電力系統(tǒng)總結(jié)

主要內(nèi)容

第二章電力系統(tǒng)潮流計算牛頓潮流算法的性能分析PQ分解法的依據(jù)，問題，解決方案牛頓法和保留非線性迭代格式，特點以及畫圖潮流計算考慮負(fù)荷靜態(tài)特性原因，潮流計算中負(fù)荷靜態(tài)特性的考慮潮流計算中有哪些自動調(diào)整直流潮流第三章電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流最優(yōu)潮流牛頓法的基本原理，主要性能特點僅有等式約束條件時的簡化梯度算法只考慮等式約束條件的牛頓算法最優(yōu)潮流的內(nèi)點法，內(nèi)點法的基本原理第四章高壓直流輸電逆變器和整流器為什么需要無功？以及交直流潮流算法主要有哪些？SVC的基本原理STACOME的基本原理及其相量圖UPFC的基本原理及相量圖第五章電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析定義或主要內(nèi)容靜態(tài)等值支路開斷模擬的常用方法及特點：直流法可以方便的進(jìn)行多重支路開斷的模擬的原因發(fā)電機(jī)開斷模擬為什么要考慮其頻率特性電力系統(tǒng)運行狀態(tài)及各運行狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化過程補(bǔ)充章節(jié)狀態(tài)估計不良數(shù)據(jù)狀態(tài)估計的作用EMS比較狀態(tài)估計和常規(guī)潮流計算的異同點。加權(quán)最小二乘狀態(tài)估計算法支路潮流狀態(tài)估計第六章電力系統(tǒng)故障分析串聯(lián)-并聯(lián)型雙重故障復(fù)合序網(wǎng)圖及邊界條件第八章電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定分析小干擾法分析電力系統(tǒng)的步驟暫態(tài)、靜態(tài)、動態(tài)的定義第九章電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析暫態(tài)穩(wěn)定性分析的基本方法李雅普諾夫方法與等面積定則全系統(tǒng)的暫態(tài)過程的微分方程及代數(shù)方程，以及轉(zhuǎn)子運動差分方程第二章電力系統(tǒng)潮流計算牛頓潮流算法的性能分析優(yōu)點：⑴收斂速度快。如果初值選擇較好，算法牛頓潮流算法的性能分析優(yōu)點：⑴收斂速度快。如果初值選擇較好，算法將具有平方收斂性，一般迭代4~5次便可以收斂到一個非常精確地解，而且其迭代次數(shù)與計算的網(wǎng)絡(luò)規(guī)?；緹o關(guān)。⑵良好的收斂可靠性。甚至對于病態(tài)的系統(tǒng)，牛頓法均能可靠地收斂。缺點：動初值要求高U幅值為1相角為0，或用高斯一賽德爾法迭代1—2次作為初值。⑵計算量大、占用內(nèi)存大。由于雅可比矩陣元素的數(shù)目約為2（n-1）X2（n-1）個，且其數(shù)值在迭代過程中不斷變化，因此每次迭代的計算量和所需的內(nèi)存量較大。極坐標(biāo)和直角坐標(biāo)牛頓法比較：（1）修正方程數(shù)目分別為2（n-1）個及N-1+M個，極坐標(biāo)方程式少了n-1-m個（pv節(jié)點數(shù)），在pv節(jié)點所占比例不大是，兩者的方程數(shù)目基本接近2（n-1）（2）雅可比短陣的元素都是節(jié)點電壓的函數(shù)，每次迭代，雅可比矩陣都需要重新形成。（3）分析雅可比矩陣的非對角元素的表示式可見，某個非對角元素是否為零決定于相應(yīng)的節(jié)點導(dǎo)納矩陣元素是否為零。因此如將修正方程式按節(jié)點號的次序排列，井將雅可比矩陣分塊，把每個2X2的子陣作為一個元素，則按節(jié)點順序而成的分塊雅可比矩陣將和節(jié)點導(dǎo)納矩陣具有同樣的稀疏結(jié)構(gòu)，是一個高度稀疏的矩陣。（4）和節(jié)點導(dǎo)納矩陣具有相同稀疏結(jié)構(gòu)的分塊雅可比矩陣在位置上對稱，但由于數(shù)值上不等，說以，雅可比矩陣式一個不對稱矩陣。PQ分解法的依據(jù)，問題，解決方案依據(jù)：電力系統(tǒng)有功及無功潮流間僅存在較弱的聯(lián)系，有功功率的變化主要取決于電壓相角的變化而我剛剛來的變化則主要取決于電壓幅值的變化。線路兩端的相角差不大（小于十度至二十度）而且Gij絕對值《Bij絕對值，eos0ij約等于1，Gij*sinBij<<Bij。與節(jié)點無功功率相對應(yīng)的導(dǎo)納Qi/（Ui平方）通常遠(yuǎn)小于節(jié)點的自導(dǎo)納Bij，也即Qij<<（Uij平方）*Bij。特點和性能分析：快速解耦法和牛頓法的不同，主要體現(xiàn)在修正方程式上面。比較兩種算法的修正方程式，可見快速解耦用法具有以下持點：（1）用解兩個階數(shù)幾乎減半的方程組（一個n一1階及一個M—M一1階）代替牛頓法的解一個2n—m一2階方程組，顯著地減少了內(nèi)存需量及計算量；（2）不同于牛頓法的每次迭代都要重新形成雅可比矩陣并進(jìn)行三角分解，這里系數(shù)矩陣是兩個常數(shù)陣，為此只需在進(jìn)入選代循環(huán)以前一次形成并進(jìn)行三角分解組成因子表，在迭代過程中就可以反復(fù)應(yīng)用，為此大大縮短了每次迭代所需的時間；（3）雅可比矩陣J不對稱，而B陣都是對稱陣，為此只要形成并貯存因子表的上三角或下三角部分，這樣又減少了三角分解的計算量并節(jié)約了內(nèi)存。（4）快速解耦法內(nèi)存量約為牛頓法的60%，每次迭代所需時間約為牛頓法的20%，而且程序設(shè)計簡單，具有較好的收斂可靠性，成為當(dāng)前使用最為普遍的一個算法（離線、在線）。公式推導(dǎo):修正方程雅克比矩陣“修正方程雅克比矩陣“的N,M兩個子塊元素的數(shù)值相對于H,L兩個子塊的元素要小得多，于是可以將N,M略去不計，得到解耦的方程組這一步簡化將原來的2n-2+m階的方程式分解為一個n-1階和一個n-m-1階的方程，大大節(jié)省了內(nèi)存量和解題時間，但是H和L的元素仍然是節(jié)點電壓函數(shù)且不對稱。簡化后：

于是H及已可表示成L1于是H及已可表示成L1；=W晶H=UB(VL=UBVap/v=—a（u^e）^Q/U=—B,fMJ同時考慮到為提高收斂速度的一些合理簡化：⑴在中盡量去掉那些對有功功率及電壓相角影響較小的因素，如略去變壓器非標(biāo)準(zhǔn)電壓比和輸電線路充電電容的影響；在中盡量去掉那些對無功功率及電壓幅值影響較小的因素，如略去輸電線路電阻的影響。⑵為了減少在迭代過程中無功功率及節(jié)點電壓幅值對有功迭代的影響，將右端U各元素均置為標(biāo)幺值1.0.⑶當(dāng)潮流程序中要求考慮負(fù)荷靜態(tài)特性時，中對角元素除導(dǎo)納矩陣對角元素的虛部以外，還要附加反映負(fù)荷靜態(tài)特性的部分。修正并整理得到PQ分解法的修正方程式△PfU=8幽問題：元件R/X大比值的病態(tài)問題。由于PQ分解法修正方程式是建立在元件R遠(yuǎn)小于X以及線路兩端電壓相角差比較小等簡化假設(shè)基礎(chǔ)上的，因此當(dāng)系統(tǒng)很多參數(shù)不符合這些簡化條件時，就會影響它的收斂性。其中以出現(xiàn)元件R/X大比值的機(jī)會最多。解決方案：一種是算法方面的改進(jìn)，對B元素采用不同取值方法；一種是對R/X大比值支路的參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。參數(shù)補(bǔ)償有串聯(lián)補(bǔ)償并聯(lián)補(bǔ)償法i[->j牛頓法和保留非線性迭代格式，特點以及畫圖設(shè)求解的方程是：f(x)=y(x)-ys=0則，牛頓法的迭代公式是:

Ax(k)=_(J(x(k)))-1[y(x(k))一ys]x(k+1)=x(k)+Ax(k)J保留非線性潮流算法的迭代公式是：Ax(k+1)=-(J(x(0)))-i[y(x(0))-ys+y(x(k))]]x(k+1)=x(0)+Ax(k+1)J由迭代公式可見，與牛頓法的在迭代過程中變化的雅可比矩陣不同，保留非線性快速潮流算法采用的是初值x(0)計算而得到的恒定雅可比矩陣，整個計算過程只需形成一次?？偨Y(jié)兩者的特點，對比如下：對于牛頓法，J陣可變，而保留非線性算法J陣恒定，對初值要求高；保留非線性算法二階項計算非常簡單，x(k+1)次迭代都是從x(0)開始；從迭代次數(shù)上說，牛頓法少；保留非線性算法總計算速度提高，接近P-Q分解法；收斂可靠性比牛頓法、P-Q分解法都高；上非線性算法采用直角坐標(biāo)系形式，不含變量一次項的二次代數(shù)方程組。保留非線性算法可以是任意坐標(biāo)形式，并且對f(x)的數(shù)學(xué)性質(zhì)沒有限制。潮流計算考慮負(fù)荷靜態(tài)特性原因電力系統(tǒng)的負(fù)荷從系統(tǒng)吸收的有功功率和無功功率一般都要隨其端電壓的波動而變化，因此在潮流計算時，這里給出的各節(jié)點負(fù)荷功率，嚴(yán)格的講，只有在一定電壓下才有意義，當(dāng)該節(jié)點電壓潮流計算考慮負(fù)荷靜態(tài)特性原因電力系統(tǒng)的負(fù)荷從系統(tǒng)吸收的有功功率和無功功率一般都要隨其端電壓的波動而變化，因此在潮流計算時，這里給出的各節(jié)點負(fù)荷功率，嚴(yán)格的講，只有在一定電壓下才有意義，當(dāng)該節(jié)點電壓和預(yù)定的電壓值有差別時，它的負(fù)荷功率就要按照其靜態(tài)特性而變化。特別當(dāng)系統(tǒng)因故障或檢修而斷開某些元件時，系統(tǒng)某些局部地區(qū)電壓可能發(fā)生較大的波動，與正常值相差較大，在這種情況下，潮流計算應(yīng)該計及電壓變化對各節(jié)點負(fù)荷功率的影響，否則計算結(jié)果與實際情況可能不符。5.潮流計算中負(fù)荷靜態(tài)特性的考慮電力系統(tǒng)的負(fù)荷從系統(tǒng)中吸取的有功功率及無功功率一般都要隨其端電壓的波動而變化。因此，在潮流計算時，這里說給定的各節(jié)點負(fù)荷功率，嚴(yán)格地講，只有在一定電壓下才有意義，當(dāng)該點電壓和預(yù)定的電壓值有偏差時，它的負(fù)荷功率就要按照其靜特性而變化。在潮流程序中考慮負(fù)荷靜特性時，一般把負(fù)荷功率當(dāng)作該點電壓的線性函數(shù)和非線性函數(shù)兩種方法。這里主要介紹負(fù)荷功率當(dāng)作節(jié)點電壓的非線性函數(shù)。這個非線性函數(shù)一般選用多項式函數(shù)或者指數(shù)函數(shù)。P(s5.潮流計算中負(fù)荷靜態(tài)特性的考慮電力系統(tǒng)的負(fù)荷從系統(tǒng)中吸取的有功功率及無功功率一般都要隨其端電壓的波動而變化。因此，在潮流計算時，這里說給定的各節(jié)點負(fù)荷功率，嚴(yán)格地講，只有在一定電壓下才有意義，當(dāng)該點電壓和預(yù)定的電壓值有偏差時，它的負(fù)荷功率就要按照其靜特性而變化。在潮流程序中考慮負(fù)荷靜特性時，一般把負(fù)荷功率當(dāng)作該點電壓的線性函數(shù)和非線性函數(shù)兩種方法。這里主要介紹負(fù)荷功率當(dāng)作節(jié)點電壓的非線性函數(shù)。這個非線性函數(shù)一般選用多項式函數(shù)或者指數(shù)函數(shù)。P(s)Q(s)[a[ai0i0i0i0]P(s)i0]Q(s)i0計及負(fù)荷特性，算法收斂，可靠性提高。負(fù)荷靜態(tài)特性的考慮屬于潮流計算中自動調(diào)整的范疇。此外，還有PV節(jié)點無功越界、PQ節(jié)點電壓越界的自動處理，以及帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器抽頭的自動調(diào)整等。潮流計算中有哪些自動調(diào)整PQ,PV越限處理：PQ節(jié)點越限后，以電壓限制取代原電壓值，PQ——PV，電壓限PV節(jié)點越限后，以無功限制取代原無功值，PV——PQ，無功限帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器抽頭的調(diào)整：變比K作為一個可調(diào)的控制參數(shù)；改變潮流方程互聯(lián)系統(tǒng)的有功調(diào)整：自動調(diào)整互聯(lián)系統(tǒng)中某一區(qū)域的一個節(jié)點的有功功率，以保持本區(qū)域和其他區(qū)域間凈交換的有功為規(guī)定值考慮負(fù)荷靜態(tài)特性直流潮流高壓輸電線路的電阻遠(yuǎn)小于電抗，即「口?Xj那么gi."0⑵輸電線路兩端電壓相角差不大，可以認(rèn)coso.R1,sin0.Q°...⑶假定系統(tǒng)中各節(jié)點電壓標(biāo)幺值都等于1，即VRV.=1，0jijj1j⑷不計接地支路的影響。第三章電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流最優(yōu)潮流：當(dāng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)以及負(fù)荷情況給定時，通過優(yōu)選控制變量所找到的能滿足所有指定的約束條件，并使系統(tǒng)的某個性能或目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)的潮流分布。最優(yōu)潮流牛頓法的基本原理，主要性能特點設(shè)無約束最優(yōu)化問題為：minf(x)其極值存在的必要條件是W(x)=0，在一般情況下為一個非線性代數(shù)方程組。用牛頓法對它求解，得到優(yōu)化的迭代格式為：V2f(x(k))Ax(k)=—Vf(x(k))Ax(k)=—[V2f(x(k))]-1Vf(x(k))=—[H(x(k))]-1Vf(x(k))x(k+1)=x(k)+Ax(k)式中，W(x)為目標(biāo)函數(shù)f(x)的梯度向量，H(x)=V2f(x)為目標(biāo)函數(shù)f(x)的海森矩陣，故牛頓

法又稱為海森矩陣法。算法的收斂判據(jù)是I|w("k?||<e。牛頓法在按上述的基本格式進(jìn)行迭代時，其搜索方向為Ax(k)=—[H(x(k))]-1Vf(x(k))優(yōu)點：這種方法與最速下降法比較，除了利用了目標(biāo)函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)之外，還利用了目標(biāo)函數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)，考慮了梯度的變化趨勢，因此，所得到的搜索方向比最速下降法好，能較快地找到最優(yōu)點。在H(x(k))正定的情況下，牛頓法的收斂速度快，具有二階收斂速度。缺點：要求f(x)二階連續(xù)可微；每一步都要計算海森矩陣及其逆矩陣，內(nèi)存量和計算量都很大。僅有等式約束條件時的簡化梯度算法minf(u,x),、:用經(jīng)典的拉格朗日乘子法，引入和等式約束同樣多的拉格朗日乘子st.g(u,x)=0,L(u,x,人)=f(u,x)+Ajg(u,x)求偏導(dǎo)得到：主=f+[魚jTX=0,主=f+[繭￥X=0,馬=g(u,x)=0；迭代下降算法。其基8x8x(8x)dudu(8u)dX本思想是從一個初始點開始，確定一個搜索方向，沿著這個方向移動一步，使目標(biāo)函數(shù)有所下降，然后由8L這個新的點開始，再重復(fù)進(jìn)行上述步驟，直到滿足一定的收斂判據(jù)為止。具體步驟如下。二是在滿足等du式約束條件的情況下目標(biāo)函數(shù)對控制變量u的梯度向量Vf。由于某一點的梯度方向是該點函數(shù)值變化最大的方向，因此，若沿著函數(shù)在該點的負(fù)梯度方向前進(jìn)時，函數(shù)值下降最快，所以最簡單的辦法就是取負(fù)梯度作為每次迭代的搜索方向，即取Au(k)=—°Vf。不等式約束條件的處理：1將越界不等式約束以懲罰項的形式附加在原來的目標(biāo)函數(shù)上，構(gòu)成一個新的目標(biāo)函數(shù)(即懲罰函數(shù))，即F(u,x)=fF(u,x)=f(u,x)+￡y4xi=1,hi(u,x)=f(u,x)+￡①ii=1=f(u,x)+W(u,x)懲罰函數(shù)法的簡單解釋就是當(dāng)所有不等式約束都滿足時，懲罰項W等于零。只要有某個不等式約束不能滿足，就將產(chǎn)生相應(yīng)的懲罰項，而且越界量越大，懲罰項的數(shù)值也越大，從而使目標(biāo)函數(shù)(現(xiàn)在是懲罰函數(shù)F)而且越接近最優(yōu)點，鋸齒越來越小，因此收斂速度很慢。另一個缺點是因為采用罰函數(shù)法處理不等式約束而帶來的。罰因子數(shù)值的選擇是否適當(dāng)，對算法的收斂速度影響很大，過大的罰因子會使計算過程收斂性變壞。推導(dǎo)只考慮等式約束條件的牛頓算法僅考慮等式約束時，對變量不再區(qū)分為控制變量和狀態(tài)變量，而統(tǒng)一寫為x,這樣便于構(gòu)造稀疏的海森矩陣。于是，最優(yōu)潮流計算歸結(jié)為如下非線性規(guī)劃問題minf(x),s.t.g(x)=0,h(x)<0先不考慮不等式約束，可構(gòu)造拉格朗日函數(shù)L(x,入)=f(x)+Ajg(x)定義向量z=[x,X]t，應(yīng)用牛頓法迭代公式，可得到應(yīng)用海森矩陣法求最優(yōu)解點z*的迭代方程式為a七即"△z(k)=—凱"Q)，或用最簡潔的方式表示為^Z2azWAz=-d.；由于采用了牛頓法作為優(yōu)化方法，使得最優(yōu)潮流牛頓算法具有二階收斂速度，能經(jīng)過少數(shù)幾次迭代便收斂到最優(yōu)點。但是W矩陣的階數(shù)高達(dá)4N*4N以上，為減少內(nèi)存及每次迭代的計算量，關(guān)鍵是要充分開發(fā)并在迭代過程中保持W矩陣的高度稀疏性。(計及不等式約束)對于越界的不等式約束，也可以采用罰函數(shù)的方法處理，于是原來的拉格朗日函數(shù)式將增廣為L(x，入)=f(x)+Mg(x)+p(x)式中：p(x)代表由被強(qiáng)制或制約的越界不等式約束構(gòu)成的罰函數(shù)。另一種方法則可以根據(jù)越界不等式約束的物理特性及其函數(shù)表達(dá)式，將其中一部分依照等式約束處理方法，使越界的不等式約束轉(zhuǎn)化為等式約束，然后通過拉格朗日乘子引入原來的拉格朗日函數(shù)(強(qiáng)制在限值上)。L(x,人)=f(x)+ATg(x)+^Th，(x)最優(yōu)潮流的內(nèi)點法，內(nèi)點法的基本原理為了便于討論，把最優(yōu)潮流模型式簡寫為以下形式：minf(x),st.g(x)=°,h<h(x)<h—在以上模型中共有n個變量，m個等式約束，r個不等式約束。跟蹤中心軌跡內(nèi)點法的基本思路如下:首先，將不等式約束轉(zhuǎn)化為等式約束，h(x)+U=h,h(x)一1=h，u>0,l>0,—這樣原問題變?yōu)槿缦碌膬?yōu)化問題minf(x),st.g(x)=0,h(x)+u=h,h(x)一1=h,u>0,1>0—minf(x)—旦￡1og(1)—旦工1og(u);g(x)=0,h(x)+u=h,h(x)—1=hI=1i=1只含等式的約束優(yōu)化問題可以直接應(yīng)用在拉格朗日乘子法求解L=f(x)-yTg(x)-zth(x)-1-h」—wTh(x)+u—h—1og(1)-1og(u)L」i=iii=11對xyzwlu分別求偏導(dǎo)得到計算方程組。第四章高壓直流輸電名詞解釋（1）直流輸電:將發(fā)電廠發(fā)出的交流電經(jīng)過升壓后，由換流設(shè)備（整流器）整成直流，通過直流輸電線路送到受端，再經(jīng)換流設(shè)備（逆變器）轉(zhuǎn)換成交流，供給受端的交流系統(tǒng)。（2）目前相對比較成熟的幾種柔性輸電裝置主要有靜止無功補(bǔ)償器SVC、晶閘管控制的串聯(lián)電容器TCSC、靜止同步補(bǔ)償器STATCOM、統(tǒng)一潮流控制器UPFC，以及靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC（StaticSynchronousSeriesCompensator）等。（3）換流器的控制方式有以下3種。（1）整流側(cè)定電流（或定功率）控制、逆變側(cè)定熄弧角（或定電壓）控制，系統(tǒng)正常運行時一般采用這種方式。（2）控制方式二為整流側(cè)定最小觸發(fā)角控制、逆變側(cè)定電流控制。（3）控制方式三即整流側(cè)定最小觸發(fā)角控制、逆變側(cè)定'N控制。（4）電力系統(tǒng)安全：保持不間斷供電，不失去負(fù)荷（廣義），避免大停電事故。正常情況下，能否保持潮流及電壓模值在允許限值范圍以內(nèi)。13、逆變器和整流器為什么需要無功？以及交直流潮流算法主要有哪些？解：需要無功原因：交流系統(tǒng)的基波復(fù)功率為3孟P+jQ=EI料oa+jsina），其中a為觸發(fā)延遲角，此公式為直流系統(tǒng)從交流系統(tǒng)吸收的復(fù)功率。當(dāng)ae足。,9°』，即工作在整流狀態(tài)時，cosa為正，直流系統(tǒng)從交流系統(tǒng)吸收有功功率，sina也為正，「直流系統(tǒng)平從交流系統(tǒng)吸收無功功率；當(dāng)a^9。。,18。?！梗垂ぷ髟谀孀儬顟B(tài)時，cosa為負(fù)，直流系統(tǒng)向交流系統(tǒng)輸出有功功率，但是sina為正，此時直流系統(tǒng)從交流系統(tǒng)吸收無功功率。故無論是整流側(cè)還是逆變側(cè)，直流系統(tǒng)均要吸收無功功率。交直流潮流的主要算法：方法一：統(tǒng)一潮流解法一般以極坐標(biāo)形式的牛頓法為基礎(chǔ)，將直流系統(tǒng)方程和交流系統(tǒng)相明、并行、失方程統(tǒng)一進(jìn)仃迭代求解，即潮流雅克比矩陣除了包括交流電網(wǎng)參數(shù)外，還包括直流換流器和直流輸電線路的參數(shù)。方法二：順序解法：在迭代計算中，則將直流系統(tǒng)方程和交流系統(tǒng)分別進(jìn)行求解。在求解交流系統(tǒng)方程時，將直流系統(tǒng)用接在相應(yīng)節(jié)點上的已知其有功功率和無功功率的負(fù)荷來等值，在求解直流系統(tǒng)方程時，將交流系統(tǒng)模擬成加在換流器交流母線上的恒定電壓。14、SVC的基本原理靜止無功補(bǔ)償器SVC將電力電子元件引入傳統(tǒng)的靜止并聯(lián)無功補(bǔ)償裝置，實現(xiàn)了快速和連續(xù)平滑調(diào)節(jié)的無功補(bǔ)償，理想的SVC可以支持所補(bǔ)償?shù)墓?jié)點電壓接近常數(shù)。SVC的基本元件為晶閘管控制的電抗器TCR和晶閘管投切的電容器TSC。TCR支路由電抗器與兩個背靠背連接的晶閘管相串聯(lián)構(gòu)成。通過控制晶閘管的觸發(fā)延遲角，可以控制每個周波內(nèi)電感L接入系統(tǒng)的時間長短，從而改變TCR的等值電抗。TCR支路的等值基波電抗為X(&=?—L=^^―l2兀一a+aP2g，由此可見，TCR支路的等值基波電抗是導(dǎo)通角或者觸發(fā)角的函數(shù)。調(diào)整觸發(fā)角可以平滑地調(diào)整并聯(lián)到系統(tǒng)中的等值電抗。TSC是由電容器和兩個反向并聯(lián)的晶閘管串聯(lián)構(gòu)成。TSC支路的電源電壓與TCR相同。TSC中通過對閥的控制使電容器只有兩種運行狀態(tài)：即投入和斷開狀態(tài)。投入狀態(tài)下，兩晶閘管之一導(dǎo)通，電容器起作用，TSC發(fā)出容性無功功率；斷開狀態(tài)下，兩晶閘管阻斷，TSC支路不起作用，不輸出無功功率。當(dāng)電容電流過零時，晶閘管自然關(guān)斷，TSC支路被斷開，此時電容電壓為峰值。此后，如果忽略電容器泄露電流產(chǎn)生的損耗，電容電壓將保持峰值不變。將電容器投入系統(tǒng)應(yīng)注意投入時刻的選擇。選擇觸發(fā)時刻的原則是減小電容器投入時刻電容器中的沖擊電流。理想情況下，電容器投入之前的電壓為電源電壓峰值，取觸發(fā)角a為90°使電容器投入系統(tǒng)無暫態(tài)過程。15、STACOME的基本原理及其相量圖解：STATCOM也稱為靜止無功發(fā)生器，其功

能與SVC基本相同，但是運行范圍更寬、調(diào)節(jié)速度更快。STATCOM等效為一個可調(diào)的電壓源，采用全控器件GTO控制該電壓源的幅值和相位來改變向電網(wǎng)輸送無功功率的大小。STATCOM通過變壓器并入系統(tǒng)，其等效連接圖a如下所示。圖4-26STATCOM與系統(tǒng)的等效連接圖及穩(wěn)戀相垃圖OSTATCOM與系統(tǒng)的等敦津壕圖；(b)R=。時的相瓦圖】<c)R^Q時的相梢圖圖中，STATCOM的輸出等效成可控電壓源VA，系統(tǒng)視作理想電壓源VS。電抗X為變壓器漏抗，電阻R反映STATCOM引起的有功損耗和變壓器銅耗。圖b和圖c分別給出了R為零和R不等于零時，STATCOM輸出無功功率和吸收無功功率時的穩(wěn)態(tài)向量圖。很明顯，當(dāng)Va匕時，電流從STATCOM流向系統(tǒng)，向系統(tǒng)輸出感性無功功率，STATCOM工作于容性區(qū)；反之，工作于感性區(qū)。當(dāng)二者相等時，系統(tǒng)與STATCOM之間的電流為0，不交換無功功率。可見，通過控制VA的大小就可以連續(xù)調(diào)節(jié)STATCOM發(fā)出或吸收的無功功率。16、UPFC的基本原理及相量圖解：UPFC是目前為止通用性最好的FACTS裝置，它可以同時調(diào)節(jié)影響電力線輸送功率的3個參數(shù)，即線路參數(shù)、節(jié)點電壓幅值和相位。UPFC的原理結(jié)構(gòu)如下圖所示，由兩個GTO實現(xiàn)的電壓型換流器共用一個直流電容構(gòu)成。其中換流器1通過耦合變壓器與輸電線路并聯(lián)，換流器2通過變壓器串聯(lián)接入輸電線路中。兩個換流器的直流電壓由一公共的電容器組提供。串聯(lián)換流器2提供一個與輸電線路串聯(lián)的電壓向量Vpq，其幅值變化范圍為0~Vqpmax，相角變化范圍為°。?360°,圖4-29b。甲聯(lián)變壓器直流刪GTQ|控制系統(tǒng)聯(lián)變壓器挽流XDC陞本享本隗木AC甲聯(lián)變壓器直流刪GTQ|控制系統(tǒng)聯(lián)變壓器挽流XDC陞本享本隗木AC圖4-29UPFC的原理結(jié)構(gòu)圖

(a)原理結(jié)構(gòu)圖；(b)相旗圖圖4-30UPFC的各種控制功能(a)電壓調(diào)節(jié)&(b)串聯(lián)補(bǔ)償；(c)相角補(bǔ)償；(d)多功能潮流控制圖a所示為電壓調(diào)節(jié)功能，當(dāng)串聯(lián)補(bǔ)償電壓Vpq與線路電壓V0方向相同或相反時，UPFC只調(diào)節(jié)電壓的大小，不改變電壓的相位。圖b所示為串聯(lián)補(bǔ)償示意圖。圖c所示為相角補(bǔ)償，即不改變電壓的大小，只改變電壓的相角。圖d所示為多功能潮流控制圖。第五章電力系統(tǒng)安全分析17、名詞解釋電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析定義或主要內(nèi)容：判斷系統(tǒng)發(fā)生預(yù)想事故(主要指支路開斷和發(fā)電機(jī)開斷)是否出現(xiàn)過負(fù)荷及電壓越界，電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析只考慮事故后系統(tǒng)重新進(jìn)入新穩(wěn)態(tài)運行情況的安全性，而不考慮從當(dāng)前運行狀態(tài)向事故后穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變的暫態(tài)過程。靜態(tài)等值：在一定的穩(wěn)態(tài)條件下，內(nèi)部系統(tǒng)保持不變，而把外部系統(tǒng)用簡化網(wǎng)絡(luò)來代替。等值前后邊界節(jié)點電壓和聯(lián)絡(luò)線傳輸?shù)墓β蕬?yīng)當(dāng)相等；當(dāng)內(nèi)部系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)運行條件發(fā)生變化時，以等值網(wǎng)絡(luò)代替外部系統(tǒng)后的分析結(jié)果應(yīng)與簡化前由主系統(tǒng)計算分析的結(jié)果相近。這種與潮流計算、靜態(tài)安全分析有關(guān)的簡化等值方法就是電力系統(tǒng)的靜態(tài)等值方法。預(yù)想事故自動篩選：靜態(tài)安全分析中，先用簡化潮流計算方法對預(yù)想事故集中的每一個事故進(jìn)行近似計算，易除明顯不會引起安全問題的預(yù)想事故，且按事故的嚴(yán)重性進(jìn)行排序，組成預(yù)想事故一覽表，然后用更精確的潮流算法對表中的事故依次進(jìn)行分析電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的目的：實現(xiàn)正常運行情況和偶然事故情況下都能保證電網(wǎng)各運行參數(shù)均在允許范圍內(nèi)，安全、可靠的向用戶供給質(zhì)量合格的電能。也就是所，電力系統(tǒng)運行是必須滿足兩個約束條件：等式約束條件和不等式約束條件。小擾動穩(wěn)定性/靜態(tài)穩(wěn)定性:如果對于摸個靜態(tài)運行條件，系統(tǒng)是靜態(tài)穩(wěn)定的，那么當(dāng)受到任何擾動后，系統(tǒng)達(dá)到一個與發(fā)生擾動前相同或接近的運行狀態(tài)。這種穩(wěn)定性即稱為小擾動穩(wěn)定性。也可以稱為靜態(tài)穩(wěn)定性。暫態(tài)穩(wěn)定性/大擾動穩(wěn)定性:如果對于某個靜態(tài)運行條件及某種干擾，系統(tǒng)是暫態(tài)穩(wěn)定的，那么當(dāng)經(jīng)歷這個擾動后系統(tǒng)可以達(dá)到一個可以接受的正常的穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)。動態(tài)穩(wěn)定性：指電力系統(tǒng)受到小的或大的擾動后，在自動調(diào)節(jié)和控制裝置的作用下，保持長過程的運行穩(wěn)定性的能力。極限切除角：保持暫態(tài)穩(wěn)定前提下最大運行切除角。18、支路開斷模擬的常用方法及特點：定義：通過支路開斷的計算來分析校驗其安全性。方法一：直流法：是以直流潮流為基礎(chǔ)的預(yù)想事故分析方法。該方法簡單，快速，但計算精度最差，只能為實時安全分析這個特定的目的服務(wù)。其中A6=_(Bo)_iAB，8o，因為小0是△B'的線性函數(shù)，因此在多重支路開斷時，仍可用上式來求電壓相角的變化量。其特點：快速簡單，可以方便的計算多重支路開斷后的潮流。誤差大，只能計算有功和相角，不能計算無功和電壓幅值。方法二：補(bǔ)償法：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)支路開斷的情形時，可以認(rèn)為該支路未被開斷，而在其兩端節(jié)點處引入一待求的功率增量或稱為補(bǔ)償功率，以此來模擬支路開斷的影響。特點：對于多重支路開斷，當(dāng)?shù)诙l支路開斷時，其計算量大一倍，其補(bǔ)償作用在第一條支路開斷的基礎(chǔ)上進(jìn)行。方法三：分布系數(shù)法：分布系數(shù)法是以直流法和補(bǔ)償法為基礎(chǔ)的。特點：計算速度快，使用方便。但分布系數(shù)法的總數(shù)太大，對于有m條支路的網(wǎng)絡(luò)，理論上分布系數(shù)總數(shù)為m（m-1）個，其計算量很大，占用內(nèi)存很多，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改變時，還必須重新形成新的分布系數(shù)。方法四（了解）：靈敏度分析法：利用泰勒展開，推出狀態(tài)變量變化線與支路開斷變化△Y之間的靈敏度關(guān)系式，再有AX解出支路潮流。優(yōu)點是所有元素可由正常的潮流計算得出。19、系統(tǒng)等值的常用方法：Qward等值方法：將網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點集合劃分為內(nèi)部系統(tǒng)節(jié)點子集｛I｝、邊界節(jié)點子集｛B｝，和外部系統(tǒng)節(jié)點子集｛E｝，然后將整個系統(tǒng)的節(jié)點方程按節(jié)點集合的劃分寫成分塊矩陣~Y+YY_「V]「I+AI_BBEQBIB=BBYYVILIBII」LI」LI」形成Ward等值的步驟：⑴在正常運行狀態(tài)下，進(jìn)行全網(wǎng)潮流計算，求得給節(jié)點電壓；⑵確定內(nèi)部系統(tǒng)、邊界點，求Yeq⑶計算分配到各節(jié)點的功率分配量ASb，消去外部系統(tǒng)后在邊界節(jié)點附加了節(jié)點導(dǎo)納矩陣以及附加了注入電流。Qward-PV等值為了能正確模擬外部系統(tǒng)的注入無功功率，和邊界節(jié)點一樣保留部分外部系統(tǒng)的PV節(jié)點，這樣會得到較好的等值效果。具體就是保留那些外部系統(tǒng)無功出力裕度較大，與內(nèi)部的電氣距離較近的PV節(jié)點。Q緩沖Ward等值?；谕乃沙诟拍畹某靥晾碚?。同心松弛就是指各節(jié)點層所受到的擾動影響將隨著與中心電氣距離的增大而逐步衰減。借用同心松弛的概念，在網(wǎng)絡(luò)等值時把邊界點作為中心，向外部系統(tǒng)方向確定出若干節(jié)點層，如下圖所示。保留第一層各節(jié)點，略去該層各節(jié)點之間的連接支路，加上Ward等值法得到的邊界等值支路與等值注入，在緩沖等值中，邊界節(jié)點之間的互聯(lián)等值支路參數(shù)及邊界節(jié)點的等值注入由常規(guī)Ward等值法求出。QRei等值用這種原理性的等值網(wǎng)絡(luò)代替這個外部系統(tǒng)往往會使R點電壓很低，潮流計算結(jié)果不合理，所以實際應(yīng)用時往往采用雙REI網(wǎng)絡(luò)，即將外部發(fā)電機(jī)節(jié)點和負(fù)荷節(jié)點分別等效為兩個REI網(wǎng)絡(luò)。得到邊界點的等值注入。20、直流法可以方便的進(jìn)行多重支路開斷的模擬的原因。電力系統(tǒng)基本運行狀態(tài)下的直流潮流模型為P0=B‘O0O，當(dāng)注入功率恒定不變時，發(fā)生某條支路開斷時，B0和00都發(fā)生變化；%=電+油)。0+曲)=Bp0+B0A0+AB^0+ABA0，略去兩個增量乘積項，得P0nB00+B0A0+AB00，又P0=B000,所以A0=-(B0)-1AB00,進(jìn)而可以支路km開斷后的任意支路ij的有功功率潮流：P=B(0-0)=B[(0+A0)-(0+A0)]=P+AP，由此可以確定支路ijiji⑴j⑴iji(0)ij(0)jij(0)ijkm開斷后是否會發(fā)生支路有功功率潮流越限。同時為了便于計算湘km=b(0-0)(B)1M，其中Mkm=[0…1-1…S'kmm(0)k(0)0kmkm由于A0wJBpTAB’。。，即A0是AB'的線性函數(shù)，因此在多重支路開斷后，仍可用上式求電壓相角變化量。若支路km和pq同時開斷，則電壓相角的變化量為A0=A0km+A0pq。因此直流法可以很方便的進(jìn)行多重支路開斷模擬。21、發(fā)電機(jī)開斷模擬為什么要考慮其頻率特性？答：由于發(fā)電機(jī)開斷后將引起電力系統(tǒng)中有功功率的不平衡，致使頻率發(fā)生一定的變化，直到各運行發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器動作，建立新的有功功率平衡為止。這時系統(tǒng)頻率將略低于基本情況下下的頻率值，各運行發(fā)電機(jī)的有功出力也將按各自調(diào)節(jié)系數(shù)的不同而變化。因此，發(fā)電機(jī)開斷模擬應(yīng)考慮系統(tǒng)的頻率特性。22、電力系統(tǒng)運行狀態(tài)及各運行狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化過程。電力系統(tǒng)運行狀態(tài)分為五種：安全正常狀態(tài)，告警狀態(tài)，緊急狀態(tài)，危急狀態(tài)和恢復(fù)狀態(tài)。正常運行狀態(tài)下，等式約束條件和不等式約束條件都得到滿足。如果在此狀態(tài)下發(fā)電機(jī)設(shè)備的輸變電設(shè)備仍有足夠的備用容量，系統(tǒng)保持適當(dāng)?shù)陌踩６?，則系統(tǒng)運行于一種安全方式下，能夠承受偶然事故而不超出任何約束條件，因此，這種狀態(tài)也稱為安全正常狀態(tài)。如果系統(tǒng)的安全水平下降到某一適當(dāng)?shù)慕缦蓿蛘咛幱诓焕奶鞖鈼l件而使故障干擾的可能性增加，則系統(tǒng)進(jìn)入告警狀態(tài)(不安全狀態(tài))。在這種狀態(tài)下，所有系統(tǒng)變量仍在允許范圍內(nèi)，所有的約束條件都能得到滿足，但是安全裕度已很低。在不安全狀態(tài)下，及時采取恰當(dāng)?shù)目刂拼胧┛墒瓜到y(tǒng)回到安全狀態(tài)，使系統(tǒng)從不安全正常狀態(tài)轉(zhuǎn)變到安全正常狀態(tài)的控制手段成為預(yù)防控制。由于告警狀態(tài)下系統(tǒng)已到了很脆弱的程度，因此一個偶然事故便會造成設(shè)備的過負(fù)荷，從而使系統(tǒng)進(jìn)入緊急狀態(tài)。在緊急狀態(tài)下，雖然還沒有出現(xiàn)大面積停電，但運行參數(shù)已越限，許多母線的電壓下降、設(shè)備負(fù)荷超出其短時緊急額定值，以不滿足不等式約束條件。在此狀態(tài)下，若不采取控制措施，運行情況將會進(jìn)一步惡化，甚至造成系統(tǒng)崩潰解列，進(jìn)入危急狀態(tài)。緊急狀態(tài)又可以分為兩類：(1)對于還沒有失去穩(wěn)定的緊急狀態(tài)而言，由于輸電設(shè)備通常允許有一定的過負(fù)荷持續(xù)時間，所以這種狀態(tài)稱為持久性的緊急狀態(tài)。對于這種狀態(tài)一般可以通過控制使之回到安全狀態(tài)，稱之為校正控制或持久性緊急狀態(tài)控制。(2)對于可能失去穩(wěn)定的緊急狀態(tài)稱為穩(wěn)定性的緊急狀態(tài)，該狀態(tài)能容忍的時間只有幾秒鐘，相應(yīng)的控制也不得超過1s。這種控制稱為緊急控制或穩(wěn)定性緊急控制。如果未能采取以上措施或者控制不能奏效，則系統(tǒng)將處于極端狀態(tài)，進(jìn)入危急狀態(tài)，其結(jié)果是連鎖反應(yīng)，引起較大范圍停電。此時，可采取一些控制措施如切除負(fù)荷及有控制的系統(tǒng)解列，其目的是將系統(tǒng)中盡可能多的部分從大范圍的停電中挽救過來。危急狀態(tài)下，等式約束條件和不等式約束條件均不滿足，系統(tǒng)必須經(jīng)過恢復(fù)狀態(tài)，通過恢復(fù)控制來恢復(fù)對用戶的供電，已解列的系統(tǒng)重新并網(wǎng)，才能使電力系統(tǒng)重新進(jìn)入正常狀態(tài)?；謴?fù)狀態(tài)中，先滿足不等式約束條件，然后通過再同步、并網(wǎng)連接恢復(fù)所有用戶的供電，使等式約束條件得到滿足。補(bǔ)充章節(jié)狀態(tài)估計23、名詞解釋狀態(tài)估計：利用實時量測系統(tǒng)的冗余度提高系統(tǒng)的運行能力，自動排除隨機(jī)干擾引起的錯誤信息，估計或預(yù)報系統(tǒng)的運行狀態(tài)。冗余度：全系統(tǒng)獨立量測量與狀態(tài)量數(shù)目之比，一般為1.5-3.0最小二乘法：以量測值z和測量估計值之差的平方和最小為目標(biāo)準(zhǔn)則的估計方法。不良數(shù)據(jù)：即誤差特別大的數(shù)據(jù)。由于種種原因(如信道干擾導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真，互感器或量測設(shè)備損壞，系統(tǒng)維護(hù)不及時等)，電力系統(tǒng)的某些遙測結(jié)果可能遠(yuǎn)離其真值，遙信結(jié)果也可能有錯誤。這些量稱為壞數(shù)據(jù)或不良數(shù)據(jù)。電力系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)誤差為0.5%?2%，那么多把誤差大于的量測量作為不良數(shù)據(jù)。（5）能量管理系統(tǒng)：EMS是以計算機(jī)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代電力系統(tǒng)的綜合自動化系統(tǒng)。主要包括SCADA系統(tǒng)和高級應(yīng)用軟件。高級應(yīng)用軟件從發(fā)電和輸配電的角度來分，發(fā)電部分包括AGC，輸配電部分包括潮流計算、狀態(tài)估計、安全分析以及無功優(yōu)化等。（6）支路潮流狀態(tài)估計進(jìn)行狀態(tài)估計所需的原始信息只取支路潮流量測量，而不用節(jié)點量。在計算推導(dǎo)過程中，將支路功率轉(zhuǎn)變成支路兩端電壓差的量，最后得到與基本加權(quán)最小二乘法類似的迭代修正公式。（7）電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的目的：實現(xiàn)正常運行情況和偶然事故情況下都能保證電網(wǎng)各運行參數(shù)均在允許范圍內(nèi)，安全、可靠的向用戶供給質(zhì)量合格的電能。也就是所，電力系統(tǒng)運行是必須滿足兩個約束條件：等式約束條件和不等式約束條件。24、狀態(tài)估計的作用（1）根據(jù)網(wǎng)絡(luò)方程的最佳估計標(biāo)準(zhǔn)（一般為最小二乘準(zhǔn)則），對生數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以得到最接近于系統(tǒng)真實狀態(tài)的最佳估計值，提高數(shù)據(jù)精度。（2）對生數(shù)據(jù)進(jìn)行不良數(shù)據(jù)的檢測和辨識，剔除或修正不良數(shù)據(jù)。（3）推算出完整而精確的電力系統(tǒng)的各種電氣量。（4）根據(jù)遙測量估計電網(wǎng)的實際開關(guān)狀態(tài)，糾正偶然出現(xiàn)的錯誤的開關(guān)狀態(tài)信息，以保證數(shù)據(jù)庫中電網(wǎng)接線方式的正確性，（5）可以應(yīng)用狀態(tài)估計算法以現(xiàn)有的數(shù)據(jù)預(yù)測未來的趨勢和可能出現(xiàn)的狀態(tài)。這些預(yù)測的數(shù)據(jù)豐富了數(shù)掘庫的內(nèi)容，為安全分析與運行計劃等程序提供必要的計算條件。（6）如果把某些可疑或未知的參數(shù)作為狀態(tài)量處理時，也可以用狀態(tài)估計的方法估出這些參數(shù)的值。（7）通過狀態(tài)估計程序的離線模擬試驗，可以確定電力系統(tǒng)合理的數(shù)掘采集與傳送系統(tǒng)，即確定合適的測點數(shù)量及其合理分布。25、比較狀態(tài)估計和常規(guī)潮流計算的異同點。（1）相同點：兩者都是由已知量測值（給定條件）求狀態(tài)變量的過程，且二者的待求狀態(tài)變量完全一樣；狀態(tài)估計的本質(zhì)是在量測類型和數(shù)量上擴(kuò)展了的一種廣義潮流，常規(guī)潮流算法則是限定量測類型為節(jié)點注入功率或電壓幅值條件下的狹義潮流。（2）不同點：狀態(tài)估計中量測數(shù)量大于狀態(tài)變量數(shù)，因此只能估計出狀態(tài)變量，而常規(guī)潮流計算中量測數(shù)量等于狀態(tài)變量數(shù)，因此可計算出狀態(tài)變量。二者所采用的求解方法不同，常規(guī)潮流采用求解非線性方程組的方法，如牛頓法，而狀態(tài)估計采用估計理論。1T神醐雅潴iW郵較項目ftSit礦tfgl%,PhQiV讒Pj,Qi>PjjQu■M>TT±=o,籬■以■斯l-11計算嘉勘F-Q懺0目艇如（甜腫5E（割沏｝ar-b26、加權(quán)最小二乘狀態(tài)估計算法（1）h（x）為線性函數(shù)

J(X)=(Z-HX)tW(Z-HX)其中，W=R-1=wJ(X)=(Z-HX)tR-1(Z-HX)=]E(z-￡hx)2/Q2wiijjiTOC\o"1-5"\h\zi=1j=1(z-￡hx)h77J^^iijjiky"hhyzh——w=-2jj==Un—j乙x=—iikdXki=1Qii=1j=1QiJi=1Q；解此方程，得xjAA..(HtR-1H)X=HtR-1ZnX=(HtR-1H)-1HtR-1Z寫成矩陣形式(2)h(x)為非線性函數(shù)z=h(x)+v，給定量測矢量z以后，狀態(tài)估計矢量x是使目標(biāo)函數(shù)J(X)=(z-h(x))TR-1(Z-h(x))到達(dá)最小的X值，采用牛頓法一樣的標(biāo)準(zhǔn)迭代算法。第六章電力系統(tǒng)故障分析27、串聯(lián)-并聯(lián)型雙重故障復(fù)合序網(wǎng)圖及邊界條件,??第八章電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定分析28、小干擾法分析電力系統(tǒng)的步驟列出系統(tǒng)中描述各元件運行狀態(tài)的微分方程式組；將以上非線性方程線性化處理，得到近似的線性化微分方程式組；根據(jù)近似方程式的根的性質(zhì)，判斷系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性。29、暫態(tài)、靜態(tài)、動態(tài)的定義靜態(tài)穩(wěn)定性：指電力系統(tǒng)受到小擾動后，不