基于模态分析理论的电力系统电压稳定性研究

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第T页摘要随着电力需求的持续增大和相关科学技术的发展，电力系统进入了以电网互联、大机组、超特高电压远距离交直流输电、高度自动化控制和市场化运营为特征的现代电力系统时代。20世纪70年代以来，世界上一些大电网发生了一系列以电压崩溃为特征的电网瓦解事故，导致大面积停电，这就促使电力系统电压稳定性的研究成为一个日益受到关注的研究课题。文章通过总结已有的关于电压稳定性的定义和分类，并联系实际的电压失稳事故，认为从时间延续和扰动大小的角度来认识电压稳定性问题具有更合理的解释；列举

2、总结出了目前静态电压稳定性研究中使用最多的五种方法，给出了每种方法的数学模型及其应用现状；分析了电力系统从发电机、输电网络到用电负荷的数学模型，重点分析了负荷特性对系统电压稳定性的影响和负荷建模的理论方法。详细分析了模态分析法在静态电压稳定性研究中的应用，指出了传统V．Q(无功电压)模态分析法和基于无功电压雅可比矩阵、有功角度雅可比矩阵的全电压模态分析法存在的不足，考虑到系统在临界失稳点处，不可以忽略有功功率的变化对电压幅值失稳所产生的影响，提出了对现有V-Q(无功电压)模态分析法的改进。以传统的电

3、力系统潮流计算为基础运算平台，以IEEEIO机39节点标准测试系统为仿真模型，使用V-Q(无功电压)模态分析法计算系统进在稳定运行和临街失稳两种状态下雅可比矩阵的特征值、特征向量、参与因数、系统整体稳定度和系统局部稳定度，分别计算基于恒功率和ZIP两种负荷模型时系统的特征值，得出的结论是：系统使用ZIP两种负荷模型比使用恒功率负荷模型时具有更高的稳定裕度；使用考虑有功功率变化影响的改进模态分析法，通过比较在临界失稳点处和稳定运行两种情况下计算得到的修正雅克比矩阵的特征值，得出的结论是：在系统稳定运行

4、或者运行稳定裕度较大时，有功功率对雅可比矩阵特征值的影响很小，可以忽略不计，而当系统运行在临界失稳或稳定裕度很小时，是否考虑有功功率对系统的影响会对雅可比矩阵特征值产生较大的影响，这对于以确定系统的稳定裕度为重要特征的电力系统静态安全分析和电压稳定机制研究具有一定的价值。．为了使系统雅可比矩阵的特征值更直观的表征系统稳定性，文章找到了一种进一步处理雅可比矩阵特征值的方法，即：根据概率论与数理统计中关于期望和方差的概念，设计了系统整体稳定度和系统局部稳定度两个参数。另外，在验证测试系统的节点处于临界失

5、稳运行状态时，使用基于e指数的变步长连续潮流法绘制PV曲线。考虑到模态分析法可以较为完整的给出关于电压稳定性机制的信息，文章认为可以将模态分析法作为电力系统静态安全分析的一种有效的辅助工具。关键词：现代电力系统；静态电压稳定性；模态分析法；雅可比矩阵；稳定裕度；静态安全分析；西南交通大学硕士研究生学位论文第1I页AbstractWitlltheincreaseofelectricitydemandandthedevelopmentofreleventscienceandtechnology，powe

6、rsystemhascomeintotheperiodcalledmodernpowersystem，whichischaracterizedbypower鲥dinterconnection，largegenerationunit，distantultra-highvoltageACandDCtransmission,highlyautomatedcontrolandmarketoperations．Sincethe70softhe20thcentury,aseriesof面dcollapseacc

7、identshaveoccurredwhicharecharacterizedbyvoltagecollapseinlargepower鲥doftheworld，leadingtoblackouts，whichpromotethepowersystemvoltagestabilitystudiestobecomeagrowingconcernoftheresearchissue．Bysummarizingtheexistingvoltagestabilityonthedefinitionandcla

8、ssificationandassociatingwithpracticalvoltageinstabilityincidents．thepaperdemonstratesthatunderstandingvoltagestabilityfromtheperspectivesoftimecontinuityanddisturbancesizeshasamorereasonableexplanation．FivemethodsonStaticvoltagestabili