网络分析理论下电力体系无功优化探索

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1、网络分析理论下电力体系无功优化探索第1章绪论1.1课题研究的目的和意义在全球竞争日趋激烈的国际环境下，国民经济正在飞速发展，电力系统正逐步走向市场化，电力体制在不断地进行改革，电网的容量以及电力用户的用电量也在持续增加，这导致电厂、大型用电企业以及普通用户对电力的需求、供电的可靠性和电压质量等方面提出了更高的要求。我国作为一个发展中国家，与发达国家相比，在电网研究方面起步相对晚、资金投入较少，特别是网损和电压合格率等方面的指标均还达不到理想的程度。并且，随着市场经济发展速度越来越快，人们对能源利用率要求越来越高，经济性在电力系统运行中显得越发的重要

2、。通常，电力系统的整体运行要同时考虑安全性、可靠性、经济性等因素，还要顾及到对社会以及企业的影响。因此，降低电网损耗、提高电网电压质量，同时安全可靠地使电力用户得到满足，是供电企业需要承担的艰巨的任务，这也是广大电力研究人员和电力系统运行部门所面临的最现实的问题⑴。电力系统电压质量的好坏与系统无功潮流分布的合理性有着密不可分的关系，无功潮流分布是否合理将直接影响电压质量。因此，电力系统无功潮流分布，即无功优化的问题成为了电网在经济安全运行方面中一个主要的研究方向。同时，随着电力系统逐步的市场化，通过对无功功率进行合理及有效地优化，可达到降低网损及提

3、高运行经济性的目的，从而使得电网公司不仅增加了利润还提高了效益[2]。因此，越来越多的研究学者投入到电力系统无功优化的研究当中。.1.2国内外研究现状电网中的感性负载在运行过程中会产生电滞，也就是电感。感性负载的其中一个特点就是当在负载两端电压方向改变时，在短期内由于产生滞后，仍然可以使电流方向保持一段时间。电流与电压存在的相位差会产生负功率，当电流与电压相位再次一样时，建立磁场需要等值的电能，而这些电能就被称之为无功功率。无功功率主要是用于建立、维持磁场以及电路内的电场。由于其对外并不做功，因此为无功功率。然而，无功功率并不是无用功率。它的用处主

4、要体现在以下方面：电动机通过无功功率来建立、维持旋转磁场，促使转子转动，带动机械转动；同样，变压器也得通过无功功率才能让一次线圏产生磁场，从而使二次线圈感应出电压[3]。通常情况下，用电设备需要从电源处获得有功功率和无功功率。同时，无功功率对电力系统也会产生不利的影响，其主要表现在：无功功率会使得线路电流和视在功率增大；视在功率一定时，当增加无功功率时，有功功率的输出以及传输就会减少，从而降低了设备以及线路的供电能力，因此需要减少无功功率的传输；无功功率会引起线路电压减少以及网损增加；冲击性无功负载会引起电压的巨大波动；当无功功率缺额时，用电设备就

5、没有足够的无功功率来建立电磁场，就不能在额定情况下进行工作，而其端电压就会随之下降，从而影响其正常运行，同时造成功率因数降低；无功功率在线路中损耗较大，且传输费用较高，则不适合远距离传输，因此系统中各节点的电压调节主要是依靠无功功率的就地平衡实现。..第2章基于支路的网络分析2.1基于支路的网络分析电力系统中，各支路均以电阻、电抗、电纳以及电导组成的等值电路，建成其数学模型。一般线路分为短线路以及中等长度线路两种。短线路一般是指不超过100km长度的架空线路。这种线路的等值电路比较简单，只有一串联的总阻抗，如图2.1所示。中等长度线路一般是指长度在

6、100km-300kni之间的架空线路以及不超过100km的电缆线路。这种线路可以等值为两种形式；T塑等值电路和T型等值电路，如图2.2所示。电力系统中常用的等值模型为;r型等值电路。为了能够对支路无功潮流进行有效的分析，我们将对冗型等值电路釆用如下等效方法：在系统原支路中间均增加一个虚拟节点，而线路两端的充电功率按照;r型等值电路，在线路两端等效为无功电源，这样就将图2.2(a)中的基本;T型等值模型，转换为图2.3所示的支路等值模型。由于本文研究内容是对系统无功功率以及电压进行讨论，故我们将对支路无功潮流以及节点电压的关系式，即支路的功率平衡方

7、程以及电压损耗等式进行以下分析。假设由系统节点流至虚拟节点的无功功率流动方向为正，系统节点集合为iVp虚拟节点集合为A；。2.2算例分析为了证明上述分析与推导的准确性以及精确性，下面将对推导所得式(2-25),即节点电压对发电机无功出力和平衡节点电压的近似灵敏度，以及式(2-27),即平衡节点无功出力对发电机无功出力和平衡节点电压的近似灵敏度进行验证。以如下图2.4所示的IEEE39节点系统为例，该系统总无功出力为16.7832,共有负荷节点19个，节点30至39为发电机节点，其中节点39为平衡节点。设平衡节点电压变化量为0.01。下面验证节点电压

8、对发电机无功出力和平衡节点电压的近似灵敏度。根据图2.4所示，以离平衡节点距离最近、中间距离以及最远的3个发电机节点30、