电力系统电压稳定性及其控制PDF电子书下载

目录 1

引言 1

第1章 概论 1

1.1　现代电力系统 1

1.2 电力系统运行及控制 3

1.2.1 电力系统运行 3

1.2.2　电力系统分析 4

1.2.3　电力系统控制 5

1.3 电力系统稳定性的定义及分类 7

1.3.1　角度稳定性及其分类 8

1.3.2　电压稳定性及其类型 10

1.3.3　频率稳定性 12

1.4　电力系统电压不稳定事故及其特征 14

1.5 电压稳定性的研究 16

1.5.1　电压稳定研究的历史和现状 16

1.5.2　电压失稳的机理解释 17

1.5.3　电压稳定分析方法 20

第2章 电力系统和设备的特性 31

2.1 电力传输系统特性 31

2.1.1　有功功率、无功功率传输和电压降落 32

2.1.2　传输线中电流、受端电压和功率的关系 34

2.1.3　无功功率传输的困难 36

2.1.4　短路容量、短路比和电压调节 38

2.2 发电系统特性 40

2.2.1　发电机的容量特性 41

2.2.2　发电机控制和保护 43

2.2.3　发电系统对功率冲击的响应 47

2.2.4　电厂的响应 48

2.3 负荷系统特性 49

2.3.1　什么是负荷 49

2.3.2　负荷元件的静态和动态特性 51

2.4.1　串联电容器 57

2.4 无功补偿设备特性 57

2.4.2　并联电容器组和并联电抗器 59

2.4.3　静止无功补偿器 60

2.4.4　串联补偿和并联补偿的比较 62

2.4.5　同步调相机 63

2.4.6　输电网络分接头可调变压器 63

第3章 电压稳定分析的数学理论基础 67

3.1 可行域与边界理论 67

3.1.1　电力系统一般模型 67

3.1.2　可行域 68

3.1.3　边界理论 70

3.1.4　可行域和潮流多解的统一 72

3.2 动力系统基本概念 74

3.2.1　常微分方程基本概念 74

3.2.2　常微分方程解的稳定性概念 76

3.2.3 平衡点及其稳定性 78

3.2.4　不变流形 81

3.2.5　极限环及其稳定性 83

3.2.6　吸引区域（Region ofAttraction） 85

3.3 分岔理论基础 86

3.3.1　分岔概述 87

3.3.2　静态分岔 88

3.3.3　电力系统中的鞍点分岔 90

3.3.4　Hopf分岔的基本概念 94

3.4 微分—代数系统 98

3.4.1　微分—代数系统平衡点和稳定性 98

3.4.2　代数奇异性 99

3.4.3　奇异诱导分岔 100

3.5 多时标 101

3.5.1　奇异摄动 101

3.5.2　慢流形 102

3.5.3　慢流形和快流形 103

3.5.4　两时标系统中的奇异性 105

4.1　概述 106

第4章 电压稳定分析的数学模型 106

4.2 发电机系统模型 108

4.2.1　发电机基本模型 108

4.2.2　发电机与网络接口 108

4.2.3　调速器模型 109

4.2.4　励磁调节系统模型 110

4.2.5　电力系统稳定器模型 110

4.3 负荷模型 111

4.3.1　负荷与电压、频率的关系 112

4.3.2　负荷恢复的动态特性 113

4.3.3　异步电动机 115

4.3.3.1　异步电动机的重要性 115

4.3.3.2　异步电动机模型 115

4.3.3.3　受机械转矩影响的电动机特性 118

4.3.3.4　单相异步电动机 121

4.3.4　恒温负荷的恢复特性 122

4.3.5.1　负荷集成 124

4.3.5　一般集成负荷的模型 124

4.3.5.2　自恢复负荷的一般模型 125

4.4 有载调压变压器（OLTC） 127

4.4.1　OLTC概述 127

4.4.2　OLTC模型 127

4.4.3　OLTC与负荷恢复 129

4.4.4　OLTC的级联 131

4.5　机械投切电容器（HSC）和电抗器（HSR） 133

4.6　FACTS设备模型 133

4.6.1　FACTS设备的工作原理 134

4.6.2　UPFC结构 139

4.6.3　电压源逆变器的输出特性 140

4.6.4　UPFC的数学模型 140

4.6.5　UPFC工作方式 141

4.6.6　潮流计算中FACTS元件的模型 143

4.7 高压直流输电系统（HVDC）的模型 144

4.7.1　换流器的数学模型 145

4.7.2　调节系统的数学模型 146

4.7.3　直流输电线路模型 149

第5章 电压稳定性的静态分析 152

5.1　概述 152

5.2 负荷能力极限 153

5.2.1　负荷特性的影响 153

5.2.2　负荷能力极限的性质 154

5.2.3　存在不连续时的负荷能力极限 156

5.3 电压稳定性和转子角度稳定性关系 158

5.3.1　如何鉴别电压还是角度静态不稳定 158

5.3.2　算例 160

5.4　电压稳定性（P-U曲线分析） 162

5.5 电压稳定性（U-Q曲线分析） 166

5.6 电压稳定性和潮流问题 168

5.6.1　常规潮流 168

5.6.2　连续潮流方法 171

5.6.3　连续潮流计算中的一些问题 174

5.6.4　数字实例 176

5.6.5　潮流可行性方法 178

5.6.6　多潮流解方法 178

5.7 用于电压稳定分析的扩展潮流 178

5.7.1　三个特征矩阵 179

5.7.2　静态电压稳定分析的理论 179

5.7.3　静态电压稳定模型的实现 182

5.7.4　算例 187

5.8　电压稳定的灵敏度分析 189

5.9 电压稳定的分岔分析——最短路径算法 191

5.9.1　求解最短路径算法原理 191

5.9.2　算例 193

第6章 电压稳定的特征结构分析法 196

6.1　概述 196

6.2 特征结构分析法 196

6.2.1　基本方程式 197

6.2.2　系统雅可比矩阵的特征结构分析 198

6.2.3　电压稳定裕度λ min对状态变量和控制变量的灵敏度 199

6.2.4　电压稳定裕度λmin及其灵敏度的计算 205

6.2.5　特征结构分析方法的应用 206

6.3 用于电压稳定分析的奇异值分解法 211

6.3.1　奇异值分解法 211

6.3.2　奇异值分解用于电压稳定性分析 213

6.3.3　稳定裕度δmin对状态变量X及控制变量Ys的灵敏度 217

6.3.4　最小奇异值δmin及其左、右奇异向量的计算 218

6.3.5　算例 218

6.4 电压稳定性的模态分析 220

6.4.1 简化的雅可比矩阵 220

6.4.2　电压不稳定模式 221

6.4.3　节点的参与作用 222

6.4.4　支路的参与作用 222

6.4.5　发电机的参与作用 223

7.1　概述 225

7.2　电压稳定性分析的指标类型和要求 225

第7章 电压稳定性的指标 225

7.3 静态电压稳定性指标 226

7.3.1　灵敏度指标 227

7.3.2　特征值／奇异值指标 228

7.3.3　不变子空间参数灵敏度指标 230

7.3.4　电压稳定性接近指标 231

7.3.5　局部指标 234

7.3.6　能量函数指标 237

7.3.7　U/U0指标 238

7.3.8　阻抗模指标 239

7.3.9　裕度指标 239

7.3.10　小结 240

7.4 二阶指标及其应用 240

7.4.1　二阶指标的原理、特性 240

7.4.2　适用于二阶指标的电力系统函数 240

7.4.3　网损灵敏度及其二阶指标 243

7.4.4　计算实例及比较 244

7.5.1　指标的构造特点及适用模型 246

7.5 静态电压稳定指标的比较与应用 246

7.5.2　各指标的性能比较 247

7.5.3　指标应用 249

第8章 电压稳定的动态分析 259

8.1　概述 259

8.2　电力系统动态模型 260

8.2.1　引言 260

8.2.2　有载调压器（0LTC）的变阻抗模型 261

8.2.3　电动机负荷的变阻抗模型 263

8.2.4　发电机及其励磁控制系统的数学模型 264

8.2.5　多机多节点系统的动态数学模型 264

8.2.6　电压稳定模式的集结计算原理 273

8.2.7　算例及分析 274

8.3 电压稳定动态分析的时域仿真 278

8.3.1　引言 278

8.3.2　常微分方程的数值解法 279

8.3.3　基于隐式梯形积分的时域仿真 282

8.3.4　系统各元件模型 283

8.3.5　网络故障及操作处理 283

8.4 电力系统动态元件对电压稳定性的影响 286

8.4.1　概述 286

8.4.2　不同负荷模型对电压水平的影响 288

8.4.3　OLTC对电压稳定的影响 290

8.4.4　发电机最大励磁限制（Maximum Excititation Limit，MXL） 293

对电压稳定的影响 293

8.4.5　低压减载（Low Voltage Load Shedding）的作用 294

8.4.6　低频减载（Low Frequency Load Shedding）的作用 296

8.4.7　发电机定子电流限制对电压稳定的影响 296

8.4.8　SVC对电压稳定的影响 296

第9章 在线电压稳定性分析的功能要求 299

9.1　概述 299

9.2　在线电压稳定性评估一般要求 300

9.3　事故定义 301

9.4　事故选择 302

9.5　事故筛选和排序 303

9.6　事故分析 304

9.7　电压稳定性准则 305

9.8　电压安全性监控器 306

9.9 加强电压安全性的措施 308

9.9.1　预防措施的在线确定 308

9.10 模拟和数据的要求 309

9.10.1 电压稳定分析的模型要求 309

9.9.2　补救措施的在线确定 309

9.10.2　电压稳定性分析的数据要求 311

9.11 在线电压稳定性估计运行模式 312

9.11.1　在线VSA运行控制的要求 312

9.11.2　研究模式中运行控制的要求 313

9.12 在线电压稳定性分析用户要求 313

9.12.1　在线VSA的用户一般要求 314

9.12.2　运行人员要求 315

9.13.1 自动生成运行指令的考虑 316

9.13 接口要求 316

9.12.3　运行规划人员／工程人员的要求 316

9.12.4　管理人员的要求 316

9.13.2　与能量管理系统接口 317

9.13.3　与能量管理系统服务器接口 317

9.14 规模和性能要求 318

9.14.1　规模 318

9.14.2　性能要求 318

9.15　可扩展性 318

第10章 电压稳定性的预防与校正控制 320

10.1 概述 320

10.1.1　电压稳定控制的概念 320

10.1.2　电压稳定分层分区控制 321

10.1.3　电压稳定控制措施 322

10.1.4　电压稳定控制的要求 323

10.2 发电系统控制 323

10.2.1　发电机高压侧电压控制 324

10.2.2　发电机和SVC的无功控制 327

10.2.3　发电机出力调配 329

10.2.4 自动发电控制（AGC） 329

10.3 传输系统的控制 333

10.3.1　并联补偿 333

10.3.2　串联补偿 334

10.3.3　OLTC的控制策略 335

10.3.4　直流输电系统的控制 336

10.4 负荷系统控制 344

10.4.1　变电站电压／无功的协调控制 344

10.4.2　动态电压调节器 348

10.4.3　风电场的无功控制 349

10.4.4　切负荷控制 350

10.5 二级电压控制 363

10.5.1　概述 363

10.5.2　灵敏度方法选择引导节点和划分控制区域 367

10.5.3　电气距离方法选择引导节点和划分控制区域 372

10.5.4　二次电压控制策略研究 373

10.5.5　模糊逻辑二级电压控制器及其实现 376

10.5.6　计算实例 378

10.6 控制与保护的协调 385

10.6.1　继电保护与电压稳定性 385

10.6.2　自适应保护控制 387

10.7　规划和运行方面的措施 389

10.8 新技术在电压稳定控制中的应用 390

10.8.1　就地测量的电压不稳定指示器 390

10.8.2　广域相量测量技术 393

10.8.3　多代理协调控制 404

10.8.4　电力系统自适应自愈策略（self-healing strategies） 407

附录A 电力系统电压不稳定事故 415

附录B　测试系统稳态和动态的数据 430

附录C　3机12节点系统计算数据 433

附录D IEEE-新英格兰10机39节点系统 436