)中發(fā)生的各節(jié)點(diǎn)電壓不穩(wěn)定的變化程度，由于該方法對(duì)于參數(shù)的設(shè)定均為實(shí)數(shù)，所以在實(shí)際工程中運(yùn)用廣泛。雖然代數(shù)計(jì)算方法奇異值分析和特征值分析，最小奇異值控制與特征向量的特征值分析法中的一些特征是相通的，但是由此計(jì)算出的特征向量的最小特征值為非正數(shù)的概率依然比較高。由上述方法很難對(duì)電力系統(tǒng)的電壓進(jìn)行穩(wěn)定性做出判定，這是因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)生活中的大多數(shù)系統(tǒng)模型都是非線性關(guān)系的，不能將其作為線性問(wèn)題進(jìn)行研究，但是上述方法對(duì)于系統(tǒng)的故障診斷和求解某一問(wèn)題的近似值仍然有著很重要的研究意義。3.1.4連續(xù)潮流法連續(xù)潮流法就是為了針對(duì)上一節(jié)所述幾種方法的弊端而提出的一種通過(guò)對(duì)非線性問(wèn)題建立非線性矩陣，通過(guò)計(jì)算得出所需的參數(shù)值最終建立并求解的方法，其主要應(yīng)用于求解PV、QV曲線的方程。它的關(guān)鍵是引用適合的參數(shù)以確定與其臨界點(diǎn)相鄰解其收斂性。此外，為了增加計(jì)算的速度，還應(yīng)用了各種策略比如校正、預(yù)測(cè)等等。在研究四電壓穩(wěn)定的過(guò)程中，充分考慮到了各種實(shí)際計(jì)算條件的限制，得出的功率裕度，能夠迅速的對(duì)電壓穩(wěn)定狀況做出相應(yīng)的響應(yīng)，故連續(xù)潮流法是一種經(jīng)典的方法。3.1.5非線性規(guī)劃法所謂是指將問(wèn)題轉(zhuǎn)化成求解非線性函數(shù)的優(yōu)化問(wèn)題，就可以將電力系統(tǒng)中不同負(fù)荷節(jié)點(diǎn)作為目標(biāo)函數(shù)建立求解方程。這樣我們就能很好的考慮各種不等式和等式的限制,在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)更有實(shí)用價(jià)值。雖然對(duì)于非線性規(guī)劃問(wèn)題的求解相比于非線性方程組更為復(fù)雜，但是，此方法確是糾正以及預(yù)防電壓穩(wěn)定控制和計(jì)算系統(tǒng)電壓穩(wěn)定裕度不可或缺的重要環(huán)節(jié)。3.1.6零特征根法零特征根法經(jīng)常用于求解電壓系統(tǒng)中的臨界值。一般是通過(guò)非線性方程去表達(dá)臨界點(diǎn)的數(shù)學(xué)性質(zhì)，然后用過(guò)臨界點(diǎn)的值反向求解該方程組。在電壓穩(wěn)定問(wèn)題中,通常將靜態(tài)電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)表達(dá)成為一個(gè)非零左(右)特征向量的方法,即解決以下方程:或者（3.1）表示的是潮流之間關(guān)系，和表示潮流雅可比矩陣奇異，且其特征向量值為非0值。對(duì)于初值，零特征根法有很高要求，考慮不等式其限制條件比較難，有必要使用初始化的辦法。如今，有幾種試著去考慮不等式約束的方法于實(shí)際系統(tǒng)下的效果欠佳，期待進(jìn)一步的探討和鉆研。綜上所述，可以發(fā)現(xiàn)以潮流方程唯理論基礎(chǔ)的靜態(tài)分析方法的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。3.2動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定性的分析方法電力系統(tǒng)是一個(gè)典型的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，該系統(tǒng)并不總是單獨(dú)的出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定的狀況，偶爾也會(huì)夾雜功角不穩(wěn)定的狀況。在同時(shí)發(fā)生功角和電壓不穩(wěn)定的狀況時(shí)，其中必然有一種是占據(jù)核心位置的，但是很難分別，想要知道為什么系統(tǒng)會(huì)不穩(wěn)定，需要從基本原因分析，從系統(tǒng)的運(yùn)行方式以及控制方式上找原因，將兩種情況的原因分別分析是非常關(guān)鍵的。動(dòng)態(tài)分析法主要應(yīng)用于干擾較小情況下的分析或者時(shí)域仿真的分析。由此看出電力系統(tǒng)中電壓的穩(wěn)定性問(wèn)題其實(shí)是一個(gè)動(dòng)態(tài)研究問(wèn)題，通過(guò)對(duì)不斷變化下穩(wěn)定電壓的動(dòng)態(tài)特征的提取發(fā)現(xiàn)，并結(jié)合靜態(tài)下的穩(wěn)定電壓的分析結(jié)果就可以找出電壓崩潰的真正原因。當(dāng)前，對(duì)于電力系統(tǒng)中的電壓的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定分析問(wèn)題是在系統(tǒng)周?chē)^小干擾條件或則較大干擾條件下進(jìn)行的，后者情況往往需要研究人員運(yùn)用能量函數(shù)（或則時(shí)域法）進(jìn)行研究討論，因此非線性動(dòng)力學(xué)法也是為解決上述問(wèn)題的最為常見(jiàn)的研究方法。3.2.1小干擾電壓穩(wěn)定分析方法干擾分析法也是常用的一種用于分析系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究方法。其操作的要點(diǎn)是需將電力系統(tǒng)中的微分方程線性擬合，然后再去除其余不必要的代數(shù)約束得到代數(shù)計(jì)算矩陣，最后通過(guò)計(jì)算此矩陣的特征向量及其所對(duì)應(yīng)的特征值，肥西得出電力系統(tǒng)電壓失穩(wěn)的根源，電壓穩(wěn)定問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致很多元器件以及電網(wǎng)出問(wèn)題，其中包括所有的機(jī)械元器件以及電子元器件的問(wèn)題，故完全通過(guò)小干擾分析是十分困難的?，F(xiàn)實(shí)中，一般都從規(guī)定時(shí)間內(nèi)簡(jiǎn)單化，所以，怎樣地從研討對(duì)象中用適合的動(dòng)態(tài)元件、創(chuàng)建出一個(gè)能夠最大幅度簡(jiǎn)化卻又可以準(zhǔn)確的對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程分析做出反應(yīng)的模型，是小干擾穩(wěn)定分析中最主要的。先后地出現(xiàn)計(jì)算特征值的雙迭代法、S矩陣法。小干擾法的穩(wěn)定性的判定可以通過(guò)兩組Jacobian矩陣中determinant的符號(hào)的差異確定，這樣就不必單獨(dú)去求解對(duì)應(yīng)的特征值來(lái)判定穩(wěn)定性。小擾動(dòng)分析關(guān)系到，這就好像周期倍增分岔和Hopf分岔現(xiàn)象，而且該分析方法針對(duì)不同的系統(tǒng)單元需要建立不同的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，所以這就涉及到如何正確區(qū)分小干擾電壓穩(wěn)定形式的問(wèn)題。3.2.2大干擾分析法大干擾分析法通常是將電力系統(tǒng)置身于一個(gè)相當(dāng)安全的工作模式下，當(dāng)系統(tǒng)遇到?jīng)_擊的時(shí)候及小干擾穩(wěn)定裕度負(fù)荷變大，這都會(huì)令系統(tǒng)失穩(wěn)。此為系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的數(shù)學(xué)描述為什么留存它的非線性特性原因。大干擾分析法通常包括仿真法。能量函數(shù)法是通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性估算的方法，其原理是依據(jù)能量函數(shù)推導(dǎo)出狀態(tài)空間中的能量勢(shì)阱，根據(jù)相對(duì)應(yīng)的邊界條件判斷出系統(tǒng)經(jīng)過(guò)大擾動(dòng)之后的，最終由對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行判定。，這種方法對(duì)于不同系統(tǒng)之間的電壓穩(wěn)定性的分析比較和改進(jìn)其中的薄弱環(huán)節(jié)十分重要，過(guò)對(duì)存在損耗的輸電系統(tǒng)以及存在復(fù)雜動(dòng)態(tài)特性來(lái)說(shuō)，是不可使能量函數(shù)留存的，當(dāng)下，電壓穩(wěn)定方面的研究還在起步階段。時(shí)域仿真方法是當(dāng)前分析動(dòng)態(tài)系統(tǒng)問(wèn)題的最常用的方法，這是因?yàn)樗艿贸鲎罱咏鎸?shí)值。目前主要用作測(cè)試電壓不穩(wěn)定的機(jī)制以及電壓崩潰現(xiàn)象的特點(diǎn),提出了各種校準(zhǔn)預(yù)防措施可用于電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型。然而，該方法在系統(tǒng)模型的通用性、所耗費(fèi)時(shí)間以及結(jié)論適用性上具有一定的局限性。3.2.3非線性動(dòng)力學(xué)方法當(dāng)前，研究人員針對(duì)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo)算法的研究全部來(lái)自于解決線性方程問(wèn)題，這種方法會(huì)將計(jì)算模型過(guò)于理想化，然而現(xiàn)實(shí)當(dāng)中，我們已知的絕大部分系統(tǒng)模型都是非線性的系統(tǒng)模型，所以我們的電力系統(tǒng)也是這樣的非線性系統(tǒng)問(wèn)題。有時(shí)它也回答不了若系統(tǒng)超出穩(wěn)定極限點(diǎn)的時(shí)候其狀態(tài)將發(fā)生怎樣變化的情況。而實(shí)際上，通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行非線性建模研究發(fā)現(xiàn)，這種分析方法保證了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性，尤其是將分岔理論，chaos理論和中心流形理論應(yīng)用當(dāng)中進(jìn)行分析研究效果頗佳。對(duì)于各參數(shù)之間的變化關(guān)系也作相應(yīng)研究，主要包括電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、穩(wěn)定域以及平衡點(diǎn)這些關(guān)鍵參數(shù)的分析，所以這種分析方法具有很重要的研究?jī)r(jià)值。當(dāng)下最重要的問(wèn)題是需要進(jìn)行復(fù)雜的化簡(jiǎn)計(jì)算，這樣便于減少很多計(jì)算量，我們還要不斷廣泛地深入探索。3.2.4電壓穩(wěn)定的概率分析電力系統(tǒng)最顯著的特點(diǎn)就是其不確定性以及非線性化，這兩個(gè)特點(diǎn)也就導(dǎo)致系統(tǒng)中很多參數(shù)由于各方面的原因會(huì)產(chǎn)生很多誤差。例如大小擾動(dòng)和其他的保護(hù)動(dòng)作都是隨機(jī)發(fā)生的。通過(guò)分析系統(tǒng)參數(shù)以及系統(tǒng)的隨機(jī)性分析電壓失穩(wěn)失很有意義的。根據(jù)負(fù)荷潮流雅可比矩陣的奇異性來(lái)判斷電壓壓差的變化情況，為便于研究，選取30節(jié)點(diǎn)作為采樣點(diǎn)，該采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)可以作為檢驗(yàn)指標(biāo)。當(dāng)前有一個(gè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)電壓崩潰風(fēng)險(xiǎn)的辦法，其可以預(yù)測(cè)電壓崩潰后產(chǎn)生的影響以及概率的大小。這種方法不僅量化了風(fēng)險(xiǎn)而且具有很高的經(jīng)濟(jì)效益，其風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)也考慮到了，使系統(tǒng)具有了最佳運(yùn)行方式根據(jù)。從IEEE300節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的評(píng)估結(jié)果雖然靜態(tài)分析法原理不詳細(xì)，結(jié)果不服眾，可運(yùn)算簡(jiǎn)易，也不用獲取準(zhǔn)確的的負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性。而另一方面，運(yùn)用動(dòng)