动态电力系统1

参考书籍 CarsonW Taylor PowerSystemVoltageStabilityP Kundur PowerSystemStabilityandControl倪以信 动态电力系统理论和分析王满义 吴竟昌 蒙定中 大电网系统技术袁季修 电力系统安全稳定分析张伯明 高等网络分析 MainResourcesforPowerSystemAnalysisandResearch 电力系统分析研究的主要信息资源 IEEEReview PowerEngineeringElectra CIGRE 英 法语 中国期刊网 Cont Reports 美国电力科学研究院 EPRI电科院情报所国际大电网组织 CIGRE电科院情报所 Cont ResearchArticles IEEETrans onPowerSystems PS IEEETrans onPowerDeliveryIEEETrans onEnergyConversionIEEETrans onCircuitSystemsIEEEComputerApplicationsinPowerProceedingoftheIEEE Cont ConferenceProceedings IEEEwinterandsummermeetings地区国际会议 电压稳定的基本概念 在过去二十几年中 电网运行越来越接近于极限状态 主要有几个原因 环保对电源建设和线路扩建的压力重负荷区域的用电消费增加电力市场下的新的系统负荷方式 潮流方式 Cont 无论是发达国家的还是发展中国家中 都存在负荷 线路和电源间的矛盾 用户负荷在增加电网扩建却面临着更大的问题由于网络运行在重载情况下 出现了慢速或快速的电压跌落现象 有时甚至产生电压崩溃 电压稳定已成为电力系统规划和运行的主要问题之一 电压失稳的定义 文献 TVCUTSEM 电压失稳产生于动态的负荷功率的恢复在传输网和发电系统的能力之外 Cont 进一步解释 n电压 许多母线的电压发生明显的 不可控的下跌 n失稳 超越了最大的传输功率极限 负荷功率的恢复变得不稳 反而降低了功率的消耗 这是电压失稳的关键 n动态 任何稳定问题与动态有关 可以用微分方程 连续变化 或用差分方程 离散变化 模拟 n负荷 是电压失稳的原动力 因此这一现象也被称为负荷失稳 但负荷不是仅有的角色 Cont 进一步解释 n传输网 有传输极限 从基本电工理论就可是到这个结论 这一极限是电压失稳的开始 n发电系统 发电机不是理想的电压源 其模型的准确性对正确的电压稳定十分重要 与电压稳定相关的另一术语是电压崩溃 电压崩溃可能不是电压失稳的最终结果 Cont 无功功率的角色 Note 定义中没有引入无功功率 在交流网中 电抗线路占主导 电压控制和无功功率有密切的关系 作者的意图 不过于强调它在电压稳定中的作用 有功功率和无功功率二者同时对电压稳定有重要的作用 作者的实例 表明电压失稳与无功功率没有因果关系 电压失稳范例 R RL P t RL t Po E Cont 范例中 没有无功功率 没有功角稳定问题 但具有电压失稳的主要特征 交流电力系统中 无功功率使得问题变得更复杂 但不是问题的唯一根源 传输有功功率仍然是电力系统的主要功能 而无功功率的传输和消耗也是的电力系统的不可缺少的一部分 电压稳定VS电力系统稳定 时间 发电机驱动负荷驱动 快速 功角稳定快速电压稳定 暂态静态长过程 频率稳定长过程电压稳定 可以用不同的方法对稳定问题进行分类 上面的分类可以有效地分别电压稳定与功角稳定的差别 Cont 快速稳定问题 暂态功角稳定 无同步力矩 缺乏阻尼小扰动稳定 缺乏阻尼短期电压稳定 感应电动机和受控负荷 HVDC暂态功角稳定和快速电压稳定很难分开 负荷 负荷模型 对功角稳定有影响发电机 发电机模型 对电压稳定也有作用 Cont 长过程稳定问题 频率问题 发电与负荷的不平衡电压问题 发电与负荷的距离取决于网络结构 传输网 电网传输的基本特性 Cont 有功功率传输 假设线路是无损耗的 有功和无功的传输取决于线路两端的电压幅值和相角的 受电端有 Cont 有功功率传输 送电端有 Cont 最大的传输功率发生在 900 注意稳定和不稳定的平衡点 SEP UEP Stable UnstableEquilibriumPoint 这是电力系统稳定分析的直接法的二个重要的概念 对于典型的功率传输和功率角 例如当 30o 有Sin 可近似写作P Pmax 常说有功传输主要取决于功率角度 无功功率传输 如果V1 V2 两端发电机同时担任传输有功功率时所需用的无功功率如果V1 V2 Cos 1时 Cont 无功传输主要联决于电压幅值从较高电压端注下低电压端 这样的假设在重负荷的情况下就不成立 Q不能通过大功角或过大的电压落差传输大功角差 长输电线 大X 和大功率传输电压必须保证在100 5 之内相比于P Q不可能以长距离传输 Cont 减少无功传输 减少有功损耗 提高经济性 减少无功损耗 减少无功设备投资 减少功频过电压 与电压稳定相关的因素 网络的二个基本特性最大传输功率负荷与网络电压关系考虑网络元件对传输功率的影响串取补偿和并联补偿 有载调压 SingleLoadSystem E P jQ 最大传输功率 无约束的最大传输功率负荷 Zl Z 给定功率因数下的最大传输 Zl Z 最大传输功率决于网络参数 与负荷特征无关 功率 电压关系 Q Ptanf 可得一组曲线 称为鼻族曲线 NoseCurve PF powerfactor 失稳机理 网络对负荷的PV特性功角稳定分析中 负荷随电压和频率变化 电压稳定研究中 负荷特性通常包括二部分 对电压的函数和对独立变量的函数 负荷需求为P Po特定的 代表一条曲线并与V P Q 表面相交 相交点就是可能的运行点 当 变化 则相交点也变化 所有的需求值求得交点 就得网络P V特性不确定负荷功率如何随电压变化就不能确定网络特性 失稳的现象 网络稳定运行的前提存在平衡点 失稳的可能性 网络参数变化负荷增加实际情况中 大扰动会引起失稳现象 扰动后 网络的特性会有突变 因而扰动后的网络特性曲线与负荷的无交点 负载极限与最大传输功率 当负荷渐渐增加 曲线与网络特性曲线相切 如果继续再增加就没有交点了 负载极限不一定与最大传输功率一致 这取决于负荷特性 无功补偿 负荷补偿最常用的是电容器 以平衡传输网的主导的电抗 网络补偿串取和并联补偿两类 也有用电抗器的时间 以吸收电容性无功 以改善电网运行 如维护电压减少线路电抗因而减少网损 提高稳定性 线路的串联补偿 减少线路电抗 补偿后一般在0 3 0 8之间 作用 减少发电机与负荷的电气距离 于是 提高网络的最大传输功率效果 暂态稳定和电压稳定的有利措施 具有的自适应的特性 并联补偿 并联电容器和电抗器 投切 手动或自动 VS 串联装置 动作更频繁 电抗器 防止超高压网的轻载过压现象 SVC StaticVoltageCompensation SVC 受电压控制的并联补偿装置一般 SVC装设在中压网 通过对高压网的电压测量控制并联导纳 母线电压昂贵成本快速响应效果对暂态功角稳定和快速电压稳定极限情况下 是常规的电容器或电抗对电压稳定不利不如极限状态下的发电机和调相机 有载调压器 U LTC Under LoadTapChanger变压器的作用 从负荷端来看 电网具有恒定电压 电网中的主要变压器有 配电变压器 高压 中压变压器 联络变压器 超高压 高压变压器发电机升压变压器 第一类变压器 影响负荷的动态特性后三