电力系统稳态课程设计文档格式.doc

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2015年6月30日

1

河西学院本科生课程设计任务书

设计题目

电力系统电压稳定的研究

作者姓名

学院、专业、年级

物电学院电气工程及其自动化专业级

指导教师姓名、职称

刘永科副教授

任务下达日期

2015年5月20日

一、论文任务书

从电压稳定的研究方法，负荷模型的结构，着重从电力系统的潮流计算方面对电压稳定进行研究。

二、论文的基本要求

1.论文要求书写整齐，条理分明，表达正确、语言正确。

2.论文要求内容全面，丰富。

3.论文（设计）进度安排

阶段

论文（设计）各阶段名称

起止日期

熟悉设计任务书、设计题目及设计背景资料

5.20～5.25

2

查阅有关资料

5.26～5.27

3

阅读设计要求必读的参考资料

5.28～5.29

4

书写设计说明书

5.30～6.15

5

小组答辩质疑

6.21～6.22

6

上交设计成果

6.30

4.需收集和阅读的资料及参考文献（指导教师指定）

[1]:

陈珩.电力系统稳态分析（第三版）[M]，北京，中国电力出版社，2007

[2]：

何仰赞.温增银.《电力系统分析》第三版[M]，武汉,华中科技大学出版社，2002

[3]：

陈悦.《电气工程毕业设计指南电力系统分册》[M]，北京，中国水利水电出版社，2008

[4]韩祯祥.电力系统稳定[M].北京:

中国电力出版社,1995

[5]王梅义,吴竞昌,蒙定中.大电网系统技术（第二版）[M].北京:

中国电力出版社,1995年6月

[6]刘道伟,谢小荣,穆钢,黎平，基于同步相量测量的电力系统在线电压稳定指标[J].中国电机工程学报,2005,25

（1）

[7]罗毅,赵冬梅,潘学龙.基于PMU技术的电压稳定研究[J].2006,23

（2）

[8]孙华东,周孝信.计及感应电动机负荷的电力系统在线电压稳定指标[J].中国电机工程学报,2006,26（6）

[9]王新宝.电力系统电压稳定的研究[D].杭州:

浙江大学,2004

[10]李宏仲，程浩忠，朱振华，李树静.分岔理论在电力系统电压稳定研究中的应用述评[J].继电器,2006,34（4）:

69-74

[11]侯媛媛.电压稳定性评估方法的研究[D]，太原理工大学，2008

教研室意见

负责人签名：

年月日

摘要

电力系统是一个具有高度非线性的复杂系统，随着电力工业发展和商业化运营，电网规模不断扩大，对电力系统稳定性要求也越来越高。

在现代大型电力系统中，电压不稳定/电压崩溃事故已成为电力系统丧失稳定性的一个重要方面。

因此，对电压稳定性问题进行深入研究，仍然是电力系统工作者面临的一项重要任务。

从国内外一些大的电力系统事故的分析来看，发生电压崩溃的一个主要原因就是无法预计负荷增长或事故发生后可能导致的电压失稳的程度和范围，难以拟定预防和校正的具体措施。

所以，我们有必要在负荷模型基础上考虑采用更好的方法来进行电压稳定性评的研究。

关键词：

电力系统，电压崩溃，电压失稳，稳定性

目录

1前言 2

1.1　电压稳定性及其类型 3

1.2　电压稳定的研究内容 4

1.3　电压稳定的研究展望 5

2电压稳定的研究方法 5

2.1静态分析方法 5

2.1.1灵敏度分析法 5

2.1.2特征值分析法、模态分析法和奇异值分解法 6

2.1.3连续潮流法 6

2.1.4非线性规划法 6

2.1.5零特征根法 7

2.2动态分析方法 7

2.2.1小干扰分析法 7

2.2.2大干扰分析法 7

2.2.3非线性动力学方法 8

2.2.4电压稳定的概率分析 8

3负荷模型的结构 9

3.1静态负荷模型 9

3.1.1指数负荷模型 9

3.1.2多项式负荷模型 9

3.1.3与频率有关的负荷模型 10

3.2动态负荷模型 10

3.2.1机理式模型 10

3.2.2传递函数形式的负荷模型 13

3.2.3差分方程形式的负荷模型 13

3.3非机理式模型 13

3.4负荷导纳模型法的原理简述 14

4电力系统的潮流计算方法 15

4.1节点类型 15

4.2待求量 16

4.3导纳矩阵 16

4.4潮流方程 17

4.5牛顿—拉夫逊算法 17

结论 18

参考文献 19

1前言

电力系统是一个复杂的大规模非线性动态系统，其稳定性研究一直是电力系统规划与运行的重要课题。

长期以来，无论是经典的还是现代的电力系统稳定性理论及其分析方法，其关注的重点均为系统的角度稳定性，尤其是集中在系统受到大的扰动或故障冲击后其暂态行为特征方面。

对这一问题的机理，人们已有了较清楚的认识，并发展出一套完备的分析方法和控制措施。

上个世纪七十年代后期以来，世界范围内先后发生了多起由电压崩溃引起的大面积停电事故[1]，造成了巨大的经济损失和严重的社会影响。

我国虽然还没有发生过大范围的恶性电压崩溃事故，但电压失稳引起的局部停电事故却时有发生，例如1972年7月27日湖北电网、1973年7月12日大连电网[2]等。

这些事故的发生使人们对长期被忽视的电压稳定问题投以极大的关注，认识到了电压稳定性的研究对确保电力系统安全可靠的运行具有重要意义。

由此，电压稳定的研究开始逐渐进入电力工业界和学术界的视野，研究成果不断涌现。

近年来，随着电力工业的发展，电力系统规模日益扩大，逐步进入高电压、大机组、大电网时代，同时伴随电力改革和电力市场的实践，长线路、重负荷及无功储备不足的特征逐渐突出，系统的电压安全裕度倾向于越来越小，使电力系统常常运行在稳定的边界；

而目前系统运行操作人员并不能准确掌握系统的电压安全状态。

所以事故发生时，缺乏足够的安全信息来采取相应的措施，导致了事故的扩大。

从国内外一些大的电力系统事故的分析来看，发生电压崩溃的一个主要原因就是无法预计负荷增长或事故发生后可能导致的电压不稳定/崩溃的程度和范围，难以拟定预防和校正的具体措施。

此外，电力系统还具有许多固有特性，如：

（1）系统的运行结构调整频繁，运行工况不断变化；

（2）负荷波动，谐波干扰以及随机扰动难以估计；

（3）规模庞大，维数高，控制分散性强，完整的运行信息难以获取；

（4）存在饱和、死区、限幅等强非线性因素；

（5）时变性强，对控制速度要求很高。

这些特性使建立电力系统的精确模型变得极为困难，而且即使建立了较精确的数学模型，其结构也过于复杂，难以实现快速有效的实时控制。

因此，实时在线评估电力系统电压安全、预测电压崩溃是十分重要的。

然而，对于电力系统这样一个存在着大量非线性关系的动态大系统来说，传统的控制、诊断、保护、预测、评估等方式已不再能完全适应这种发展的需要。

同时由于在线计算量的增加，难以满足实时性的要求，这就需要寻求更好的适于非线性系统的方法。

神经网络能够充分逼近复杂的非线性映射关系，能够学习和适应不确定系统的动态特性，具有较强的鲁棒性和容错性。

神经网络的这些特点使其成为非线性系统建模与评估的重要方法。

另一方面，以往的工业实践都是采用确定性方法进行电压稳定性评估，这是在电力系统传统垄断结构下常用的方法。

它是按照“最严重事故决策标准”来获得某一特定状态下的系统安全状态，分析的结果过于保守，付出了较大的经济代价。

随着电网互联的发展，控制的日益复杂，以及电力市场环境下能量交易量和不确定性的增加，概率性估计方法和准则可能成为必需。

而神经网络模型正是通过学习、培训建立概率性模型，更能适应现今电力系统的需要，因此具有广阔的研究前景和应用价值。

1.1　电压稳定性及其类型

电力系统的稳定性是在远距离输送大功率负荷情况下突出的问题。

在初期的电力系统中，输电线路距离较短，负荷较小，显然稳定问题不是很重要的问题。

而目前，在我国的电力网越来越大，输送距离越来越长，输送容量越来越大，电压等级越来越高。

在这样的电力系统中，主要靠广大工程技术人员（用户）提供可靠而不间断的电力，保证电力系统运行的安全、可靠、优质，稳定性问题显得十分重要。

电力系统稳定性的破坏，是危害很严重的事故，会造成大面积停电，给国民经济带来不可估量的损失，这种后果促使人民严重关注电力系统的稳定问题。

可以说现代电力系统的很多方面都与稳定性问题密切相关的。

所谓电力系统的稳定性，是指当系统在某种正常运行状态下突然受到某种干扰时，能否经过一定的时间后又恢复到原来的稳定运行状态或者过渡到一个新的稳定运行状态的能力。

如果能够，则认为系统在该正常运行方式下是稳定的。

反之，若系统不能回到原来的运行状态，也不能建立一个新的稳定运行状态，则说明系统的状态变量（电流、电压、功率）没有一个稳定值，而是随着时间不断增大或者振荡，系统是不稳定的。

知道电网甩去相当大的一部分负荷，甚至是系统瓦解成几个部分为止，这种稳定性的丧失带来的后果极为严重。

电力系统的稳定性，按系统遭受到大小不同的干扰情况，可分为静态稳定性和暂态稳定性。

电力系统的静态稳定性，是指系统在某种正常运行状态下，突然受到某种小干扰后，能够自动恢复到原来的运行状态的能力。

实际上电力系统中任意小的干扰是随时都存在的，例如，某个用户需要增减一点负荷，风雨造成的摇摆，系统末端的小操作，调速器、励磁调节器工作点变化等。

在小干扰作用下，系统中各状态变量变化很小。

电力系统的暂态稳定性，是指系统在某种正常运行状态下，突然受到某种较大的干扰后，能够自动过渡到一个新的稳定运行状态的能力。

可见，电力系统的暂态稳定性即是大干扰下的稳定性。

系统运行中的大干扰包括正常操作和故障情况引起的。

正常操作如大负荷的投入或切除，大容量发电机、变压器及高压输电线路的投入或切除，都可能对系统产生一个较大的扰动。

故障情况如系统中发生各种形式的短路、断路，这对系统的扰动极为严重。

电力系统受到较大扰动时，系统中的运行参数（电压、电流和功率）都将发生急剧的、不同程度的变化。

由于电源测原动机调速系统具有相当大的惯性，致使原动机的机械功率与发电机的电磁功率失去了平衡，于是在机组大轴上相应将产生不平衡转矩，在这个不平衡转矩的作用下，转子的转速将发生变化。

而系统中各发电机转子相对位置的变化，反过来又将影响系统中电流、电压和功率的变化，且各状态变量的变化较大。

综上所述，不论是静态稳定性还是暂态稳定性问题，都是研究电力系统受到某种干扰后的运行过程。

由于两种稳定性问题中受到的干扰不同，因而分析的方法也不同，除此之外，还有一种动态稳定。

动态稳定是指当系统受到某种大干扰将使系统丧失稳定，当采用自动调节装置后，可将系统调节到不致丧失稳定，把这种靠自动调节装置作用得到的稳定叫做动态稳定。

所谓动态稳定是指电力系统都到大干扰后，在计及自动调节和控制装置的作用下，保持系统稳定运行的能力。

当系统遭受到某种扰动，而打破系统功率平衡时，各