实时电压研究与无功优化配置探究

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1、实时电压研究与无功优化配置探究　　摘要电力系统由于经常出现电压稳定问题，所以必须对系统节点电压进行在线监视和稳定判断，实现电力系统电压稳定的实时判别和动态无功的合理配置。该文从在线电压稳定的研究方法、动态无功优化配置方面加以总结，阐述了现有分析方法和优化配置方法的优缺点，并提出了该研究领域亟需解决的关键问题，对电压稳定性实时分析方法的应用及无功优化配置进行展望。关键词电力系统电压稳定广域测量系统无功优化配置1引言电压稳定分析可分为静态电压稳定分析和动态电压稳定分析。其中动态分析方法由于模型复杂，耗费时间长，尚未在在线电压稳定

2、分析中成熟运用；静态分析方法是目前在线应用较多的方法。为了在实际工作中能够充分利用最新成果，该文对在线静态电压稳定分析方法和实时电压无功优化配置的方法进行了全面的综述。2实时电压稳定分析方法2.1直接法6直接法是指利用装置采集到的参数，直接或经过简单代数处理后，应用于电压稳定判断。文献[1]在辐射型配电网中将支路模型等值为阻抗模型，将电压稳定指标引入到高压输电系统中，针对高压网支路的对外无功特性从时间断面角度做了论述。从支路电压崩溃点对应唯一电压解，得到支路电力系统的电压稳定指标如（1）式：LVSI=4PjR[Vicos（θ

3、-δ）]2……（1）。整个系统电压稳定指标为此指标中最大值，也对应这系统的最弱支路，但是此方法在线路电阻很小或输送无功很大时不可行，而且对原系统没有明确的物理意义。2.2潮流计算法潮流法是从实际运行点出发，不断增加负荷，同时求解潮流，直到通过临界点，在得到整条PV曲线的同时，得到负荷临界状态潮流解。文献[2]中将关键断面传输功率PV曲线的鼻点对应于电压稳定点，由此定义负荷裕度的判别方法，并将其应用于福建电网在线电压稳定监视与控制（VSMC）系统，此系统中电压稳定评估的指标采用沿一个预定义负荷增长方向上的负荷裕度，且只实现了部

4、分闭环控制，该方法在遇到系统大扰动时应对能力较差。6潮流计算法是目前应用最为广泛的一种方法，通过PV曲线沿一定步长逐步搜索崩溃点。但由于该类方法计算量大且稳定性差，速度慢，并不适于在线计算，同时基于潮流的电压稳定判据本质上都是把网络的潮流极限作为电压稳定的临界点，计算精度不高。2.3戴维南等值法传统戴维南等值模型的基本电路，对于任意时刻k，从某一负荷母线向系统看进去，都可把系统等值为一个电压源经过一个阻抗向所研究的负荷母线供电的戴维南等值两节点系统，如图1所示系统。图1中，Ek和Zk分别为k时刻戴维南等值系统的电势和阻抗，此

5、时刻的负荷母线电压为Uk，电流为Ik，负荷视在功率为Sk=Pk+jQk。根据电路理得：Ek=Uk+ZkIk。利用计算得到的戴维南等值系统参数，可将研究问题简化，方便地应用于电力系统分析和现场装置的核心算法中。3在线无功优化配置方法3.1动态无功补偿装置（1）同步调相机。它的原理是从系统吸收少量有功功率用于机组能量损耗，同时向系统输出或吸收大量的无功功率。优点：可双向连续调节、能独立调节无功功率且有较大的过负荷能力。缺点：设备投资高、起动/运行/维修复杂、动态调节效应慢。多用于高压侧集中补偿，装于枢纽变电站中。（2）静止无功补

6、偿器。可连续而迅速地控制无功功率，即以快速的响应，通过发出或吸收无功功率来控制它所连接的输电系统的节点电压。主要有TCR型、TSC6型和SR型。优点是：性能稳定、成本低、技术成熟、可实现快速补偿无功。缺点是：控制系统比较复杂、不易实现、占地面积大且不易维护。广泛用于输电系统波阻抗补偿、长距离输电的分段补偿及负载的无功补偿中。（3）静止无功发生器。通过电抗器或直接并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流。优点：响应迅速、谐波少、抑制电压波和电压闪变的能力倍增、可靠性高、

7、功耗低且噪声小，能够满足各种工况的运行环境。但是，受电力电子器件性能的制约和成本较高。3.2动态无功优化配置方法（1）灵敏度法。在稳态情况之下，设研究系统有nPQ个PQ节点（无功出力越限的发电机组也作为PQ节点处理），nPVQ个PV节点和一个平衡机节点，潮流方程的线性化表示形式为：ΔPΔQ=JPθJPVJQθJQVΔθΔV=JΔθΔV……（2）。6常用的是灵敏度分析法。该方法次判别指标实用，物理概念明确。灵敏度就是在某一运行点，两个变量间的相互关系，用两个变量的微分比值表示，例如：dVLdEG、dVLdQL、dQGdQL、d

8、ΔQdVL。（2）参与因子法。让注入电力系统的有功量保持不变，在第k个节点上注入单位无功，由此产生的电力系统状态变量变化为：ΔθΔV=∑mi=1UiλiVn+k-1……（3）。其中Pki=UkiVki。Pki是第i个特征模式λi对第k个节点的电压灵敏度dVkdQk的影响能力，Pki越大，表