电网无功分区域优化--(毕业论文).doc
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1、 密级: XXXXXX 大学xxxxxxxxxxxxx UNIVERSITY本科毕业论文(设计)题目 电网无功优化分区的研究学 院 XXXXXX 专 业 电气工程及其自动化 班 级 电气本(1)班 学 号 XXXXXXXX 姓 名 XXX 指导教师 XXX 起讫时间 XXXXX-XXXXX 电网无功优化分区的研究XXX(XXX大学 XX学院,XXXXXXXXX)指导老师:xxxx摘要电网无功优化是电能稳定的重要内容,主要涉及电压稳定。本文主要讨论电网无功分区域优化以及与电压稳定的关系,各种实例分析,简单介绍各种优化算法,基本无功潮流的计算与分析,各种补偿设备的介绍,运用及经济运行。各种模型在电
2、力系统分区域研究中的使用,借助模型解决实际问题,对各个分块的无功及部分有功的静态稳定分析和暂态稳定分析,对电网无功分区域优化的各种相关数据量的计算方法,运用相关概念结合实例分析关键词:无功优化 电压稳定 最优潮流 无功补偿 稳定性分析 Power grid reactive power optimization research of partitionXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX province XXXXXXThe instructor: XXXXX XXXXAbstrackPower grid reactive power optimizatio
3、n is an important part of the stable electricity, mainly related to voltage stability. With power grid reactive power optimization areas were discussed in this paper, the relationship between the voltage stability and the, all kinds of case analysis, introduces various kinds of optimization algorith
4、m, the calculation and analysis of fundamental reactive power tide, various compensation equipment introduction, use and economic operation.Various models used in electric power systems research areas, with the help of a model to solve practical problems, for each block of the reactive power and som
5、e active static stability analysis and transient stability analysis, the power grid of reactive power optimization areas of various related data calculation method, using the relevant concepts combined with example analysisKey words: reactive power optimization of reactive power compensation for vol
6、tage stability optimal power flow stability analysis1 绪论3引言32 电力系统稳定的基本概念32.1 电力系统稳定研究的内容32.2电力系统稳定性的定义及稳定性分析32.3电力系统稳定分类32.3.1 功角稳定32.3.2 频率稳定32.3.3 电压稳定32.4 电力系统的可靠性、安全性和稳定性及其关系33 无功功率分配与系统电压稳定的关系33.1无功功率平衡综述33.2电压偏差对电力系统稳定的影响33.2.1 对同步运行稳定的影响33.2.2对电压稳定的影响33.3 对电网经济运行的影响34 电力系统的无功功率平衡34.1无功功率负荷和无
7、功功率损耗34.2无功功率电源34.3 无功功率的平衡35 电力系统电压调整35.1电压调整基本概念35.2电压调整的基本原理35.3 电力系统的几种调压方式35.3.1改变发电机机端电压调压35.3.2 改变变压器变比调压35.3.3 利用无功功率补偿调压35.3.4 改变输电线路的参数进行调压(线路串联电容补偿)35.3.5各种调压措施的合理应用35.4 小结36 无功潮流分析36.1最优潮流36.2 最优潮流的数学模型36.2.1最优潮流的变量36.2.2最优潮流的目标函数36.2.3等式约束条件36.2.4不等式约束条件36.2.5最优潮流的数学模型36.3 潮流算法分析36.3.1仅
8、有等式约束条件时的算法36.3.2不等式约束条件的处理36.3.3简化梯度最优潮流算法的分析37 电力系统无功优化规划37.1 电力系统无功概述37.2无功优化的基本原则37.3 配电网无功优化37.3.1 无功补偿介绍37.3.2中压配网无功优化补偿的基本要求和类型37.3.3配电线路补偿的必要性及特点37.4 无功补偿的分析和计算方法37.4.1 2/3法则37.4.2 放射式开式网的最佳无功补偿37.4.3干线式和链式开式网的最佳无功补偿37.4.4 配电网络无功补偿的数学模型37.4.5 无功最优补偿的求解37.4.6 分布系数的计算37.4.7 网损微增率的计算3总结3参考文献31
9、绪论引言现代电力系统是由电能产生、传输、使用的能量变换、传输系统和信息采集、加工、传输、使用的信息系统组成的。现代电力系统如图所示:电能质量是电力系统控制运行的基本要求,主要指标是;电压,频率,波形。本文主要论述电压稳定与无功分区域优化的关系及分析。电压是电力系统稳定运行经济性和安全性的重要指标,是电力系统无功平衡状况的直接反映。2 电力系统稳定的基本概念2.1 电力系统稳定研究的内容基本问题早期稳定研究的内容联网后发电机组是否仍能按如下额定功率顺利地送出功率,如果不能,应该如何确定发电机的最大允许输出功率? 线路可以传送的功率是否仍然只受经济电流密度和最大允许电流(热稳定极限)限制,如果不是
10、,应该如何确定线路允许的最大传送功率?线路出现短路或跳闸等事故时系统能否仍然正常运行,如果不能,应该引入什么样的保护装置和稳定控制装置?随着电网互联规模的增大,不断出现大量新的稳定问题:如何在网络结构比较薄弱的情况下防止由于某一设备或线路的故障产生连锁反应,导致全系统的稳定事故;如何防止长距离重负荷的联络线引起的低频振荡现象;如何防止由于大型互联系统频率维持能力逐渐减弱且可能的有功冲击加大可能引起的频率稳定问题;如何防止带负荷调压变压器和无功功率缺额可能引起的电压稳定问题。对电力系统稳定问题的研究发展至今,已形成为一个研究内容日新月异、研究方法多种多样、应用领域十分广阔的综合性研究领域2.2电
11、力系统稳定性的定义及稳定性分析电力系统在受到扰动后, 凭借系统本身固有的能力和控制设备的作用,回复到原始稳态运行方式,或者达到新的稳态运行方式(的能力)。电力系统稳定性:电力系统受到事故扰动后保持稳定运行的能力。通常根据动态过程的特征和参与动作的元件及控制系统,将稳定性的研究划分为静态稳定、暂态稳定、小扰动动态稳定、电压稳定及中长期动态稳定。电力系统稳定性是系统维持在平衡点(初始运行状态)周围运动的一种性质实际电力系统不可能绝对的停留在某个状态(虽然理论分析中通常基于这种假设),各种扰动时刻不停地在发生,但系统对扰动的响应应趋向于回到平衡点小扰动:如负荷扰动大扰动:如短路故障、机组切除等对大扰
12、动,系统的稳定性与扰动类型、地点以及持续时间等因素有关不可能要求系统对所有大扰动维持稳定大扰动下稳定平衡点具有一个有限的吸引域扰动下系统的响应可能包含很多设备的动作效果短路故障时继电保护的动作将引起电压、电流、功率以及频率的变化电压变化引起发电机和负荷节点处调压设备的动作转速变化将引起调速系统的动作电压和频率的变化引起负荷功率的变化在扰动下保护单一元件的设备可能引起系统结构的弱化,降低系统的稳定性系统稳定:达到新的平衡状态且系统的整体性不被破坏,即几乎所有发电机和负荷都通过一个临近的输电网保持互联部分机组或负荷可能因隔离故障的操作而断开与系统的联系互联系统在严重故障下可能被主动解列系统不稳定时
13、,转子相对角持续不断上升或电压持续不断下降,连锁性的机组或线路跳闸、系统的重要部分停电2.3电力系统稳定分类稳定性在本质上是不同方向的作用力互相平衡的结果电力系统作为一种高维、多变量的动力系统来看,其动态过程受到网络拓扑、运行条件和扰动类型等多方面的影响,各种力的失衡有多种形式,表现为多种不稳定现象前述简单的稳定性定义不能采取通用的简单方法进行分析,需要根据具体的失稳现象采用适当的描述方式突出重点问题合适的分类工作是有效的分析解决电力系统稳定问题的基础可观察到的系统主要变量在失稳过程中中表现出来的性质致失稳过程的扰动的大小(可决定在稳定分析、计算和预测时采取的方法)为评价稳定性需要考虑的元件、
14、过程及时间范围分类示意图:2.3.1 功角稳定互联系统中同步发电机在扰动下维持同步的能力取决于系统中每一台发电机维持或恢复其电磁转矩与机械转矩的平衡关系的能力影响功角稳定问题的基本因素是同步发电机转子角变化时其电磁转矩的变化方式(功角关系),系统的稳定性取决于转子角的变化量能否产生足够的恢复转矩。在转子角摇摆时同步机电磁转矩的变化包含两个分量同步转矩分量:与转子角变化同相位阻尼转矩分量:与转速变化同相位如果发电机的同步转矩分量不足将导致非周期失稳(或非振荡失稳)如果发电机的阻尼转矩分量不足将导致振荡失稳a. 小扰动功角稳定考虑充分小扰动时的功角稳定问题允许采用线性化的模型进行分析关心的时间尺度
15、为扰动后10到20秒从失稳方式划分:振荡失稳和非振荡失稳两种实际电力系统中通常出现的都是阻尼转矩不够导致的振荡失稳的现象由于调压器的调节作用,实际电力系统通常不会出现非振荡失稳,除非采用的是励磁电压为常数的模型从失稳区域划分局部失稳:一台或几台机组相对系统的其他部分的振荡(局部振荡模式)逐渐增幅影响因素包括失稳机组与系统的接入方式、调压系统以及机组出力全局失稳:一个地区的所有机组相对另一个地区的机组的振荡(区间振荡模式)影响因素十分复杂,负荷特性会产生重要的影响b.大扰动功角稳定(暂态稳定)考虑严重扰动(如短路故障)发电机转子角大幅变化,须采用非线性的功角关系系统是否失稳不仅取决于初始运行状态
16、,而且取决于扰动的严重程度失稳方式通常是由于缺乏足够的同步力矩而产生的非振荡失稳,即所谓的第一摆失稳大型电力系统中也存在其他失稳方式第一摆稳定后由于一个慢的区间振荡模式和一个局部振荡模式的叠加可能导致大的转子角偏移第一摆稳定后由于系统的非线性特性对某一振荡模式的影响也可能导致失稳时间尺度通常是扰动后3到5秒对具有明显的区间振荡模式的大型电力系统可将时间尺度延长到扰动后10到20秒从时间尺度来看小扰动功角稳定和暂态稳定问题都应归类为短期稳定2.3.2 频率稳定在导致系统发电量和负荷量出现明显不平衡现象的严重扰动发生后,系统维持频率的能力取决于在损失最小负荷的前提下系统维持或恢复发电量和负荷量之间
17、的平衡关系的能力频率失稳的现象是频率持续波动并导致切机和/或切负荷严重扰动下系统的频率、电压、潮流等都会大幅变化,因此分析时需要考虑一些常规的暂态稳定和电压稳定中不会考虑的过程、控制和保护手段,如锅炉、低周减载等大型互联系统中严重故障常常会到子系统解列,此时稳定研究的目的是确定是否可以在最小负荷损失的前提下达到每个解列区域的平衡状态频率稳定的分析常常针对系统或解列区域的平均频率进行引起频率稳定问题的原因包括:不适当的设备特性、不正确的控制和保护整定或者不充足的发电备用孤立系统中出现导致切机或者切负荷的扰动时常常需要关注其频率稳定问题在频率偏移的过程中起作用的设备和调节过程的时间尺度可以是几分之
18、一秒,如低频减载、发电机控制系统和保护系统,也可以是数分钟,如原动机功率调节系统和负荷电压调节系统因此频率稳定过程既可能是短期现象,也可能是长期现象频率偏移过程中电压也可能会明显变化,特别是在减载装置动作的孤立系统中。电压变化的百分比甚至可能大于频率变化的百分比,并进一步加剧发电量和负荷的不平衡2.3.3 电压稳定给定初始运行条件下发生扰动后电力系统维持其所有节点电压值的能力取决于电力系统维持或恢复负荷需求和负荷供给之间的平衡关系的能力电压失稳通常表现为部分节点电压逐渐下降或上升可能导致的后果损失部分负荷保护系统切除联络线或其他设备并导致连锁反应,部分发电机也可能在此过程中失去同步导致电压失稳
19、的主要原因通常是负荷特性,如电动机的滑差特性、配电网的电压调节装置、带分接头调节的变压器等,其试图恢复负荷的努力常常增加了高压网无功供应的负担并进一步加大了电压降输电网络中的电抗限制了功率传输和电压支撑的能力,其导致的电压降落在电压失稳的过程中也起重要作用大部分电压失稳现象表现为电压的持续下降,但电压上升的失稳情况也是存在的并发生过HVDC(高压直流输电)也可能引起电压稳定问题控制系统调节不当可能导致交流侧无功供应不足,所引起的电压失稳过程通常是快速的(秒级甚至更快)换流变的分接头调节动作也可能引起电压失稳,但失稳过程会慢的多a.小扰动电压稳定指微小扰动(如负荷增加)下系统维持电压的能力在适当
20、的假设条件下,可以采用线性化模型计算系统的灵敏度信息从而判断影响稳定性的因素由于线性化模型不能考虑如分接头调节之类的离散控制的影响,常常将线性化分析和非线性分析组合起来使用b.大扰动电压稳定指大扰动(如系统故障、切机、断线等)下系统维持电压的能力影响这一过程的因素包括系统和负荷特性、各种连续控制和离散控制的效果以及保护系统的动作情况确定大扰动下的电压稳定性要求对系统在扰动后足够长时间的响应进行分析,并考虑电动机、变压器分接头、发电机励磁限制等因素的影响时间尺度可能从几秒到几十分钟短期电压稳定:时间尺度为数秒包括电动机、HVDC换流器等元件需要对适当的系统微分方程求解,类似功角稳定的分析方法长期
21、电压稳定:数分钟或数十分钟考虑分接头调节、温度调节负荷以及发电机励磁限制等慢变元件考虑的扰动可能是负荷的缓慢增长失稳的原因可能是无法长期维持负荷平衡、扰动后的平衡点不稳定或者扰动后的平衡点的吸引域太小等等很多情况下可以采用静态分析的灵敏度概念2.4 电力系统的可靠性、安全性和稳定性及其关系可靠性系统在长的运行周期中工作正常的概率表示在相当长的时间内几乎不中断地为用户提供足够的电力供应的能力安全性电力系统在意外事件下不中断用户电力供应的能力的风险度安全性与系统对意外事件的鲁棒性有关,并取决于系统的运行条件以及意外事件的发生概率稳定性扰动后系统整体性的维持能力取决于系统的运行条件和扰动的性质可靠性
22、是系统设计和运行的总体目标为保证可靠性,系统绝大部分时间必须是安全的为保证安全性,系统必须是稳定的,同时必须对其他不能归类为稳定问题的偶然事件是安全的,如设备损坏、杆塔倒塌或者人为破坏等也可从后果来区分安全性和稳定性两个具有相同稳定裕度的系统,如果一个系统失稳的后果比另一个更差,则前者的安全性相对较差安全性和稳定性是时变的,可以通过对特定运行方式的研究进行判断可靠性是一段时间内的平均性能,只能通过对一段时间内系统性能的整体考虑进行判断3 无功功率分配与系统电压稳定的关系3.1无功功率平衡综述无功功率平衡是指在电网运行的每一时刻,所有无功电源发出的无功功率要等于所有负荷所消耗的无功功率和系统中各
23、环节上无功功率损耗之和。无功电源包括发电机、调相机、静止无功补偿器、并联电容器等。系统中无功功率损耗主要是指在线路和变压器中的无功损耗。与系统中的有功功率损耗相比,无功损耗要大得多,这是因为高压线路、变压器的等值串联电抗要比电阻大得多,变压器的励磁无功损耗也比有功损耗大得多。系统中的有功损耗一般占负荷功率的百分之几,而系统中的无功损耗与无功负荷的大小是差不多的,无功电源发出的无功功率大致一半是供给负荷的,而另一半是补偿线路、变压器中的无功功率损耗的。因此,电网需要的无功功率仅靠发电机供给是远远不够的,需要装设大量的无功补偿设备,无功功率的分区域优化尤其必要。如同有功功率平衡一样,电力系统的无功
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