有载调压变压器对电力系统电压稳定的影响分析.pdf
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1、第 5 2卷第 2 0期 2 0 1 5年1 O月 2 5日 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s ur e me n t I n s t r u m e n t a t i o n Vo 1 5 2 No 2 0 Oc t 2 5。 2 01 5 有载调压 变压 器对 电力系统 电压稳定 的影 响分析 司丞坤, 高金峰 ( 郑州大学 电气工程 学院, 郑 州 4 5 0 0 0 1 ) 摘要 : 为研究含有载调压变压器电力系统的电压稳定 问题 , 文章基于分岔理论分析了含有载调压变压器单机无 穷大系统负荷变化对电压稳定的影响, 讨论了有载调压变压器在维持系统电压稳
2、定中的作用及其调压策略中 闭锁 、 延时以及等值 电抗对系统电压稳定的影响。结果表明 : 在 系统接近电压崩溃极 限时, 闭锁有 载调压变压 器分接头能使负荷节点电压维持在较低水平 , 有助于避免系统电压崩溃 ; 较短的延时虽不能避免电压崩溃 的发 生 , 但有效延缓 了电压崩溃的发生速度 ; 较小的等值 电抗会使系统电压受到较为明显的干扰 。 关键词 : 有载调压变压器 ; 电压稳定 ; 分岔理论 ; 单机无穷大系统 中图分类号: T M8 5 2 文献标识码 : B 文章编号 : 1 0 0 1 1 3 9 0 ( 2 0 1 5 ) 2 0 0 1 1 3 0 7 Ana l y s i
3、 s o n t h e e ffe c t o f o n- l o a d t a p c h a ng e r o n t he v o l t a g e s t a b i l i t y o f p o we rs t e m S i C h e n g k u n,Ga o J i n f e n g ( S c h o o l o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g , Z h e n g z h o u U n i v e r s i t y , Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 1 ,C h i n
4、a ) Abs t r a c t:I n o r d e r t o r e s e a r c h t h e v o ha g e s t a b i l i t y o f p o we r s y s t e m i n c l u d i n g OL TC,t h i s pa p e r ,b a s e d o n t h e b i f u r c a t i o n t h e o r y,a n a l y s e s t h e i n fl u e n c e o f l o a d o n v o l t a g e s t a b i l i t y i n s
5、 i n g l e ma c h i n e i n f i n i t e b u s p o w e r s y s t e m i n c l u d i n g OL T CT h e n,t h e f u n c t i o n o f O L T C i n s u s t a i n i n g t h e s y s t e m v o l t a g e s t a b i l i t y a n d t h e i n fl u e n c e o f l o c k i n g a n d d e l a y i n g i n t he r e g u l a t
6、i o n s t r a t e g y a n d t h e e q u i v a l e n t r e a c t a n c e o n s y s t e m v o l t a g e s t a b i l i t y a r e d i s c u s s e d Th e r e s u l t s s h o w t h a t wh e n t h e s y s t e m i s c l o s e t o t he l i mi t o f v o l t a g e c o l l a ps e,l o c k i n g t h e t a p o f O
7、L TC c a n s u s t a i n t he v o l t a g e o f l o a d n o d e a t a r e l a t i v e l y l o w l e v e l ,w h i c h i s c o n d u c t i v e t o a v o i d t h e s y s t e m v o l t a g e c o l l a p s e An d a s h o r t d e l a y i s e f f e c t i v e i n d e - l a y i n g t h e s p e e d o f v o l
8、t a g e c o l l a p s e A s ma l l e r e q ui v a l e n t r e a c t a n c e wi l l l e a d t o a mo r e o b v i o u s i n t e r f e r e n c e r e c e i v e d b y t h e s y s t e m v o l t a g e Ke y wo r d s : o n l o a d t a p c h a n g e r ,v o h a g e s t a b i l i t y,b i f u r c a t i o n t h e
9、 o ry ,s i n g l e ma c h i n e i n fi n i t e b u s p o w e r s y s t e m 0 引 言 近年来 , 世界 上一些大 电网相继发 生电压崩溃 事故 , 电压稳定 问题 已经引起 了世界 电力系统工作 者的高度重视。经过近二十年 的广 泛研究 , 电压稳 定性问题 已经在一定 程度上被深入地认识 , 其研究 历史及现状可参见相关文献 1 3 。与此同时, 随着 近几年智能电网的逐步推进 以及各种新能源和分布 式 电源 的接入 , 电力系统需要将运行 电压维持在一 个合理 的水 平 , 为此采 取 了诸 多 的 电压 调整 措
10、施。 有载调压变压器 ( O n L o a d T a p C h a n g e r , 简称 O L T C) 作为电力系统中重要的电压调节设备, 在系统运行 中可以 自动改变分接头 , 调节变 比, 调整 电压 和降低 损耗 , 因而得到 了较 为普遍的应用 , 其对系统电压稳 定的影响也被广泛地关注和研究。 电力系统本质上是一个 复杂的含参数非线性动 力学系统 , 系统失稳可认 为是当参数连续变化并 经 过某一临界值时系统的定性形态发生突然变化时的 必然现象 。这种现象称为分岔 , 对 应 的临界运行 点称分岔点。 许多学者对 O L T C在 电压失稳过程 中的重要作 用从不 同方
11、面进行 了研究_ 5 J 。文献 5 利用分 岔 理论研究 O L T C变 比变化 时电压失稳静分岔 曲线的 “ 迁移” 问题 。文献 6 探讨 了影响有载调压变压器 “ 负调压效应” 临界点的各 种因素 , 分析 了系统 电压 及有载调压变压器负荷侧功率 因数 与有载调压变压 器“ 负调压效应” 临界点的关系。 一 11 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 2卷第 2 0期 2 0 1 5年1 O月 2 5日 电测与仪表 El e c t r i c a lM e a s u r e m e n t I n s t r u me n t a t i
12、o n V0 1 5 2 NO 2 0 Oc t 2 5。 2 0 1 5 文献 7 讨论 了超高 高压之 间有载调压变压 器( O L T C) 的调整在预防控制 中对电压稳定 的影响 , 提出了一种通过优化调整 O L T C分接头变 比改善 电 压稳定性的新算法。 、 文献 8 详细分析了 O L T C变比对负荷功率恢 复和临界功率的影响, 对大扰动后闭锁 O L T C的作用 提出了新的看法 。 众所周知 , 电力系统是一个高维非线性 系统 , 其 稳定性问题实质上属于非线性动态系统 的稳定性 问 题。分岔理论是对非线性动态系统进行结构稳定性 机理分析的有力工具 , 因此应用分岔理论
13、来研究 电 力系统的分岔问题及其相应的结构稳定性不仅对揭 示电压失稳机理具有重要 的意义 , 也对整个 电力 系 统的分析具有重要的理论价值和实际价值。 文章运用非线性分岔理论方法探讨含有载调压 变压器的电力系统电压稳定问题, 首先给出了 O L T C 控制系统功能模块 以及离散模型 , 然后采用单机无 穷大系统分析 了 O L T C使得系统 电压稳定临界点发 生改变的现象, 最后针对具体的 Wa l v e 综合负荷模 型 , 分析了 O L T C分接头 闭锁 , 延时 以及 自身等值 电 抗对系统电压稳定的影响。 1 有载调压变压器功能模块及模型 1 1 OL T C控 制 系统功
14、能模 块 O L T C控制系统功能模块如 图 1 所示 , 它包括线 路压降补偿器, 由电压调节器组成的测量元件和延 时元件以及由电机驱动的调压装置等基本要素。 - 11 4 图 1 O L T C抽头控 制 系统功 能模块 图 F i g 1 F u n c t i o n b l o c k d i a g r a m o f OLTC t a p c o n t r o l s y s t e m 1 2 有载调压变压器模型 有载调压变压器的作用是调节负荷节点电压 的 幅值 , 它使变压器二次电压在参考电压值附近变动。 在 O L T C的建模 过程 中, 往 往忽略其 电阻和励磁 电
15、 抗 , 并且保证其漏抗不变。在时域仿真中 O L T C通常 采用离散模型或者连续模型, 文章为准确计及 O L T C 在 电压中期动态稳定 中的作用 , 采用了文献 9 中介 绍的离散模型, 如图 2所示。 有载调压变压器控制的基本步骤如下 : 接 收电 压互感器传来的信号, 当中枢点电压偏差超出其死 区( 也称灵敏 区) 时, 启 动定 时器 , 经 定时器延时之 后 , 电动机启动, 带动分接头改变变压器的变 比。 在线路电压补偿部分 , 、 , 2 分别为待测节点的 电压和电流 ; R 和 为补偿 阻抗 , 与流过变压器 的 电流 , 2 的乘积代表线路上的压降。 J lb l 1
16、 一 一厂一 一 e 一1 一 电动调节分接头环节 限幅环节 a J - An 当 I 畸 变 化 l 厂 m l 舢 一 。 一 , 2 。 一 l m m 一 图2 有载调压变压器离散模型 F i g 2 D i s c r e t e mo d e l o f O L T C 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 2卷第 2 0期 2 0 1 5年1 0月 2 5日 电测与仪表 Ei e c t r i c a l M e a s ur e nl e nt I n s e nt a t i o n VO I 5 2 NO 2 O 0c t 2 5 2 0
17、1 5 在测 量环 节 中, 、 , 2为待测 节点 的 电压 和 电 流 , e 为其输 出; 1代表分接头上 调 , 一1代表分接头 下调。在延迟环节 中: r0 ( t 1 s ) b= 1 ( 1 d , e=1 ) ( 1 ) L 一1 ( t 1 , e=一1 ) 式中 b为延时环节输 出逻辑值 ; T a为该环 节设 定的 时延 , 表示当计时器计时达到 后 , 有载调压器分接 头才开始进入动作状态。 在分接头调节环节中, 其 自身带有 电机驱动和分 接头机械动作 带来 的时延 , 输 出为分 接头位置 的变 化 : r0 ( t 2 T m ) A n= 1 ( t 2T m
18、, b=1 ) ( 2 ) L 一1 ( t 2 T m , b=一1 ) 式中 A n为分接头位置的增量变化 ; 1 为上调 , 一1为 下调; 为电机驱动和分接头机械动作固有的时延, 表示分 接头 完成切 换这样 一个 物理 运动 所需要 的 延 时 。 2系统与负荷模型 2 1 含 O L T C单机无穷大 系统 为了从机理上分析 O L T C可能导致系统 电压崩 溃 的现象 , 很多文章 如文献 1 01 2 都采用 了图 3 所示的含 O L T C单机无穷大系统。 W a i ve 模型 电动机 率负荷 图3 含 O L T C单机无 穷大系统模型 Fi g 3 Mo d e l
19、 o f s i n g l e ma c h i n e i n f i n i t e b us po we r s y s t e m i nc l u d i n g OLTC 图 3中, 负荷 由 Wa l v e等值 电动机模型和恒功率 负荷模型并联组成, 经 O L T C由等值线路阻抗连接到 无穷大系统 中。对于图 3所示 的系统模型 , 从负荷侧 看的系统等值模型如 图4所示 。 2 2 负荷模型 有载调压变压器对 电力 系统 电压稳定影响受多 种因素限制 , 如负荷特性 , 功率极限以及系统参数等。 其中负荷特性是影响电压稳定性的一个重要方面 , 因 此 , 为了能准确地反
20、映实际电力系统的负荷情况 , 文 l 二卜 厂 I - P+ j Q + j ( W a i v e 模型 电动机 率负荷 图4 系统等值模型 Fi g 4 Eq u i v a l e n t mo d e l o f s y s t e m 章采用文献 中介绍的 Wa l v e 等值电动机模型与恒 功率负荷模型并联的综合模型作为负荷模型 , 讨论在 该负荷模型下 , 有载调压变压器对电力系统电压稳定 性 的影响。 Wa l v e模型是一种能够 描述 扰动感 应 电动机 动 态行为的综合负荷模型 , 包含商业居民与工业两种负 荷类型。商业与居民采用恒功率负荷模型 , 工业负荷 包括静态与
21、动态两部分 , 静态部分采用 Z I P模型 , 动 态部 分 则 是 负 荷所 在 母 线 电压 与相 角导 数 的 函 数 。这种综合负荷模型常被应用于电压稳定的分 岔研究中, 负荷模型描述如下 : P = P1 Q 。=Q。 ( 3 ) P d=P 0+k p w O+ p v ( V+ ) Q d=Q 。+k q w O+k q v V+ q v 2 式中 P , Q 表示与感应 电动机并联的恒功率 负荷有 功功率及无功功率, Q = k P , k 为负荷系数; V , 0 表示 负荷母线 电压 的幅值与相角 ; P d , Q 表示动态感应 电 动机 的有功功率和无功功率 ; P
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