电力系统总结.doc

主要内容第二章 电力系统潮流计算牛顿潮流算法的性能分析PQ分解法的依据，问题，解决方案牛顿法和保留非线性迭代格式，特点以及画图潮流计算考虑负荷静态特性原因，潮流计算中负荷静态特性的考虑潮流计算中有哪些自动调整直流潮流 第三章 电力系统最优潮流最优潮流牛顿法的基本原理，主要性能特点仅有等式约束条件时的简化梯度算法只考虑等式约束条件的牛顿算法最优潮流的内点法，内点法的基本原理第四章 高压直流输电逆变器和整流器为什么需要无功？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图UPFC的基本原理及相量图第五章电力系统静态安全分析定义或主要内容静态等值支路开断模拟的常用方法及特点：直流法可以方便的进行多重支路开断的模拟的原因发电机开断模拟为什么要考虑其频率特性电力系统运行状态及各运行状态之间的转化过程补充章节 状态估计不良数据状态估计的作用EMS比较状态估计和常规潮流计算的异同点。加权最小二乘状态估计算法支路潮流状态估计第六章 电力系统故障分析串联-并联型双重故障复合序网图及边界条件第八章 电力系统小干扰稳定分析小干扰法分析电力系统的步骤暂态、静态、动态的定义第九章 电力系统暂态稳定分析暂态稳定性分析的基本方法李雅普诺夫方法与等面积定则全系统的暂态过程的微分方程及代数方程，以及转子运动差分方程第二章 电力系统潮流计算1. 牛顿潮流算法的性能分析优点：收敛速度快。如果初值选择较好，算法将具有平方收敛性，一般迭代45次便可以收敛到一个非常精确地解，而且其迭代次数与计算的网络规模基本无关。良好的收敛可靠性。甚至对于病态的系统，牛顿法均能可靠地收敛。缺点：动初值要求高U幅值为1相角为0，或用高斯赛德尔法迭代12次作为初值。计算量大、占用内存大。由于雅可比矩阵元素的数目约为2(n-1) 2(n-1)个，且其数值在迭代过程中不断变化，因此每次迭代的计算量和所需的内存量较大。极坐标和直角坐标牛顿法比较：(1)修正方程数目分别为2(n-1)个及N-1+M个，极坐标方程式少了n-1-m个（pv节点数），在pv节点所占比例不大是，两者的方程数目基本接近2（n-1）(2)雅可比短阵的元素都是节点电压的函数，每次迭代，雅可比矩阵都需要重新形成。(3)分析雅可比矩阵的非对角元素的表示式可见，某个非对角元素是否为零决定于相应的节点导纳矩阵元素是否为零。因此如将修正方程式按节点号的次序排列，井将雅可比矩阵分块，把每个22的子阵作为一个元素，则按节点顺序而成的分块雅可比矩阵将和节点导纳矩阵具有同样的稀疏结构，是一个高度稀疏的矩阵。（4）和节点导纳矩阵具有相同稀疏结构的分块雅可比矩阵在位置上对称，但由于数值上不等，说以，雅可比矩阵式一个不对称矩阵。2. PQ分解法的依据，问题，解决方案依据：电力系统有功及无功潮流间仅存在较弱的联系，有功功率的变化主要取决于电压相角的变化而我刚刚来的变化则主要取决于电压幅值的变化。线路两端的相角差不大（小于十度至二十度）而且Gij绝对值Bij绝对值，cosij约等于1，Gij*sinijBij。与节点无功功率相对应的导纳Qi/（Ui平方）通常远小于节点的自导纳Bij，也即Qij0,l0,这样原问题变为如下的优化问题只含等式的约束优化问题可以直接应用在拉格朗日乘子法求解对xyzwlu分别求偏导得到计算方程组。第四章 高压直流输电12.名词解释(1)直流输电:将发电厂发出的交流电经过升压后，由换流设备（整流器）整成直流，通过直流输电线路送到受端，再经换流设备（逆变器）转换成交流，供给受端的交流系统。(2)目前相对比较成熟的几种柔性输电装置主要有静止无功补偿器SVC、晶闸管控制的串联电容器TCSC、静止同步补偿器STATCOM、统一潮流控制器UPFC，以及静止同步串联补偿器SSSC（Static Synchronous Series Compensator）等。(3)换流器的控制方式有以下3种。（1）整流侧定电流（或定功率）控制、逆变侧定熄弧角（或定电压）控制，系统正常运行时一般采用这种方式。（2）控制方式二为整流侧定最小触发角控制、逆变侧定电流控制。（3）控制方式三即整流侧定最小触发角控制、逆变侧定控制。(4)电力系统安全:保持不间断供电，不失去负荷（广义），避免大停电事故。正常情况下，能否保持潮流及电压模值在允许限值范围以内。13、 逆变器和整流器为什么需要无功？以及交直流潮流算法主要有哪些？解：需要无功原因：交流系统的基波复功率为，其中为触发延迟角，此公式为直流系统从交流系统吸收的复功率。当，即工作在整流状态时，为正，直流系统从交流系统吸收有功功率，也为正，直流系统也从交流系统吸收无功功率；当，即工作在逆变状态时，为负，直流系统向交流系统输出有功功率，但是为正，此时直流系统从交流系统吸收无功功率。故无论是整流侧还是逆变侧，直流系统均要吸收无功功率。交直流潮流的主要算法：方法一：统一潮流解法一般以极坐标形式的牛顿法为基础，将直流系统方程和交流系统方程统一进行迭代求解，即潮流雅克比矩阵除了包括交流电网参数外，还包括直流换流器和直流输电线路的参数。方法二：顺序解法：在迭代计算中，则将直流系统方程和交流系统分别进行求解。在求解交流系统方程时，将直流系统用接在相应节点上的已知其有功功率和无功功率的负荷来等值，在求解直流系统方程时，将交流系统模拟成加在换流器交流母线上的恒定电压。14、 SVC的基本原理静止无功补偿器SVC将电力电子元件引入传统的静止并联无功补偿装置，实现了快速和连续平滑调节的无功补偿，理想的SVC可以支持所补偿的节点电压接近常数。SVC的基本元件为晶闸管控制的电抗器TCR和晶闸管投切的电容器TSC。TCR支路由电抗器与两个背靠背连接的晶闸管相串联构成。通过控制晶闸管的触发延迟角，可以控制每个周波内电感L接入系统的时间长短，从而改变TCR的等值电抗。TCR支路的等值基波电抗为，由此可见，TCR支路的等值基波电抗是导通角或者触发角的函数。调整触发角可以平滑地调整并联到系统中的等值电抗。TSC是由电容器和两个反向并联的晶闸管串联构成。TSC支路的电源电压与TCR相同。TSC中通过对阀的控制使电容器只有两种运行状态：即投入和断开状态。投入状态下，两晶闸管之一导通，电容器起作用，TSC发出容性无功功率；断开状态下，两晶闸管阻断，TSC支路不起作用，不输出无功功率。当电容电流过零时，晶闸管自然关断，TSC支路被断开，此时电容电压为峰值。此后，如果忽略电容器泄露电流产生的损耗，电容电压将保持峰值不变。将电容器投入系统应注意投入时刻的选择。选择触发时刻的原则是减小电容器投入时刻电容器中的冲击电流。理想情况下，电容器投入之前的电压为电源电压峰值，取触发角为90使电容器投入系统无暂态过程。15、 STACOME的基本原理及其相量图解： STATCOM也称为静止无功发生器，其功能与SVC基本相同，但是运行范围更宽、调节速度更快。STATCOM等效为一个可调的电压源，采用全控器件GTO控制该电压源的幅值和相位来改变向电网输送无功功率的大小。STATCOM通过变压器并入系统，其等效连接图a如下所示。图中，STATCOM的输出等效成可控电压源，系统视作理想电压源。电抗X为变压器漏抗，电阻R反映STATCOM引起的有功损耗和变压器铜耗。图b和图c分别给出了R为零和R不等于零时，STATCOM输出无功功率和吸收无功功率时的稳态向量图。很明显，当时，电流从STATCOM流向系统，向系统输出感性无功功率，STATCOM工作于容性区；反之，工作于感性区。当二者相等时，系统与STATCOM之间的电流为0，不交换无功功率。可见，通过控制的大小就可以连续调节STATCOM发出或吸收的无功功率。16、 UPFC的基本原理及相量图解：UPFC是目前为止通用性最好的FACTS装置，它可以同时调节影响电力线输送功率的3个参数，即线路参数、节点电压幅值和相位。UPFC的原理结构如下图所示，由两个GTO实现的电压型换流器共用一个直流电容构成。 其中换流器1通过耦合变压器与输电线路并联，换流器2通过变压器串联接入输电线路中。两个换流器的直流电压由一公共的电容器组提供。串联换流器2提供一个与输电线路串联的电压向量，其幅值变化范围为 ，相角变化范围为0360，图4-29b。图a所示为电压调节功能，当串联补偿电压与线路电压方向相同或相反时，UPFC只调节电压的大小，不改变电压的相位。图b所示为串联补偿示意图。图c所示为相角补偿，即不改变电压的大小，只改变电压的相角。图d所示为多功能潮流控制图。第五章 电力系统安全分析17、 名词解释(1)电力系统静态安全分析定义或主要内容：判断系统发生预想事故（主要指支路开断和发电机开断）是否出现过负荷及电压越界，电力系统静态安全分析只考虑事故后系统重新进入新稳态运行情况的安全性，而不考虑从当前运行状态向事故后稳定状态转变的暂态过程。(2)静态等值：在一定的稳态条件下，内部系统保持不变，而把外部系统用简化网络来代替。等值前后边界节点电压和联络线传输的功率应当相等；当内部系统区域内运行条件发生变化时，以等值网络代替外部系统后的分析结果应与简化前由主系统计算分析的结果相近。这种与潮流计算、静态安全分析有关的简化等值方法就是电力系统的静态等值方法。(3)预想事故自动筛选：静态安全分析中，先用简化潮流计算方法对预想事故集中的每一个事故进行近似计算，剔除明显不会引起安全问题的预想事故，且按事故的严重性进行排序，组成预想事故一览表，然后用更精确的潮流算法对表中的事故依次进行分析(4)电力系统安全稳定控制的目的：实现正常运行情况和偶然事故情况下都能保证电网各运行参数均在允许范围内，安全、可靠的向用户供给质量合格的电能。也就是所，电力系统运行是必须满足两个约束条件：等式约束条件和不等式约束条件。(5)小扰动稳定性/静态稳定性：如果对于摸个静态运行条件，系统是静态稳定的，那么当受到任何扰动后，系统达到一个与发生扰动前相同或接近的运行状态。这种稳定性即称为小扰动稳定性。也可以称为静态稳定性。(6)暂态稳定性/大扰动稳定性：如果对于某个静态运行条件及某种干扰，系统是暂态稳定的，那么当经历这个扰动后系统可以达到一个可以接受的正常的稳态运行状态。动态稳定性：指电力系统受到小的或大的扰动后，在自动调节和控制装置的作用下，保持长过程的运行稳定性的能力。(7)极限切除角：保持暂态稳定前提下最大运行切除角。18、 支路开断模拟的常用方法及特点：定义：通过支路开断的计算来分析校验其安全性。方法一：直流法：是以直流潮流为基础的预想事故分析方法。该方法简单，快速，但计算精度最差，只能为实时安全分析这个特定的目的服务。其中，因为是的线性函数，因此在多重支路开断时，仍可用上式来求电压相角的变化量。其特点：快速简单，可以方便的计算多重支路开断后的潮流。误差大，只能计算有功和相角，不能计算无功和电压幅值。方法二：补偿法：当网络中出现支路开断的情形时，可以认为该支路未被开断，而在其两端节点处引入一待求的功率增量或称为补偿功率，以此来模拟支路开断的影响。特点：对于多重支路开断，当第二条支路开断时，其计算量大一倍，其补偿作用在第一条支路开断的基础上进行。方法三：分布系数法：分布系数法是以直流法和补偿法为基础的。特点：计算速度快，使用方便。但分布系数法的总数太大，对于有m条支路的网络，理论上分布系数总数为m（m-1）个，其计算量很大，占用内存很多，在网络结构改变时，还必须重新形成新的分布系数。方法四（了解）：灵敏度分析法：利用泰勒展开，推出状态变量变化与支路开断变化之间的灵敏度关系式，再有解出支路潮流。优点是所有元素可由正常的潮流计算得出。19、 系统等值的常用方法:Ward等值方法：将网络中的节点集合划分为内部系统节点子集I、边界节点子集B，和外部系统节点子集E，然后将整个系统的节点方程按节点集合的划分写成分块矩阵形成Ward等值的步骤： 在正常运行状态下，进行全网潮流计算，求得给节点电压； 确定内部系统、边界点，求YEQ； 计算分配到各节点的功率分配量，得到边界点的等值注入。消去外部系统后在边界节点附加了节点导纳矩阵以及附加了注入电流。Ward-PV等值 为了能正确模拟外部系统的注入无功功率，和边界节点一样保留部分外部系统的PV节点，这样会得到较好的等值效果。具体就是保留那些外部系统无功出力裕度较大，与内部的电气距离较近的PV节点。缓冲Ward等值。基于同心松弛 概念的池塘理论。同心松弛就是指各节点层所受到的扰动影响将随着与中心电气距离的增大而逐步衰减。借用同心松弛的概念，在网络等值时把边界点作为中心，向外部系统方向确定出若干节点层，如下图所示。保留第一层各节点，略去该层各节点之间的连接支路，加上Ward等值法得到的边界等值支路与等值注入，在缓冲等值中，边界节点之间的互联等值支路参数及边界节点的等值注入由常规Ward等值法求出。Rei等值用这种原理性的等值网络代替这个外部系统往往会使R点电压很低，潮流计算结果不合理，所以实际应用时往往采用双REI网络，即将外部发电机节点和负荷节点分别等效为两个REI网络。20、 直流法可以方便的进行多重支路开断的模拟的原因。电力系统基本运行状态下的直流潮流模型为，当注入功率恒定不变时，发生某条支路开断时，和都发生变化；，略去两个增量乘积项，得,又,所以,进而可以支路km开断后的任意支路ij的有功功率潮流：，由此可以确定支路km开断后是否会发生支路有功功率潮流越限。同时为了便于计算，其中由于，即是的线性函数，因此在多重支路开断后，仍可用上式求电压相角变化量。若支路km和pq同时开断，则电压相角的变化量为。因此直流法可以很方便的进行多重支路开断模拟。21、 发电机开断模拟为什么要考虑其频率特性？答：由于发电机开断后将引起电力系统中有功功率的不平衡，致使频率发生一定的变化，直到各运行发电机组的调速器动作，建立新的有功功率平衡为止。这时系统频率将略低于基本情况下下的频率值，各运行发电机的有功出力也将按各自调节系数的不同而变化。因此，发电机开断模拟应考虑系统的频率特性。22、 电力系统运行状态及各运行状态之间的转化过程。电力系统运行状态分为五种：安全正常状态，告警状态，紧急状态，危急状态和恢复状态。正常运行状态下，等式约束条件和不等式约束条件都得到满足。如果在此状态下发电机设备的输变电设备仍有足够的备用容量，系统保持适当的安全裕度，则系统运行于一种安全方式下，能够承受偶然事故而不超出任何约束条件，因此，这种状态也称为安全正常状态。如果系统的安全水平下降到某一适当的界限，或者处于不利的天气条件而使故障干扰的可能性增加，则系统进入告警状态（不安全状态）。在这种状态下，所有系统变量仍在允许范围内，所有的约束条件都能得到满足，但是安全裕度已很低。在不安全状态下，及时采取恰当的控制措施可使系统回到安全状态，使系统从不安全正常状态转变到安全正常状态的控制手段成为预防控制。由于告警状态下系统已到了很脆弱的程度，因此一个偶然事故便会造成设备的过负荷，从而使系统进入紧急状态。在紧急状态下，虽然还没有出现大面积停电，但运行参数已越限，许多母线的电压下降、设备负荷超出其短时紧急额定值，以不满足不等式约束条件。在此状态下，若不采取控制措施，运行情况将会进一步恶化，甚至造成系统崩溃解列，进入危急状态。紧急状态又可以分为两类：（1）对于还没有失去稳定的紧急状态而言，由于输电设备通常允许有一定的过负荷持续时间，所以这种状态称为持久性的紧急状态。对于这种状态一般可以通过控制使之回到安全状态，称之为校正控制或持久性紧急状态控制。（2）对于可能失去稳定的紧急状态称为稳定性的紧急状态，该状态能容忍的时间只有几秒钟，相应的控制也不得超过1s。这种控制称为紧急控制或稳定性紧急控制。如果未能采取以上措施或者控制不能奏效，则系统将处于极端状态，进入危急状态，其结果是连锁反应，引起较大范围停电。此时，可采取一些控制措施如切除负荷及有控制的系统解列，其目的是将系统中尽可能多的部分从大范围的停电中挽救过来。危急状态下，等式约束条件和不等式约束条件均不满足，系统必须经过恢复状态，通过恢复控制来恢复对用户的供电，已解列的系统重新并网，才能使电力系统重新进入正常状态。恢复状态中，先满足不等式约束条件，然后通过再同步、并网连接恢复所有用户的供电，使等式约束条件得到满足。补充章节 状态估计23、 名词解释（1）状态估计：利用实时量测系统的冗余度提高系统的运行能力，自动排除随机干扰引起的错误信息，估计或预报系统的运行状态。（2）冗余度：全系统独立量测量与状态量数目之比，一般为1.5-3.0（3）最小二乘法：以量测值z和测量估计值之差的平方和最小为目标准则的估计方法。（4）不良数据：即误差特别大的数据。由于种种原因（如信道干扰导致数据失真，互感器或量测设备损坏，系统维护不及时等），电力系统的某些遥测结果可能远离其真值，遥信结果也可能有错误。这些量称为坏数据或不良数据。电力系统的标准误差 为0.5%2%,那么多把误差大于 的量测量作为不良数据。（5）能量管理系统：EMS是以计算机为基础的现代电力系统的综合自动化系统。主要包括SCADA系统和高级应用软件。高级应用软件从发电和输配电的角度来分，发电部分包括AGC，输配电部分包括潮流计算、状态估计、安全分析以及无功优化等。（6）支路潮流状态估计进行状态估计所需的原始信息只取支路潮流量测量，而不用节点量。在计算推导过程中，将支路功率转变成支路两端电压差的量，最后得到与基本加权最小二乘法类似的迭代修正公式。（7）电力系统安全稳定控制的目的：实现正常运行情况和偶然事故情况下都能保证电网各运行参数均在允许范围内，安全、可靠的向用户供给质量合格的电能。也就是所，电力系统运行是必须满足两个约束条件：等式约束条件和不等式约束条件。24、 状态估计的作用（1）根据网络方程的最佳估计标准（一般为最小二乘准则），对生数据进行处理，以得到最接近于系统真实状态的最佳估计值，提高数据精度。（2）对生数据进行不良数据的检测和辨识，剔除或修正不良数据。（3）推算出完整而精确的电力系统的各种电气量。（4）根据遥测量估计电网的实际开关状态，纠正偶然出现的错误的开关状态信息，以保证数据库中电网接线方式的正确性，（5）可以应用状态估计算法以现有的数据预测未来的趋势和可能出现的状态。这些预测的数据丰富了数掘库的内容，为安全分析与运行计划等程序提供必要的计算条件。（6）如果把某些可疑或未知的参数作为状态量处理时，也可以用状态估计的方法估出这些参数的值。（7）通过状态估计程序的离线模拟试验，可以确定电力系统合理的数掘采集与传送系统，即确定合适的测点数量及其合理分布。25、 比较状态估计和常规潮流计算的异同点。（1）相同点：两者都是由已知量测值（给定条件）求状态变量的过程，且二者的待求状态变量完全一样；状态估计的本质是在量测类型和数量上扩展了的一种广义潮流，常规潮流算法则是限定量测类型为节点注入功率或电压幅值条件下的狭义潮流。（2）不同点：状态估计中量测数量大于状态变量数，因此只能估计出状态变量，而常规潮流计算中量测数量等于状态变量数，因此可计算出状态变量。二者所采用的求解方法不同，常规潮流采用求解非线性方程组的方法，如牛顿法，而状态估计采用估计理论。26、 加权最小二乘状态估计算法（1）h(x)为线性函数解此方程，得xj写成矩阵形式（2）h(x)为非线性函数z=h(x)+v，给定量测矢量z以后，状态估计矢量是使目标函数到达最小的x值，采用牛顿法一样的标准迭代算法。第六章 电力系统故障分析27、 串联-并联型双重故障复合序网图及边界条件第八章 电力系统小干扰稳定分析28、 小干扰法分析电力系统的步骤(1)列出系统中描述各元件运行状态的微分方程式组；(2)将以上非线性方程线性化处理，得到近似的线性化微分方程式组；(3)根据近似方程式的根的性质，判断系统的静态稳定性。29、 暂态、静态、动态的定义静态稳定性：指电力系统受到小扰动后，不发生非同期失步，自动恢复到起始运行状态的能力。暂态稳定性：指电力系统受到大的扰动后，各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定运行状态的能力。动态稳定性：指电力系统受到小的或大的扰动后，在自动调节和控制装置的作用下，保持长过程的运行稳定性的能力。频率稳定性：系统中有功功率的缺乏导致的频率下降现象。电压稳定性：研究的是系统在受到小的或大的扰动后系统维持电压水平的能力。第九章 电力系统暂态稳定分析30、 暂态稳定性分析的基本方法目前暂态稳定分析的基本方法可以分为两类：一类是数值解法，应用各种数值积分方法求解描述系统暂态过程的非线性偏微分方程，由此解出各发电机转子间相对角度变化的摇摆曲线，然后根据摇摆曲线来判定系统是否稳定；另一类是直接法，其中有些方法是对李雅普诺夫直接法进行近似处理后发展而成的实用方法，有的则是将简单系统中的稳定判别方法推广应用于多机电力系统。31、 李雅普诺夫方法与等面积定则李雅普诺夫方法：李亚普诺夫法不是从时域的系统运行轨迹判别稳定与否，而是从系统能量及其