基于短路阻抗距离与无功裕度的电压无功控制分区方法的研究

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1、重庆大学硕士学位论文1绪论1绪论1.1选题的背景和意义近年来，随着电力系统的日益扩大和飞速发展，我国电网发展进入了区域互联、大电网、大机组以及远距离输电的新阶段，电压稳定问题日益突出，电压无功控制面临新的挑战。对于大规模电力系统，集中对全网进行电压无功控制是不现实的。而且，大多数控制或扰动仅仅对与其联系紧密的区域有较大影响，而系统其它大部分区域由于电气上与该点联系不紧密，受到的影响很小。因此，在分析扰动的影响或确定控制策略时，应重点考虑受影响较大的区域，即电气联系紧[1]密的区域，而不是整个网络。基于节点之间的耦合程度，将电网划分为若干个子[2]区域，且独立

2、对各子区域进行电压无功优化控制，并通过相互协调，最终达到全[3]网优化控制的目的，能够降低电压无功控制的复杂度，以满足实时性和可靠性的要求。区域划分结果的合理与否直接影响到全网优化控制的运行效率和控制效果。因此，有效的将电网划分成彼此解耦的区域对提高电力系统的运行效率有重要意义。由于无功功率不能长距离传输，距离较远的节点间无功功率供需的相互支援和调节几乎是不可能的，为了保持电压稳定、减小网损，无功控制要求分层分区、[3]就地平衡。为此，法国电力公司首先提出的等级电压控制思想得到了广泛应用，并取得了较为理想的效果。在分级电压控制中，电网被划分成多个彼此解耦的区

3、域，以系统的安全、稳定、经济运行为控制目标，每个分区选择一到多个主导节点进行控制，是预防电压崩溃和系统内无功优化的有效手段。等级电压控制系统中二级电压控制主要包括控制区域的划分、选择主导节点、制定控制策略等。合理的无功分区能够加强电压控制的效果，有效保证电压质量，降低网络损耗，并[4,5]预防事故的发生扩大，从而提高电力系统运行的经济性、稳定性和安全性。近年来，国内外学者对电压无功控制的分区方法做了大量研究工作。目前最常见的做法是在采用电气距离衡量节点耦合性的基础上，采用相应的分区算法来实现节点的无功分区。现有的分区方法对先电源分区后负荷分区的分区策略研究相

4、对较少，而这种分区策略更能保证负荷节点和与它电气距离最近的无功源节点分在同一个分区。而且，至今没有衡量多控制节点与单个受控节点之间的耦合性的指标，即无法判断同一分区内多个无功电源对负荷节点的电压综合控制作用的强弱，由此可能导致受控节点被并入电气距离近但对其电压综合控能力差的区域。保持无功平衡，并留有一定无功裕度是保证电力系统电压稳定性的基本条件，也是电压无功控制分区必须考虑的问题。由于对无功裕度的影响有很多方面，包1重庆大学硕士学位论文1绪论括电源节点和负荷节点的分布、线路输电能力、负荷增长情况等，因此对系统的无功裕度进行定义和计算非常困难，至今没有公认的结

5、论。从上述分析可知，定义一种能够有效衡量多电源与单个负荷节点之间的电气距离，实现先电源分区后负荷分区的分区思路；同时，定义有效动态无功裕度指标，并将其引入电压无功控制分区，能够完善已有分区方法的不足，对提高电力系统的安全性、经济性、稳定性和可靠性有重要的理论意义和实际意义。1.2电压无功控制的分区方法研究现状电网的电压无功控制分区就是将整个系统按某种原则划分为若干个子区域，属节点归并问题。近年来国内外文献提出了很多电压无功控制的分区方法，目前最常见的分区方法是在计算电气距离的基础上应用相应的分区算法来实现电压无功的分区计算，即首先根据潮流雅克比矩阵或者PQ分

6、解法的B矩阵通过一定的假设，形成电压/无功灵敏度矩阵；然后对灵敏度矩阵作数学变换，定义一种衡量两两节点间联系紧密程度的电气距离；最后采用某种算法对节点进行归并分区，如基于组合优化的分区方法、基于聚类分析的分区算法、基于图论的分解法等。下面将对各种分区方法进行综述。①按行政区域或电网所属的电力公司划分按行政区域或电网所属的电力公司分区，在每个分区内分别确定负荷节点以及无功源节点。该方法的优点是简单明了，容易实现；但是它没有考虑到电力系统的电气特性，因此随着电力系统规模不断扩大，节点间联系日益紧密，这种方法[4]的局限性越来越明显。②短路电流法[6]首先利用短

7、路电流计算程序，计算负荷节点的短路电流，并按照短路电流大小对负荷节点排序，将短路电流大的节点设置为候选节点；然后，在候选节点处设置单位电压源，以阻抗表示其他负荷节点，从而计算出候选节点与其他节点间的电压差；最后，根据电压差的大小确定与该候选节点划分在同一分区的节点集合。该方法的难点在于候选节点数目，以及确定同一分区的节点集合时电压差的门槛值。③基于专家知识分区法该方法首先将系统中包括发电机在内的所有PV节点作为PQ节点，根据潮流雅克比矩阵求逆得到电压/无功灵敏度矩；然后，基于一定的假设条件并考虑到节点间电气距离的对称性和非负性，定义一种电气距离映射函数；最后

8、，根据“最[7]大——最小电气距离”准则对节点进行归