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基于小干扰分析的电力系统电压稳定研究

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<电气开关》(2010.No.5) 45 文章编号:1004—289X(2010)05—0045—05 基于小干扰分析的电力系统电压稳定研究 任海燕,吴奋读 (广西大学电气工程学院,广西 南宁53004) 摘要:介绍小干扰分析电力系统电压稳定的基本原理和电力系统静态电压崩溃极限点的概念;其次,介绍了考 虑SVC的小干扰电压稳定分析的数学模型及其方法;最后,基于上述模型和方法对IEEE3机9节点和2机四节 点进行算例分析,在具体分析时对比了不含SVC和含SVC的系统的小干扰电压稳定性,验证了SVC对静态电压 稳定的作用;对比分析了系统正常运行状态下和在静态电压临界点的小干扰稳定情况;通过计算系统各个模态的 参与因子,得到了对系统小干扰稳定性有重要作用的状态变量;通过计算各节点电压失稳系数,得到系统的小干 扰电压稳定的薄弱节点。上述研究验证了SVC对提高电压稳定具有重要作用,参与因子和失稳系数能为确定电 压稳定的薄弱环节提供一定的判断依据。 关键词:电压稳定;小干扰;参与因子;失稳系数 中图分类号:TM712 文献标识码:B Study on Power System Voltage Stability Based on Small Distrubance Analysis REN Hai—yan. Fen—du (Electrical Engineering College,Guangxi University,Nanning 530004,China) Abstract:The basal principle of the power system voltage stability of the small distrubance analysis and the concept of he static volttage breakdown limit point of the power system are presented.Secondly,the mathematical model of the small distrubance voltage stability analysis of SVC and the method are also presented.Finally,for the above—mentioned the model and method,the calculating examples to IEEE 3G9 nodes and 2G4 nodes are analyzed.1%r the concrete analysis contrast the small distrubance voltage stability without SVC and with SVC systems,verifying SVC to affect of the stati voltage stability.The small distrubance stable condition under normal operating state and static voltage critical point are compared and analyzed.By calculating the particpative factor of each modality of the system,get the state variable that has an important action to the small distrubance stability of the system.By calculating the voltage unstability coeficientf of each node,get£he weak node of the small distrubance stability of the system.The study above mentioned has verified that SVC has an important action to increasing the voltage stability.The participative factor and the unstability coeficifent can offer certain judement basises to set the weak link of the voltage stability. Key words:voltage stability;small disturbance;participation factor;unstability factor 引言 小扰动稳定性研究是研究系统正常运行时受到微 小瞬时出现的扰动后恢复到正常工作状态的能力。小 压稳定的指标包括灵敏度、特征值、奇异值、裕度等。 本文采用系统的特征值来判断系统电压的稳定性。特 征值是与模态相对应的,模态分析是利用系统静态模 型,计算简化雅克比矩阵规定数目的最小特征值及其 特征向量,其大小提供了电压不稳定的相对量度。衡 量电压不稳定的另一个系数是电压失稳系数,即 反 干扰电压稳定分析的主要内容包括小于扰稳定性分析 方法的研究、小干扰稳定极限的研究、特征值灵敏度分 析和应用3个方面的内容 ]。如何简单计算线性化方 程系数矩阵是小干扰稳定分析的重点。衡量小干扰电 映了从端口电压观察系统i个模态相应的过渡过程时 相对振幅的大小和相位关系。如果 较大,则说明相 <电气开关>(2010.No.5) 应节点存在较大的电压不稳定因素。本文主要通过计 算几个实类的特征值及参与因子及失稳系数,来判断 各个系统的小干扰电压稳定性,来说明特征值在电压 稳定分析中的应用。 l 式中:/f= : = 2小干扰电压稳定的基本原理 1 它实际上是一种李雅普诺夫意义下的渐进稳定, 可计及与电压稳定问题有关的各元件的动态,其实质 e= -l ,O= 在于将所考虑动态元件的微分方程在运行点处线性 化,通过分析状态方程特征矩阵的特征根来判断系统 的稳定性和各个元件的作用 。 将描述非线性系统的状态向量方程: -lfax ) (1) 在原点泰勒展开,得: dAx—了_=AAx+^(△ ) (2) 式中:A: OAx 』j : 0 批I。 J: 如果 h(Ax)在Ax=0的领域内是 一 一 一 的高阶无穷小量,则 ; 一阮 往往可以用线性系统:~ ; 一  ~ ; ~ dAx—:一 AAx ; 一 一 ; 一 (3) 的稳定性来研究下式: =厂( ) (4) 所描述的非线性系统在点 。的稳定性: (1)如果线性化后的系统渐进稳定,即当A的所 有特征值的实部均为负,那么实际的非线性系统在平 衡点是渐进稳定的。 (2)如果线性化后的系统不稳定,即当 的所有 特征值中至少有一个实部为正,那么实际的非线性系 统在平衡点是不稳定的。 (3)如果线性化后的系统临界稳定,即当A的所 有特征值中无实部为正的特征值,但至少有一个实部 为零的特征值,那么不能从线性近似中得出关于实际 非线性系统的任何结论。 将描述电力系统动态特性的微分一代数方程式: J-d面x= ) (5) t0=g( ,y) 在稳态运行点线性化,得: 出】=∞ ㈤ 0Y, 在式(5)中消去运行向量Ay,得到: J A.. d三 =AAx (7) 式中:A= 一雷 C (8) 矩阵 通常被成为状态矩阵或系数矩阵。 由此可见,小干扰稳定分析实际上是研究电力系 统的局部特性,即干扰前平衡点的渐进稳定性。显然, 应用李雅普诺夫线性化方法研究电力系统小干扰稳定 性的理论基础是干扰应足够微小。 2.1 模态参与因子 模态参与因子和失稳系数都跟系统的特征值相关。 模态分析是利用系统静态模型,计算简化雅克比矩阵规 定数目的最小特征值及其特征向量,其大小提供了电压 不稳定的相对量度。为了确定状态变量和模态之间的关 系,把右特征向量和左特征向量结合起来,形成如下的 参与矩阵,用它来度量模态和模态之间的关联程度¨ : A1 A A Ax, Ul1'/311 … /gliUli … ln口1n ● ● ● ● ● P=Ax, Ukl l … UkiVki … Mh n (9) ● ● ■ ● ● 称参与矩阵P的元素P =lLkiV 参与因子,它度量 了第i个模态和第k个状态变量的相互参与程度。 2.2 失稳系数 节点电压的直角坐标形式又可表达V= [ ]T的形式,下标 和.,分别表示实部和虚部, 由文献[11],电压失稳系数可以通过式(10)求出: av,:『L 1c,J △ :cax (1o) 。 t t 从而,特征根对节点电压的失稳系数为 =CU =[ W:… ]¨ ,其中U为特征值的右特征 (电气开关》(2010.No.5) 向量矩阵。 3含SVC元件的小干扰稳定性 系统各个动态元件的状态方程、网络方程以及系 统的线性微分方程参看文献[10],需要说明的是本文 只考虑了发电机转子运动方程和定子电压方程,不考 虑转子电磁暂态方程。 3.1 全系统的线性微分方程 由以下各发电机方程组的方程式_1引: △xs+BsA (11) AIg=Cg缸 +Dg△ 可以组成全部发电机组的方程式: △ (13) AIG=CGAxG+Dc△ (14) 式中: Ac=diag{Agl A …};BG=diag{廖g1 CG:diag{Cg1 C …};DG=diag{Dg1 B s2 ) SVC的方程式如下: △ (15) AI。:C Ax +D。△ (16) 将式(14)和式(16)代人文献[10]的式(7—67) 中消去△,。、△, ,所得结果与式(11)、(15)一起组成式 (6)所示的矩阵关系,其中: △x=[Ax e A ̄sITAy -[△:[△ △州 ] T)J = 置】 = 】 e=[ 。 。】 YGs : sYysGLL] L yL _J 用式(17)的矩阵A、雪、e、D,根据式(8)即可获得 状态矩阵A。至此已经得到电力系统在稳态运行点的 线性化方程。 4算例分析 该系统有3台发电机、3个负荷以及9条支路。 47 系统图如图1所示。 图1系统结构图 4.1系统特征值对比(如表1~表4所示) 表1未加SVC的特征值 一O.0oo0 一O.oo1O —O.0ol0 一O.o0l0 一O.o020 —0.o020 —0.0040—0.0o55i一0.OO4O+0.0o55i —O.O16O 一0.0199 —0.0199 —0.0012一O.o966i 一0.oo12+0.0966i 一0.1000 —0.1000 —0.100o 一0.1004 —0.1006 —0.1012 —0.0007—0.1344i 一0.0007+0.1344i一0.2869—0.2912i一0.2869+0.2912i一0.4845—0.2109i 一0.4845+0.2lo9i 一0.7437 —1.0000 一1.oo00 —1.oo00 一O.8945—0.9045i一0.8945+0.9045i 表3稳定极限下加了SVC的特征值 0.o00o 一O.oo10—0.0000i一0.O010+0.oo0oi 一0.O010 —O.0020 —0.0o20 —0.0040—0.0o57i一0.0040+0.o057i —0.0157 一0.0198 —0.0198 —0.O017—0.0706i ~O.0o17+0.0706i —O.1ooO —0.10oO —O.1000 一0.1004 一0.1007 —0.1013 —0.Oo08—0.1254 —0.oo08+O.1254i一0.2667—0.2695i一0.2667+0.2695i一0.4562—0.1573i —O.4562+0.1573i 一0.7586 —1.0000 —1.0000—0。0000i —1.oo00+0.0000i一0.9155—0.9964i一0.9155+0.9964i 4.2各模态参与因子对比 由于文章篇幅所限,本文只列举了部分模态的参 与因子。 不稳定特征值的参与因子的对比: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101l】2 State number 图2不含SVC的系统不稳定特征值的参与因子 48 u口皇州岛再昌 o 再d131七∞ ,^u0^Xun^XUnO (电气开关>(2010.No.5) 表4模态l一4的各个电压失稳系数 暑 岛日基鲁D1苗鲁u薯山 口 !Ⅱ 目口0 ∞d1 蕾 u 暑一基—基口0口 d1u 鲁 ●^unxu0^ u0n 0 5 10 15 20 25 30 35 State number 等暑 盛叠a0薯d10葛 ∞ mlIl嚣§口0 言一蔷 图3稳定极限下含SVC的系统不稳定特征值的参与因子 阻尼比小于0.05的各模态的参与因子的对比: Pattieipation factors of mode3:dainping0:0.015867 frequehcy].5218 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10ll12 0 5 10 15 20 25 30 35 State number State number 图4不含SVC的系统的3图5含SVC的系统模态12 模态的参与因子 的参与因子 0 5 10 l5 2O 25 30 3S State number .图6稳定极限下含SVC系统模态13的参与因子 4.3 1号发电机的参与因子 l 2 3 4 5 6 7 8 9 1OllI2 0 5 10】5 2O 25 30 35 mode number mode number 图7含SVC的参与因子图8不含SVC时的参与因子 0 5 10 15 20 25 30 35 mode number 图9稳定极限下的参与因子 4.4电压失稳系数 由于文章篇幅所限,本文只分析不含SVC稳定措 施的三机九节点系统,系统的部分电压失稳系数如下 (我们只选取那些较大的失稳系数,因为它表征了该 节点的电压存在较大的不稳定因素): 5 结论 电力系统在受到小干扰后能否保持电压稳定对整 个系统的稳定来说有非常重要的意义,本文为了分析 电压的小干扰稳定,主要做了以下几方面的工作: (1)对比了系统在正常运行时和静态电压极限点 的小干扰情况,通过算例特征值的实部来判断系统的 小干扰电压稳定性。 (2)分析了系统在未加励磁、PSS、SVC的情况下 和加了前述系列稳定器之后的特征值、系统模态的参 与因子,模态值的大小提供了电压不稳定的相对量度。 即模态值越大,相应结点的电压失稳系数越高。同时 对比发现¥VC能改善系统的稳定性,提高电力系统的 静态稳定,使电压在受到小干扰后能保持稳定。 (3)对比阻尼小于0.05和大于0.05时系统的特 征值发现:阻尼较小时,系统特征值的实部的绝对值较 小,系统更接近小干扰电压稳定的极限,也就是说,阻 尼不足时,系统在小干扰情况下,更容易引发振荡,使 电压偏离允许范围。 (g)计算了特征根对节点电压失稳模式的系数, 找出了系统电压容易失稳的各个模态,与参与因子的 分析结果相符。 在分析受励磁系统、PSS、SVC等稳定器控制的复 杂电力系统的小干扰稳定时,还存在很多的不足,有待 进一步的研究与探讨。 参考文献 [1]傅旭,王锡凡,杜正春.电力系统电压稳定性研究现状及其展望 [J].电力自动化设备,2005,25(2):4—12. [2] 苏永春,程时杰,文劲宇,等.电力系统电压稳定性及其研究现状 (一)[J].电力自动化设,2006,26(6):1叭一105. (下转第60页) 60 <电气开关)(2010.No.5) 收稿日期:2009—12—18 作者简介:卓俊帆f 1979一)。男,硕士研究生.主要研究方向为电力系统自动化; 时昌盛I 1980一).男.硕士研究生.主要研究方向为智能控制。 内8路模拟开关,气转换时间约为lOOps。 麟∞眦馥> I =n A 0 234 D 一 8 9 82272625242322l2Oi987l6l5  (上接第48页) [3] 周双喜,朱凌志,郭锡玖,等,电力系统电压稳定性及其控制 [M].北京:中国电力出版社,2003:260—278. 对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下:AB6 C艘  ADC0809 [4] 范广军,郁惟镛.基于Matlab工具箱的电力系统小干扰稳定性分  析①[J].电力系统及其自动化学报,2001,13(6):3—5,24. (1)IN ~IN。——模拟量输入通道ALE——地址 [5] 陈举华,徐楠.电力系统小扰动稳定域应用研究[J].中国电机工 锁存允许信号。对应ALE上跳沿,A、B、C地址状态送 程学报,2004,2(12):56—61. 人地址锁存器中。 [6]余贻鑫,贾宏杰,王成山.电力系统中的混沌现象与小扰动稳定域 (2)sTAR 卜__转换启动信号。START上升沿 [J].中国科学E辑,2001,35(1):48—58. [7] 贾宏杰,王伟,余晓丹,等.小扰动稳定域微分拓扑学性质初探(d、 时,复位ADC0809;START下降沿时启动芯片,开始进 扰动稳定域非凸边界和空洞现象示例)[J].电力系统自动化,2005,29 行A/D转换;在A/D转换期间,START应保持低电 (2O):20—23. 平。本信号有时简写为sT。 [8] 贾宏杰,余晓丹.小扰动稳定城微分拓扑学性质初探(小扰动稳定 (3)cLK——时钟信号。ADC0809的内部没有时 域内部空洞出现机理分析)[J].电力系统自动化,2005,29(21):15— 钟电路,所需时钟信号由外界提供,因此有时钟信号引 18.38. 脚。通常使用频率为500kHz的时钟信号。 [9] 王伟胜,吴涛,王建全,等.电力系统小干扰电压稳定极限的一种 (4)EOC——转换结束信号。EOC=0,正在进行 实用算法[J].中国电力,1998,31(7):38—40. [1O]王锡凡.现代电力系统分析[M].北京:科学出版社,2003:292— 转换;EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作 418. 为查询的状态标志,又可作为中断请求信号使用。 [11] 宗秀红,张尧,武志刚.电压稳定的概率特征根分析[J].中国电 (5)OE——输出允许信号。用于控制三态输出锁 机工程学报,2006,26(8):61—65 存器向单片机输出转换得到的数据。OE:0,输出数 [12]Garng M.Huang,Kun Men.A New Fast Simulation Scheme for Long 据线呈高阻;OE=1,输出转换得到的数据。 —term Small Disturbance Vdtage Stability Analysis[J].IEEE,2006:1728 —(6) ——+5V电源。 1734 (7) ——参考电源参考电压用来与输入的模拟 [13] Chao Xu,Jan Liang,Zhihao Yun,Li Zhang.The Small~disturbance 信号进行比较,作为逐次逼近的基准。其典型值为+ Voltage Stability Analysis through Adaptive AR Model Based on PMU[R]. Dalina:IEEE/PES Transmission and Distirbution Conference&Exhibition. 5V( f(+)=+5V, f(一)=一5v)。 2005.:1—5. 7结束语 [14] Wang Weichao,Ni Jianli,H.W.Ngan.Small—Disturbance Voltage 、Stability Study on Shanxi PowerSystem[R].Dalian:IEEE/PES Transmission 本文采用以上器件设计而成的自动控制供水系统 and Distribution Conference&Exhibition.2005:l一5. 大大提高了控制精度,使得该系统在实际应用中更加 [15]Byon6un Lee,Venkataramana Ajjarapu.A Pieewise Global Small— 方便、可靠,效率高,但其成本较采用浮球阀设计的控 Disturbance Voltage Stability Analysis of Structure—Preserving Power System 制系统稍高。此设计方法也为一些高精度要求的提供 Models[J].IEEE Transactions on Power Systems,1995:VIO 1963—1971. [16]Wang Weisheng,Guo Jian,wu Zhongxi,Zhou Xiaoxin.A Novel Ap- 了一个应用实例,有较好的应用前景。 proach to Evalu ̄ing Small—Disturbance Voltage Stability of Large Scale 参考文献 AC/DC Power Systems.IEEE.1998:1478—1484. [1]何苏群,王忠勇.TMS320C2000系列DSP原理及实用技术[M]. 北京:电子工业出版社.2003. 收稿日期:2010—07—02 [2] 康华光,陈大钦.电子技术基础[M].北京:高等教育出版社. 作者简介:任海燕(1984一】.女.四川阆中人。硕士研究生.研究方向电力系统接 1998. 地电阻研究: [3】姚燕南,薛钧义.微机原理与接口技术[M].北京:高等教育出版 吴奋读(1985一).男.福建仙游人。助理工程师.目前从事翔安隧道机 社.2004. 电项目工程。 

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