电压稳定性分析（精选十篇）
电压稳定性分析 篇1
1 AVC系统模型
渭南电网AVC系统的模型建立主要是在蛛网模型数据的基础上进行, 构成了750k V以及330k V的电压等级的渭南电网主网。在这个主网架当中, 其330k V变电站以及发电常都没有作等值, 所以还有包含各个发电机当中的极端电压节点。负荷裕度作为电网静态电压的稳定程度当中对常用指标的一个反映, 代表系统以现阶段的运行状态至静态电压稳定极限点中增加的最大负荷。
在这个电网负荷的增长当中, AVC系统会因此产生一定的调控动作, 以此使负荷裕度中计算的结果有一定的影响。因为三级的电压每一个小时控制一次动作, 时间的间隔比较长, 所以可以假设在进行负荷裕度的计算时其负荷增长过程当中电压所设定的数值不会改变, 这基本就是对AVC系统的调控对渭南电网静态电压当中稳定性的影响进行了一次评估。因此, AVC系统调控对渭南电网静态电压稳定性的影响基本是体现在调控二级电压的控制作用。
2 实例分析
本文将针对渭南电网主网某一天的数据, 对电网静态电压的稳定其AVC系统调控的影响进行评估。先对上午11.25的实时方式数据进行分析, 在该数据当中有750个节点, 760条线路, 400个变压器, 其总负荷是55216.8MW。
依照各个节点电压无功控制当中的耦合程度, 应用该种方式将渭南电网分成25个区域。其程序是应用的Java语言所实现的, 含有AVC的CPF对PV曲线进行追踪, 其预算的时间是42s, 对在线评估中的需要可以很好的满足。
在2个分区, 含有AVC的的PV曲线以及未含有AVC的PV曲线进行对比可以放线, 其中有一个分区中发生的区域无功越限, 而第2个分区当中的发电机无功不越线。从中可以很好的看出来:
1) AVC系统调控能有效的将电网当中的静态电压稳定裕度提高, 其中含有AVC的负荷裕度是0.124, 而未含有AVC的负荷裕度是0.103.这是因为AVC系统是应用的电压分区控制方式, 能将电网分成很多个耦合性比较弱的地区, 在调控作用上也尽量能对各个分区域无功的平衡性得以实现, 在一定程度上使因为无功远距离的传送而导致的较大电压降落现象可以减少, 以此对静态电压的稳定性有效的提高。
2) 针对PV曲线当中含有AVC, 在其区域的无功越限之前, 随着负荷不断的增长, 先导节点当中的电压会因此保持一个恒定的状态;而在区域无功越限之后, 随着负荷的持续增长, 其先导节点才会因此下降。
3) 在区域无功越限以前, 随着负荷不断增长, 在PV曲线当中含有AVC的曲线会比不含AVC的曲线其负荷节点中的电压相对下降的慢一点, 这也是因为先导节点当中的电压一直有保持一个恒定状态, 所以先导节点以及负荷节点当中的距离也会因此变小, 其电压才会下降的比较慢一点。
4) 在PV曲线含有AVC的曲线当中, 在其区域无功越限以前, 发电机当中的节点电压会因负荷的增长而相应的增大, 因为先导节点中的电压是保持平衡状态, 但是先导节点以及发电机机电当中的电压耗损就是因为负荷不断的增长而持续的增大的原因。
5) 在PV曲线含有AVC的曲线当中, 如果某个区域当中有出现无功越限, 那么这个区域当中的发电机节点、符合节点以及先导节点的电压就会因为负荷的增长相对很快的下降, 严重的也许比PV曲线中未含AVC的曲线下降速度还要快, 如图1, 因为在这个区域当中全部的发电机都出现同时越限的情况, 因此在其电网的运行当中就必须要对区域当中无功协调的因子变化进行密切的关注, 在其必要的时候需要应用适当的预防方法来对电压的大幅度下降进行有效的防止。
从表1所显示的10:30~11:30时段内各实时方式数据的符合裕度计算结果中, 可看出在含有ACV的连续潮流程序当中有非常好的鲁棒性, 对在线评估渭南电网的运行状态中静态电压稳定裕度的需求予以满足, 而且还能非常好的说明其AVC系统当中的调控在很大程度上对将电网当中静态的电压稳定裕度有效的提高, 促进渭南电网的稳定运行。
3 结束语
综上所述, 可以总结为以下两点, 第一点, 根据对渭南电网的实时方式数据进行分析可看出, 本文当中将连续潮流程序当中加入AVC后有很强的鲁棒性, 对渭南电网现阶段的静态电压稳定裕度的运行状态需求能很好的满足。第二点, 针对在PV曲线中含有AVC调控作用的曲线, 在其区域的无功越限之前, 随着符合的不断增加其先导节点当中的电压也会因此保持稳定的状态, 而随着负荷的增长, 发电机节点电压会因此而增大, 与未含有AVC等PV曲线特征有非常明显的不同。
摘要：随着社会经济的不断发展, 我国电力行业的发展也越来越快, 现阶段国内外很多地方都应用了自动电压控制系统。而此系统的合理应用在一定程度上能使渭南的电网静态电压有效稳定下来。本文将先对AVC系统进行分析, 再以实例的方式来探讨自动电压控制系统对渭南电网静态电压稳定性的影响分析。
关键词：二级电压控制,自动电压控制,负荷裕度,影响,稳定性
参考文献
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[2]林舜江, 刘明波, 徐达, 杨银国, 温柏坚, 杨柳青, 袁康龙, 欧阳逸风, 李婷.广东电网电压调控安全评估系统的开发和在线应用[J].电网技术, 2013.
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电压稳定性分析 篇2
现代电力系统分析课程结束后，我对于与本课程相关的电力系统电压稳定性较感兴趣，因而在本课程的报告中将围绕这方面的内容作相应论述。本报告中主要论述电力系统电压稳定性的研究背景，定义、分类，分析方法这几方面的内容。
1.电压稳定性的研究背景
自20世纪20年代开始电力工作者就已经认识到电力系统稳定问题的重要性，并将其作为系统安全运行的重要方面进行研究。近几十年来，世界各地发生了多起由于电力系统失稳导致的电力系统大面积停电事故，这些事故造成了巨大的经济损失和严重的社会影响，同时也反映出当前电力系统稳定性的研究不能满足实际需要的严酷事实。电力系统电压稳定性的研究在整个电力系统稳定性的研究中是发展较慢的一个分支。上世纪40年代，苏联学者马尔柯维奇等人最早注意到电压稳定问题，并提出了电压稳定判据，但直到七十年代末至八十年代初，这个问题才开始作为一个专门的课题进行研究。其原因是当时世界上一些大的电网相继发生了以电压崩溃为特征的电网瓦解重大事故，包括1978年法国电网事故、1983年瑞典电网事故、1987年东京停电事故及1996年美国西部电网的大停电等。电力系统电压稳定性涉及到发电、输电以及配电在内的整个电力系统。在90年代以前，电压稳定的研究主要集中在静态电压稳定方面，随着对电压失稳问题研究的深入，人们逐步认识到电压稳定问题的实质是一个动态问题，它与电力系统稳态以及系统中各元件的动态特性等都有密切的关系。电压控制、无功补偿与管理、功角（同步）稳定、继电保护和控制中心操作等都将对电力系统的电压稳定性有直接的影响。
电力系统特别是现代电力系统的电压稳定性是一个相当复杂的问题，迄今为止，电压稳定性问题从概念到分析方法、从失稳机理解释到相关模型建立还处于发展阶段，各个研究者只是从不同的侧面对电压稳定的定义和分类、分析方法等进行了不同程度的研究。下面将对电力系统电压稳定的定义、分类和分析方法作简要阐述。2.电压稳定性的定义和分类
电力系统稳定是一个统一的整体，其稳定性问题当然也应该是一个整体的概念，即从稳定性的观点看，运行中的电力系统只有两种状态，稳定或不稳定，但依据系统的失稳特性、扰动大小和时间框架的不同，系统的失稳可能表现为多种不同的形式。为识别导致电力系统失稳的主要诱因，以便对特定的问题进行合理的简化以及采用恰当的数学模型和计算分析方法，从而安排合理的运行方式和采取有效的控制策略，以提高系统的安全运行水平、规划和优化电网结构，研究人员通常都将电力系统稳定细分为功角稳定、频率稳定和电压稳定等不同的类型。电力系统电压稳定的定义及分类是电力系统稳定性研究中的基础问题，清晰理解不同类型的稳定问题以及它们之间的相互关系对于电压稳定性的研究以及电力系统安全规划和运行非常必要。
电力系统的两大国际组织：国际电气与电子工程师学会电气工程分会（Institute of Electrical and Electronic Engineers，Power Engineering Society，IEEE PES）和国际大电网会议（Conseil International des Grands RéseauxElectriques，CIGRE），曾分别给出过电力系统稳定性的定义，然而，随着电力系统的发展及电网规模的扩大，电力系统失稳的性态更加复杂。暂态稳定曾是早期电力系统稳定的主要问题，随着电网互联的发展、新技术和新控制手段的不断应用以及运行负荷水平越来越重，电压失稳、频率失稳和振荡失稳成为电力系统失稳的更常见现象。IEEE PES和CIGRE以前给出的定义已不完全准确，其分类也难以完全包含现在所有实际发生的电力系统失稳现象。深入理解电力系统不同稳定类型的定义、区分不同类型稳定性之间的相互关系以及理清国内外定义的区别和联系具有非常重要的意义。
2.1 电压稳定性的定义
电压稳定性的研究工作虽然己经持续了很多年，但对于电压稳定的确切定义，目前在国际学术界还没有一个统一的认识，下面就给出几种有影响力的定义。
Charles Concordia将电压稳定定义为：电力系统在合适的无功支持下维持负荷点电压在规定范围内的能力。它使得负荷导纳增加时，负荷功率也增加，功率和电压都是可控的。电压不稳定表示为负荷导纳增加时，负荷电压降低很多以致负荷功率降低或至少不增。C.W Taylor将电压失稳定义为：电压稳定的丧失，导致电压逐步衰减的过程。而电压崩溃则为：故障或扰动后的节点电压值已超出了可按受的范围。
P.Kunder给出的电压稳定性定义为：电力系统在正常运行或经受扰动后维持所有节点电压为可接受值的能力。电压失稳指：扰动引起的持续且不可控制的电压下降过程。电压崩溃则是指：伴随着电压失稳的一系列事件导致系统的部分电压低到不可接受的过程。
CIGRETF38.02.10在1993年的报告中指出：电压稳定性是整个电力系统稳定性的一个子集。一个电力系统在给定运行状态下是小扰动电压稳定的，只要任何小扰动之后，负荷附近的电压等于或接近于扰动前的值。一个电力系统在给定运行下遭受一个扰动后是电压稳定的，只要扰动后负荷附近的电压达到扰动后的一个稳定的平衡点值。而电压崩溃是由电压不稳定（也可能是角度不稳定）导致系统的相当大一部分负荷点电压很低的系统失稳过程。一个电力系统在给定的运行状态下，遭受一个给定的扰动而经受电压崩溃，只要扰动后负荷点附近的电压低于可接受的限制值。
根据我国《电力系统安全稳定导则》（DL 755-2001）给出的定义，电压稳定是指电力系统受到小的或大的扰动后，系统电压能够保持或恢复到允许的范围内，不发生电压崩溃的能力。
从以上几种定义，可以发现一些共性的东西，电压稳定性实际上是电力系统中的电能量在传输中保持平衡的一种反映，电压稳定性在很大程度上体现了系统运行的可靠性，同时，在电力市场条件下，电压稳定性也是表征电能这一商品质量好坏的一个主要指标之一，而且，电压稳定性与电力系统的各个子系统的运行中状态都有紧密的关系，电力系统的任何子系统出现故障都可能导致电压稳定性的改变，换句话说，电压稳定性是判断整个电力系统是否正常、安全运行的一个重要指标。
2.2 电压稳定性的分类
文献中可以见到的与电压稳定有关的术语主要有：静态电压稳定；暂态电压稳定；动态电压稳定；中长期电压稳定等，对它们的含义和所包含的范围，至今还没有一个统一的定义。关于电压稳定/失稳的分类，目前主要根据研究时间范畴、扰动大小和分析方法的不同对电压稳定/失稳进行相关分类。根据研究的时间范畴，将电压稳定分为暂态电压稳定、中期电压稳定和长期电压稳定：暂态电压稳定的时间范围为0-105，主要研究感应电动机和HVDC的快速负荷恢复特性引起的电压失稳，特别是短路后电动机由于加速引起的失稳或由于网络弱联系引起的异步机失步的电压失稳问题。中期电压稳定（又称扰动后或暂态后电压稳定）的时间范畴为1-5min，包括OLTC、电压调节器及发电机最大电流限制的作用。长期电压稳定的时间范畴为20-30min，其主要相关的因素为输电线过负荷时间极限、负荷恢复特性的作用、各种控制措施（如：甩负荷）等。
根据扰动大小的不同，参照功角稳定分类，P.Kunder和C.W Taylor将电压稳定分为小扰动电压稳定和大扰动电压稳定。小扰动电压稳定性指小扰动（如负荷的缓慢变化、传输线参数发生小的变化）之后系统控制电压的能力。小扰动电压稳定性可以用静态方法（在给定运行点系统动态方程线性化的方法）进行有效的研究。大扰动电压稳定性关心的是大扰动（如系统故障、失去负荷、失去发电机等）之后系统控制电压的能力。确定这种稳定形式需要检验一个充分长的时间周期内系统的动态行为，以便能捕捉到发电机磁场电流限制器等设备的相互作用。大扰动电压稳定性可以用包含合适模型的非线性时域仿真来研究。
根据研究的方法不同，有些学者将电压稳定向题分为三类，即静态电压失稳、动态电压失稳和暂态电压失稳。
静态电压失稳是指负荷的缓慢增加导致负荷端母线电压缓慢地下降，在达到电力系统承受负荷增加能力的临界值时导致的电压失稳，在电压突然下降之前的整个过程中发电机转子角度及母线电压相角并未发生明显的变化。
动态电压失稳是指系统发生故障后，为保证其功角暂态稳定及维持系统频率，除进行了网络操作外，也可能进行切机、切负荷等操作，由于系统结构变很脆弱或全系统（或局部）由于支持负荷的能力变弱，缓慢的负荷恢复过程导致的电压失稳。
暂态电压稳定问题是指电力系统发生故障或其他类型的大扰动后，伴随系统处理事故的过程中发电机之间的相对摇摆，某些负荷母线电压发生不可逆转的突然下降的失稳过程，而此时系统发电机间的相对摇摆可能并未超出使电力系统角度失稳的程度。另外，还有学者给出了电压稳定性的参考分类方法。他将电压稳定问题分为如下四类：（1）动态稳定：系统用线性微分方程描述，计及元件动态及调节器的动态作用，判别系统在小扰动下的电压稳定性。（2）静态稳定：对动态系统作进一步简化，即假定发电机在理想的调节下（如励磁调节器的作用，用暂态电势后的不变电势表示），负荷用静态电压特性表示，从而使系统可以用代数方程描述时，判断系统在平衡点处的电压稳定性。研究系统静态电压稳定的主要作用是确定系统正常运行和事故后运行方式下的电压静稳定储备情况。（3）暂态稳定：系统用非线性微分方程描述，计及元件的动态特性及调节器的动态作用，暂态稳定可以用来判别系统在大扰动下的电压稳定性。（4）电压崩溃：系统在遭受扰动（大干扰或小扰动）作用下，系统内无功功率平衡状态遭到破坏，依靠调节器和控制器的作用，仍不能使的功率平衡得到恢复，从而导致局部或者整个系统中各节点电压急剧下降的物理过程。
CIGRE 38研究委员会和IEEE电力系统动态行为委员会联合组成的工作组在2004年5月完成了一份报告中对电力系统稳定性进行了重新定义和分类。根据电力系统失稳的物理特性、受扰动的大小以及研究稳定问题必须考虑的设备、过程和时间框架，这份研究报告将电力系统稳定分为功角稳定、电压稳定和频率稳定三大类以及众多子类，所给出的电力系统稳定性分类框架如图1所示。
图1 电压稳定性分类
2.3 对电压稳定性定义和分类的评述
关于正确区分电压稳定和功角稳定问题，IEEE/CIGRE 给出的电力系统稳定性定和分类报告给出了如下的解释：功角稳定和电压稳定的区别并不是基于有功功率/功角和无功功率/电压幅值之间的弱耦合关系。事实上，对于重负荷状态下的电力系统，有功功率/功角和无功功率/电压幅值之间具有很强的耦合关系，功角稳定和电压稳定都受到扰动前有功和无功潮流的影响。区分这两种不同类别的稳定应当根据失稳发生时的系统主导变量类型来确定。
关于电力系统电压稳定性定义的理解一般没有太大的偏差。但对电压稳定分类的理解在学术界却存在较大的分歧，在北美的有关文献中，动态电压稳定的概念等同于小干扰电压稳定，指存在自动控制的情况下（特别是发电机励磁控制）的电压稳定性，以此与经典的没有励磁控制的静态稳定相区别；在欧洲的有关文献中，动态电压稳定常被用来指暂态电压稳定。结合我国的实际情况，作者以为“暂态电压稳定”在现有的文献中具有大扰动和短期限的确切语义，因而应当可以继续使用。在我国，电力行业标准DL 755-2001从数学计算方法和稳定预测的角度，将电压稳定分为静态电压稳定和大干扰电压稳定。对于大干扰电压稳定，既可以是由于快速动态负荷、HVDC 等引起的快速短期电压失稳，也可以是由慢动态设备如有载调压、恒温负荷和发电机励磁电流限制等引起的长过程电压失稳。因而，我国电力行业标准中关于大干扰电压稳定的分类IEEE/CIGRE的大干扰电压稳定分类是一致的。而我国电力行业标准中对于静态电压稳定的分类则与IEEE/CIGRE的小干扰电压稳定分类存在一定的差异。其实，人们对电压稳定分类认识的不统一，也从另一个侧面反应了对电压稳定性研究的不成熟性。
3.电压稳定性的分析方法
电力系统电压稳定性的分析方法概括起来可以分为以下几类：静态电压稳定、动态电压稳定及时域仿真。
3.1 静态电压稳定分析方法
3.1.1 灵敏度分析法
灵敏度分析法是以潮流方程为基础，从定性物理概念出发，利用系统中某些变量间的关系，通过计算在某种扰动下系统变量对扰动量的灵敏度来判别系统的稳定性的一种分析方法。灵敏度方法将灵敏度系数定义为系统状态变量对控制变量的导数，灵敏度系数变大时，系统趋向于不稳定；在灵敏度系数趋于无穷大时，系统将发生电压崩溃。对于不同的研究对象，可采用不同的状态变量，如需要监视电压，则可以采用电压灵敏度系数判据。在使用灵敏度法时，一般将控制变量取为负荷的变化量，通常将电压崩溃点定义为负荷的极限点。在潮流计算的基础上，灵敏度分析法只需少量的额外计算，便能得到所需要的灵敏度指标信息。由于该方法物理概念明确，计算方便，易于实现，因而在静态电压稳定分析中得到了广泛的应用。灵敏度法常用来判断系统的电压稳定性、确定系统的薄弱母线及确定无功补偿装置的有效安装位置等。3.1.2 潮流多解法
电力系统的潮流方程是一组二阶非线性方程，因而可能存在多个潮流解，理论上讲，对于一个N节点电力系统，系统的潮流方程组最多可能有 2n-1个解，并且这些解都是成对出现的。关于潮流多解数值计算的最初研究工作并不是始于电压稳定问题，而是产生于应用李雅普诺夫直接法判断功角暂态稳定性，直接法中一个重要的计算是确定与故障有关的临界不稳定平衡点的电力系统势能，因此除了正常条件下的潮流解外，还必须求出不稳定平衡点。通过电力系统潮流的多解性研究得出了许多有意义的结论，其中之一就是潮流方程解的个数随负荷水平的增加而成对减少，当系统的负荷增加到临近静态稳定极限时，潮流方程只存在两个解，这时潮流雅克比矩阵也接近于奇异，邻近的两个解关于奇异点对称，其中一个为正常高电压解，另一个为低电压解。进一步的研究表明，这两个潮流解对应的潮流雅克比矩阵行列式值的符号、电压无功控制灵敏度的符号、网络存储能量对频率变化灵敏度的符号正好相反，故而证明低电压解是不稳定解。当系统所能传送的功率到达极限时，这一对潮流解融合成一个解，此位置对应于PV曲线的鼻尖点，该处的潮流方程雅克比矩阵奇异，系统到达电压稳定极限状态。在重负荷情况下，如果某种干扰使系统由高电压解转移到低电压解，则电压失稳将会发生。该方法将潮流方程解的存在性与静态电压稳定性联系起来，通过研究潮流方程解的情况来判断系统的电压稳定性。在一定的假设条件下，用潮流多解法也能近似计算出最近的电压崩溃点。3.1.3 最大功率法
最大功率法将电力网络向负荷母线输送功率的极限运行状态作为静态电压稳定的极限运行状态，这种方法认为，当负荷的需求超过电力网络的极限传输功率时，系统将失去电压稳定。最大功率法常将节点有功功率最大值、无功功率最大值、或总负荷量最大值作为系统的稳定性判据。实际上，这类方法就是基于PV或QV曲线定义电压稳定的方法，它们往往将电网中的某节点或母线作为研究对象，通过一系列潮流计算，确定其 PV 或 QV 特性曲线，并根据无功储备准则或电压储备准则，确定所需的无功功率，其最大功率对应于曲线的顶点。最大功率法在本质上与其他许多静态电压稳定分析方法是一致的。不同的研究人员采用不同的方法来计算最大功率点。3.1.4 奇异值分解法
从物理概念上讲，电压稳定临界点是指系统到达最大功率传输的点，而从数学概念上讲，电压稳定临界点对应于系统潮流方程雅克比矩阵奇异的点。当系统的负荷接近其极限状态时，潮流雅可比矩阵接近奇异，因此，可以用潮流方程雅克比矩阵的最小奇异值反映雅可比矩阵奇异的程度，用作电压稳定性的衡量指标，反映当前工作状态接近临界状态的程度，并研究静态电压稳定问题。随着系统运行状态的变化，电压最易失稳模式可能随之改变，因此，必须计算出一定数目的最小特征值及其特征向量。特征值分析法就是通过计算降阶的潮流雅克比矩阵的少量最小特征值及特征向量来识别系统的电压稳定情况，进行优化调控，从而增强系统的电压稳定性的一种方法。特征值分析法、模式分析法以及奇异值分析法之间的关系比较密切，它们都是通过分析潮流方程雅克比矩阵，揭示某些系统特征、识别系统失稳模式，由于电压和无功的强相关性，这些方法往往可以通过分析降阶雅可比矩阵来突出重点。为了进一步发挥特征值分析法、奇异值分析法的作用，研究人员提出使用特征值和奇异值对系统变量的一、二阶灵敏度的计算方法，这在电压稳定裕度的近似计算、故障选择等方面有较好的应用。3.1.5 崩溃点法
崩溃点法也称为直接法，是一种较好的能直接计算电压稳定临界点的方法。该方法用非线性方程组描述电压稳定临界点的特性，并从数学上保证该方程组在临界点处可解，通过解方程组得到电压稳定极限值。使用崩溃点法的好处是可以得到与潮流方程雅克比矩阵零特征值对应的左右特征向量这一副产品。这些特征向量在识别电压稳定的薄弱位置和确定有效的控制行为，以避免电压崩溃是非常有用的。
上述几种方法都是静态电压稳定分析中较多采用的方法，其共同点是基于潮流方程或经过修改的潮流方程，在当前运行点处线性化后进行分析计算，本质上都把电力网络的潮流极限作为静态电压稳定的临界点，所不同之处在于所采用的求取临界点的方法以及使用极限运行状态下的不同特征作为电压崩溃的判据。
3.2 动态电压稳定分析方法
3.2.1 小扰动分析法
小扰动分析是电力系统稳定性分析的一般性方法，同样适用于电压稳定分析。小扰动电压稳定实际上是一种李雅普诺夫意义下的渐近稳定，它可以计及与电压稳定问题有关的各元件的动态，其实质在于将所考虑的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元件的作用。许多文献在电压稳定研究中考虑了发电机及励磁系统、OLTC、无功补偿设备及负荷的动态。
3.2.2 非线性动力系统的分岔理论分析法
高阶电力系统的动态特性可以用与系统参数有关的非线性微分－代数方程组描述，如式（1）所示：
（1）
式中： f 代表系统，如发电机、励磁器、负荷和控制系统的动态特性；g为系统的潮流方程；X为系统的状态变量，如发电机电势、转子变量、励磁调节器变量等；Y为除状态变量以外的其他变量，如母线电压的大小和角度；参数p为系统参（系统拓扑结构、电感、电容、变比等参数）和操作参数（如负荷功率、发电量等）。
对于每一组确定的系统参数值p，系统的平衡点X*是式（2）的解。
*ìïf(X,Y,p)=0（2）í*ïîg(X,Y,p)=0系统在该平衡点的稳定性由式（1）在平衡点的展开式决定。
(3)
对于系统的结构性稳定问题，有三种分岔点，分别是：（1）鞍结分岔SNB：在这个分岔点上，两个平衡点重合然后消失，此时雅可比矩阵有一个零特征值。（2）Hopf分岔：在该分岔点上，雅可比矩阵的一对共轭复特征值穿过虚轴。（3）奇异诱导分岔SIB：在该分岔点上，gy奇异。3.2.3 使用本地测量数据的分析法
前面所讨论的方法都是属于全电网集中控制的方法，需要获得系统中所有节点的数据。由于任何集中控制的方法都会遇到数据传输的可靠性问题，近年来，一些使用局部直接测量量进行电压稳定分析的方法也得到了较多重视。可以利用单个节点的本地测量数据（母线电压和负荷电流）进行电压稳定性分析，它将与该节点相连的外部系统进行戴维南等效，由多次测量得到的本地数据通过曲线拟合求出外部戴维南等效电路，通过比较节点电压与戴维南等效电源电压的大小来判别电压稳定性。在考虑恒功率负荷时，发生电压崩溃的条件为节点电压在戴维南等效电压方向上的投影为电源等效电压的一半；在采用ZIP负荷模型时，电压失稳的条件为PV曲线与负荷曲线相切。
电压稳定问题本质上是一个动态问题，系统中的发电机及其励磁控制系统、OLTC、无功补偿设备等元件和负荷的动态特性对电压稳定都有重要影响。因而只有计及了这些因素的动态电压稳定分析才能准确反映系统的电压稳定状况。采用小扰动分析法进行研究时，由于电压稳定问题考虑的时间范围很大，从几秒钟至几十分钟，几乎涉及电力系统中所有机电和动力设备的动态，这给完全意义下的小扰动分析造成了困难。由于电力系统本质上是非线性动力系统，随着非线性科学理论研究的进展，研究人员逐步把能分析非线性作用的新方法引入电压稳定研究中，如中心流形理论、分岔理论和混沌理论等，其中使用最多的是分岔理论。当前的研究一般局限于低维、简单模型系统和周期性小扰动，并引入了很多假设。分岔理论在电压稳定中的进一步应用有待更多研究人员的努力和非线性动力学理论的新突破。基于本地测量数据进行电压稳定分析的方法，间接考虑了元件的动态特性，同时这些方法足够简单因而可以方便地实际应用。不过它们的使用范围有限，只能用于单个节点或母线上，在实际应用中可作为集中控制方案的补充。
姓名：于炎娟 现代电力系统分析课程报告
电压稳定性分析 篇3
电力调度中心是供电企业核心部门和重点保卫单位之一，特别是在国家重大活动、节日保供电、服务社会等，为重点保证调度指挥中心自身办公岗位照明及调度通信设备可靠供电，显得更为重要。所以本文就如何确保《电力系统220V电压UPS稳定可靠性供電》论点，经过多年来工作经历所解决考虑的电力系统电源电压稳定可靠性设计规化和维护方面的论说。
一、电气室UPS环境
1.机房电气供电要求
UPS不间断电源系统是通信设备电源供应站，如果电源中断或瞬间断电，目前应急电源供电无法达到设备要求，也会造成设备损坏，对公司产生严重损失。UPS电源机房应有：UPS专供分路配电箱、空调配电盘、照明配电盘、市电总电力屏，以上电力箱体及电力线都比较粗大，所以箱体设计尽可能采用落地型，以利将来扩充电缆线施工及维修方便。
2.采用市电供电时常发生之状况
电源（市电）不稳定，往往是通信设备的致命伤，尤其是硬式磁机，若常常在不稳定的电源下工作，很容易使设备死机，而市电品质无法完全符合计算机之标准，所以必须加装不断电设备（UPS），来确保电源质量。
3.防火及温度要求
电气室UPS机房环境内选用材料要防火性能好，吊顶、地板、墙面和割断都要具有良好的防火性能。环境温度UPS机房应有空调系统，设备满足合适的工作环境。
工作环境温度和湿度控制如下：
UPS机房的温、湿度
二、UPS电源系统的组成
1.UPS主要是由充电器、整流器、电池组及逆变器等部分组成。逆变器是UPS中最重要的部分。UPS常用的逆变器由方波逆变器、阶梯波逆变器及脉宽调制逆变器等种类。
UPS电源系统的组成
整流器：输入的交流电转化为恒定电压的直流，一路给蓄电池进行补充电，一路送给逆变器以便转化为交流供给负载使用；逆变器：将整流器或蓄电池送来的直流转化为交流输出，以便供给负载使用。
蓄电池：能量储存装置。
静态开关：二路输入一路输出的高速转换开关，二路输入分别是逆变器和市电送来，输出送至负载。
维修旁路开关：以便UPS常规保养或故障检修时，在不中断负载运行条件下将UPS退出运行并与系统隔离，保证操作时设备和人员的安全。
2.UPS电源系统的作用：
消除市电上的电涌、瞬间高电压、瞬间低电压、电线噪声和频率偏移等“电源污染”，改善电源质量，为系统设备提供高质量的电源。
3.UPS电源分类：按工作原理可分为后备式、在线式、以及在线互动式三种。
4.UPS供电部分指标：
三、如使用在线式UPS的特点和工作原理分析
在线式UPS结构较复杂，但性能完善，能解决所有电源问题，其显著特点是能够持续零中断地输出纯净正弦波交流电，能够解决尖峰、浪涌、频率漂移等全部的电源问题。我站机房采用的是宁达系列在线式长效型的UPS，电池组由16节60Ah的蓄电池组成，8节串联后再并联。
工作原理：如下图所示
四、UPS的使用
1.UPS负载的选择
并非所有的电器设备都需要UPS，同样UPS也并不适用于所有电器设备。用户在选择UPS的负载时只要应考虑负载的大小、负载的特性、负载的重要程度以及不良电力对负载的影响程度。
2.放电时间的配置
停电后UPS是依靠电池储能继续给负载供电的，长效型UPS备用时间主要受电池成本、安装空间大小以及电池回充时间等因素的限制。一般电力环境较差、停电频繁的地区可以采用UPS与发电机配合供电的方式。
五、UPS的维护分析
1、主机的维护：UPS一般都是智能型的不需要很大的维护，它对环境温度、湿度的要求也不高（温度0℃-40℃，湿度10%-90%）。环境保持清洁可以减少有害灰尘对UPS内部线路的腐蚀，主机使用1年必须由专业人员对机箱内部进行灰尘清洁。定期对UPS的接地进行测试，保证接地电阻小于5Ω。
2、电池组的维护：我站UPS主要使用的是免维护铅酸蓄电池，在使用时不需要专门的维护人员进行维护，但在使用时还是有要求的，影响电池使用寿命的主要因素是安装、稳定、充放电流、充电电压、放电深度和长期充电等。电池应安装在通风、清洁、阴凉、干燥的地方，环境温度对电池的充放影响很大，温度过高会使电池过充电，温度过低会使电池充电不足，因此环境温度一般在25℃左右为宜。
六、UPS设备的防雷措施分析
电力系统220电压UPS稳定可靠性分析，在建设规划中应一并考虑电力系统通信站应急UPS电源房的防雷措施，雷电过电压及电磁干扰防护，以保护通信电源设备及人身安全，确保电力通信网建设及运行管理工作。
调度通信综合楼内的通信站应与同一楼内的动力装置、建筑物避雷装置共用一个接地网。大楼及通信机房接地引下线可利用建筑物主体钢筋，钢筋自身上、下连接点应采用搭焊接，且其上端应与房顶避雷装置、下端应与接地网、中间应与各层均压网或环形接地母线焊接成电气上连通的笼式接地系统，对于隐蔽工程应实行随工验收，重要部位应进行拍照和专项记录存档。位于通信站的接地网应至少用两根规格不小于40mm×4mm的镀锌扁钢与厂、站的接地网均压相连。接地体材料要求。接地体一般应采用镀锌钢材，其规格应根据最大故障电流来确定，一般应不小于如下数值。
每年春分节气前防雷测量注意事项：
1、测量时接地装置宜与避雷线同点接入应牢固。
2、电流极、电压极应布置在与线路或地下金属管道垂直的方向上。
3、应避免在雨后立即测量接地电阻。
黑龙江北部电网电压稳定性分析 篇4
黑龙江电网地处东北电网的最北部, 通过四回500k V线路与吉林电网相连, 通过500k V伊冯甲、乙线与蒙东电网相连, 通过中俄500k V阿黑线和黑河换流站与俄罗斯电网互联。黑龙江电网按地理位置和运行特点分为东部电网、中部电网、西部电网和北部电网。东部电网是黑龙江省主要的电源基地, 火电、风电装机容量均较大, 电力盈余较多, 是典型电力外送型电网。中部电网、西部电网是黑龙江电网的负荷中心, 北部电网是国家电网公司对俄购电的主要输电通道。
近几年, 随着黑龙江加大电网建设投入, 电网结构不断完善, 供电能力逐年提高。但由于历史原因, 北部地区电网结构相对薄弱, 地区电源负荷发展不均衡, 近年随着负荷、风电装机容量的提高, 给电网运行带来一定安全风险。
2 北部电网运行风险
2.1 北部电网电压稳定问题。北部电网包括黑河和大兴安岭两个地区电网, 为1400 多公里的单回环网供电结构, 网架结构薄弱, 环内各变电站负荷较轻, 且负荷分布不均衡, 系统电压对负荷变化较为敏感, 在夏秋季大负荷时期, 环网内各站运行电压偏低, 且波动较大, 电压稳定问题突出。电网内黑河换流站与俄罗斯电网相连, 因换流站直流输送潮流峰谷差较大, 直流系统滤波电容器需配合投停, 由此带来的站内500k V母线电压波动对黑河及大兴安岭地区220k V变电站母线电压影响很大, 经常导致这两个地区变电站母线电压波动超过5%限值;在直流单极或双极闭锁等故障时, 会造成220k V系统功率出现大幅波动, 对北部网电压产生较大影响。
目前北部电网仅通过500k V黑河换流站、220k V北安变、220k V拉东变三个电源节点与绥化地区、齐齐哈尔地区相联系。若上述三个电源节点中任一个失去, 原有供电潮流将由剩余两个节点转送, 因环网内电源缺乏, 缺少电压支撑, 受长距离输电潮流重载影响, 易出现线路过载和电压崩溃事故。由于北部电网负荷分布不均衡, 环内部分线路故障跳闸, 易形成超长单回线路且末端带大负荷供电的情况, 使沿线各变电站电压严重下降, 造成系统电压崩溃事故, 严重威胁电网安全运行。
2.2 风电运行对北部电网的影响。到2015 年末, 黑龙江省风电装机容量已达5226MW, 风电的大规模接入使电网运行控制更加复杂, 增大了电网安全运行的潜在风险, 对电网安全稳定运行、调压、调频均产生较大影响。a.对系统电压的影响。北部电网有三座风电场, 其中爱华风电场、曙光风电场总装机容量148.5MW, 均接入克山变;大黑山风电场装机容量99MW, 接入多宝山变。由于风电出力的不确定性, 在风电大发期间, 电网输送潮流变化较大, 因长距离轻负荷环网结构, 会造成环网内电压大幅波动, 需要及时调整各节点无功补偿设备, 保证电网安全稳定运行。b.低谷时段的调压问题。因北部电网线路长, 夜间轻负荷时段线路充电无功功率大, 造成系统电压偏高, 需要各种无功补偿设备配合调压。对风电场而言, 因SVC、SVG装置配备较为齐全, 理应在系统电压调整中发挥较大作用, 但由于风电场无功功率电费计费方法不合理, 造成风电场参与电网调压积极性不高, 影响了地区调压效果。c.风电出力的快速变化影响系统频率调整。随着风电装机容量在电网中占比的快速增加, 风电出力变化率随着风电装机容量增加有逐年增大的趋势, 但参与电网调频的电源比例却在下降, 当风电出力突变而调整不及时将造成系统频率越限;同时风电出力的波动增加了常规电源调整频次, 不利于系统频率的稳定。
3 降低电网运行风险的措施
3.1 提高北部电网电压稳定性。北部电网网架结构不合理、网内缺乏电压支撑节点是电压稳定问题的主要原因, 随着黑河、大兴安岭地区负荷增长, 在电网正常运行方式下, 电压偏低且波动较大, 需要尽快采取措施保障电网稳定运行。a.加强安控装置运行管理。现北部电网部分变电站装设有稳控装置和低压减负荷装置, 在电网事故后低压时, 执行切负荷和切电抗器的措施。调度部门每年应根据环网内电源、负荷变化情况进行电网稳定计算分析, 及时变更装置策略定值。b.运行人员应根据电压和负荷情况及时投切变电站无功补偿电抗器、电容器, 环网内相关变电站SVC装置必须投入使用, 有条件的变电站, 可随地区负荷增长开展SVC装置增容改造工作。c.将地调直调机组纳入运行方式管理。北部电网电源缺乏, 地调直调机组运行方式变化对220k V电网稳定水平影响较大, 应加强机组运行管理, 机组的停备、检修应汇报省调同意后进行。d.加快黑河换流站至多宝山变220k V线路建设, 黑河换流站应新增一台500k V主变压器, 以增强环网内部供电能力。开展北安地区500k V变电站规划建设, 调整地区电网供电结构。e.与网调、地调及时沟通, 根据环网负荷情况合理安排输电通道线路停电检修时间。线路、主变检修作业尽量安排在供热末期进行, 以提高检修方式下的电压稳定水平。
3.2 提高北部电网接纳风电的措施。黑龙江作为风资源富裕省份, 消纳风电是电网面临的重要任务, 需要通过加强网架建设、运用新技术、提升运行管理水平等多项措施提高风电消纳能力[1], 主要方法如下:a.应在新投产风电场并网前开展风电送出能力分析, 重新调整风电并网地区电网安全稳定控制方案, 落实风电送出相关安稳控制措施。b.风电场加装静止无功补偿装置, 减少风电机组功率波动对电网电压的影响, 提高系统电压稳定性。建议电力营销部门调整风电场无功功率电费计费方法, 增强风电场参与电网电压调整的积极性。c.加大电网投资力度, 加强风电送出断面电网规划建设, 提升电网风电外送能力。加快省内荒沟抽水蓄能电站的建设, 优化电网电源结构, 提高电网调峰能力, 扩展风电接纳空间。d.推动风电场有功自动控制系统建设, 确保所有直调风电场完成接入工作;大型火电机组一次调频装置应投入运行, 加强一次调频考核力度。e.不断提升风电预测精度, 扩大风电预测周期, 深化风电中长期预测, 更好地指导常规机组方式安排。f.加大对火电机组低谷调峰的考核力度, 完善电厂低谷深度调峰辅助服务的补偿措施。发挥跨区联网优势, 实施风电低谷外送;尝试风电就地消纳措施。
4 结论
黑龙江电网建设长期滞后于负荷和电源增长, 部分地区供电能力较弱, 随着国家节能减排和新能源政策的推进, 风电机组大量投运, 电网运行风险日益加大, 北部电网运行面临的问题尤为突出。目前依靠安全自动装置和加强运行管理实现电网稳定运行的做法, 不能从根本上解决电网运行面临的诸多问题, 只有通过加强一次系统网架建设, 合理规划各类电源与负荷接入, 加强电网科技投入, 才能保证电网持续健康发展。
参考文献
电力系统的电压稳定的研究 篇5
自从20世纪70年代以来世界上一些大电网(1977年美国纽约电网、1978年法国电网、1982年比利时电网和加拿大魁北克电网、1983年瑞典电网、1987年日本东京电网)因电压不稳定发生事故，造成了巨大经济损失和大面积长时间停电，此后电压稳定问题开始逐渐受到了关注。目前，电力系统中电压稳定问题趋于严重的原因主要有以下4点：①由于环境保护以及经济上的考虑，发、输电设施使用的强度日益接近其极限值；②并联电容无功补偿增加了，这种补偿在电压降低时，向系统供出的无功按电压平方下降；③长期以来人们只注意了功角稳定性的研究，并围绕功角稳定的改善采取了许多措施，而一定程度上忽视了电压稳定性的问题；④随着电力市场化的进程，各个有独立的经济利益的发电商以及电网运营商很难象以前垂直管理模式下那样统一的为维护系统安全稳定性做出努力[1]。
在我国电压不稳定和电压崩溃出现的条件同样存在，首先我国电网更薄弱，并联电容器的使用更甚，再加之城市中家用电器设备的巨增，我国更有可能出现电压不稳定问题。目前国内电压稳定问题“暴露的不突出”，原因之一可能是由于大多数有裁调压变压器分接头(OLTC)末投人自动以及电力部门采用甩负荷的措施，而后一措施应该是防止电压不稳定问题的最后一道防线，不应过早地或过分地使用。将来电力市场化之后，甩负荷的使用将受到更大的限制。因此在我国应加紧电压稳定问题的研究。2.现今对于电压崩溃机理的认识
电力系统稳定运行的前提是必须存在一个平衡点，最重要的一类电压不稳定性场景就是对应于系统参数变化导致平衡点不再存在的情况。由于负荷需求平滑缓慢地增加而使负荷特性改变直至不再存在与网络相应曲线的交点，固然是其中的一种场景，但事实上，更为重要的场景对应于大扰动，如发电和／或输电设备的停运，这种大扰动使网络特性急剧变动，扰动后网络的特性(如PV曲线)不再同未改变的负荷的相应特性相交，失去了平衡点，而导致电压崩溃。所以也需要研究由于大的结构和系统参数的突然变化所引起的不稳定机制。2.1 短期电压失稳
研究认为，引起暂态电压崩溃的主要原因：①短期动态扰动后失去平衡点；②缺乏把系统拉回到事故后短期动态的稳定平衡点的能力；③扰动后平衡点发生振荡(实际系统中未观察到)；④长期动态引起的短期失稳(如平稳点丢失，吸引域收缩和振荡)。这一时段内可能同时出现功角失稳和电压失稳，由于它们包含相同的元件，区分它们往往很困难。一种典型的纯电压稳定问题场景是单机单负荷系统，负荷主要由感应电动机组成。这里的暂态失稳主要是指系统受扰动之后，感应电动机等快速响应元件失去了平衡点，或者由于故障不能尽快切除，使系统离开了干扰后的吸引域。
文献[2]应用PV曲线和感应电动机的机械特性研究了扰动后感应电动机引起的暂态失稳机理，提出了足够的电容补偿能使处于低电压解的负荷节点电压恢复正常的观点。文[3]研究了不同短路故障切除时间下单机单负荷系统的动态过程，指出暂态电压稳定也存在故障临界切除时间的概念，并把电压失稳与负荷失稳联系起来。文[4][5]用仿真手段研究了快速响应的静止电容补偿器对防止感应电动机负荷引起的电压崩溃的作用，并指出断路器投切的并联电容补偿不能达到同样的目的。文献[6]采用时域仿真重演了感应电动机负荷引起的暂态电压失稳现象，改进了感应电动机暂态电压稳定的判据，提出了感应电动机引起的暂态电压稳定裕度的概念，并求取了与给定故障切除时间相应的极限动态负荷。文[7]把电力系统同时可接受保持暂态电压稳定和暂态电压跌落的状态称之为暂态电压安全，并强调暂态安全应包括暂态功角稳定和暂态电压安全两方面。2.2 长期电压失稳
系统扰动之后，系统已获短期恢复，可用长期动态的QSS近似．此后造成动态失稳的原因有：①失去长期动态平衡点；②缺乏把系统拉回到长期稳定平衡点的能力；③电压增幅振荡(实际系统中未观察到)。文献[8]通过一简单系统显示和讨论了有载调压变压器(OLTC)和发电机过励限制器动态特性对系统电压失稳过程的作用。文献[9][10]就有载调压变压器对电力系统电压稳定性的影响进行了动态分析，其结果还不能令人满意，主要原因是所采用的元件模型存在差异，考虑的影响因素也不相同等。文献[11]综合考虑了对电压失稳产生重要影响的负荷动态特性、有载调压变压器动态特性及发电机无功功率限制的作用，但难以得出清晰的概念。针对中长期仿真计算量大的问题，文献[12]采用了自动变步长技术把快速响应和慢速响应动态元件综合在一起进行仿真来研究系统的电压稳定性。在研究长期现象时，对于快速系统可用准静态(QSS)近似。QSS方法结合了静态方法计算的高效性和时域方法的有效性。文献[13]采用QSS法考虑了发电机模型中的非线性环节和仿真步长控制问题，并取得了很有意义的结果。
2.3 由长期动态造成的短期不稳定性
此种失稳机制也可以划分为3种情况：①由长期动态造成的短期平衡点丢失；②由长期动态造成的短期动态的吸引域收缩而致使系统在受到随机参数变化或小的离散转移后，缺乏拉回到短期稳定的平衡点的能力；③由于长期动态而造成的短期动态的振荡不稳定性。3.电压稳定性的分析方法 3.1 灵敏度分析方法
灵敏度分析在电压稳定研究中应用越来越广泛，其突出的特点是物理概念明确，计算简单。灵敏度分析方法属于静态电压稳定研究的范畴，它以潮流计算为基础，以定性物理概念出发，利用系统中某个感兴趣的标量对于某些参数的变化关系，即它们之间的微分关系来研究系统的电压稳定性。例如，人们常常考察负荷增长裕度对于发电机出力、线路参数变化的灵敏度以求得较好的控制电压安全的措施。在潮流计算的基础上，只需少量的额外计算，便能得到所需的灵敏值。灵敏值计算缺乏统一的灵敏度分析理论作基础，各文献都按自己的方法进行灵敏度分析，没有统一的标准；在计算灵敏度指标时，没有考虑负荷动态的影响、没有计及发电机无功越限、有功经济调度的影响；灵敏度指标是一个状态指标，它只能反映系统某一运行状态的特性，而不能计及系统的非线性特性，不能准确反映系统与临界点的距离。3.2 最大功率法
最大功率法基于一个朴素的物理观点，当负荷需求超出电网极限传输功率时，系统就会出现象电压崩溃这样的异常运行现象。最大功率法的基本原则是将电网极限传输功率作为电压崩溃的临界点，从物理角度讲是系统中各节点到达最大功率曲线族上的一点。电压崩溃裕度是系统中总的负荷允许增加的程度。常用的最大功率判据有：任意负荷节点的有功功率判据、无功功率判据以及所有负荷节点的复功率之和最大判据。当负荷需求超过电力系统传输能力的极限时，系统就会出现异常，包括可能出现电压失稳，因此将输送功率的极限作为静态电压稳定临界点。负荷如果从当前的运行点向不同的方向增加，就会有不同的电压稳定临界点，有不同的电压稳定裕度，但在这些方向中总会有一个方向的电压稳定裕度最小。计算出这个方向和电压稳定临界点，就能为防止电压失稳提出有效的对策。把这个方向定义为参数空间中最接近电压稳定极限的方向，这个电压稳定临界点定义为最接近电压稳定临界点。3． 3 Q-U法
CIGRE对电压崩溃十分重视，38.01工作组在1987年提出电网应按照防止电压崩溃的准则进行规划设计，并提出了防止电压崩溃的Q-U法。Q-U法是将电网中的某节点或母线作为研究对象，通过一系列潮流计算，确定其Q-U特性曲线，并根据无功储备准则或电压储备准则，来确定所需的无功功率。
该方法的优点是物理概念明确，缺点主要是潮流方程在电压崩溃点处不易收敛。4.电压稳定研究的进一步发展
4.1 更精确的电压稳定极限确定所需的模型
对于系统电压稳定极限做出更精确的描述是现代电力系统发展的需要，为此有必要考虑更实际的负荷模型，采用更有效的方法。感应电动机负荷是非常重要的一类负荷，在以往的电压稳定极限计算中，对这一类负荷常常以静态负荷替代，或是用具有功率恢复特性的动态负荷模型近似，研究表明，基于恒稳态功率恢复特性的动态负荷的小扰动分析所得的SNB点与基于静态负荷的CPF所得的Fold分岔点是一致的，而考虑具体的感应电动机负荷后刻画电压稳定极限的工作变得更为复杂：首先很有可能在Fold分岔点之前就出现由于电动机滞转引起的SNB点；其次，这些SNB点不一定会造成系统出现电压崩溃，其性质还要依系统的具体情况进行分析。因此，在更精细的描述系统电压稳定极限的工作中，对于感应电动机负荷模型应予充分重视。4.2 不断发展的计算方法
迅速发展的计算机技术以及基于几何概念的非线性动力学定性理论促进了非线性动力系统数值计算方法的发展和应用，目前已有AUTO，MAPLE等著名商业软件可供选择。但是目前还没有用来分析多机电力系统的稳定性的好经验。在电力系统的分岔与混沌研究中，围绕如何求取平衡解流形曲线，如何自动修正步长，如何越过常规Newton-Raphson算法中的奇异点，如何跟踪大型电力系统的PV曲线，如何搜索解曲线上的分岔点并判别其类型等一系列问题，进行了广泛的研究。目前一般采用延拓算法，较典型的有预估-校正法、弧长法等。例如用解轨线的切线或割线的方法预测，而用局部参数化或利用解轨线与垂直于切向量的超平面的交点的方法(准弧长法)校正，也可用二次型曲线来近似描述SNB点附近的潮流解，并用可控步长来加速计算。
面对感应电动机模型对于电压稳定分析造成的复杂性，需要有效的精确判定系统的稳定极限的方法，CPF或是基于恒稳态功率负荷模型的小扰动分析在这种系统中给出的结论一般都倾向于乐观；计及感应电动机负荷的分岔方法虽然可以通过SNB点附近的平衡点的情况来判断出现的SNB点的性质，但对大系统而言，“两步法”更为适用，针对拥有大量感应电动机负荷的系统，在“两步法”之后通过时域仿真确定所发现的SNB的性质也是非常必要的。5.结语
电力系统电压稳定问题的研究有着十分重大的社会经济意义。尽管电压稳定问题及其相关现象十分复杂，在过去二十年间，人们已经在电压失稳机理以及负荷模型建立、分析手段上取得了很多重要研究成果。随着系统规模的不断发展，新型控制设备的不断投入运行以及电力市场化的不断深入，人们需要更为准确的电压稳定性指标以及实用判据，需要将电压安全评估与控制不断推向在线应用。参考文献
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标签：分析无功补偿研究
摘 要：阐述了国内外电力系统无功电压控制的问题和发展方向、AVC 研究现状及电网动态电压稳定的策略;国外二三级电压调控的运行现状、国内几个省网无功平衡和电压控制的研究，以及对无功补偿设备采取的配置原则、调节手段，并提出了几点无功电压调控与管理的相关措施等。
关键词：无功补偿;电压控制;电力系统
电网无功平衡是保证电压稳定的基本条件，由于电力系统中无功功率的发、供、用呈现强烈的分散性，因而无功功率只有在分层、分区，分散合理平衡的基础上，才能实现电网电压的合理分布和维持电网的稳定运行。信息来源:http://
——不能反映电网实时网络拓扑变化对分区影响，可能造成误控;
——采用下达电压目标指令的方式，难以很好控制无功潮流;
虽然存在以上问题，但由于存在巨大的潜在效益，因而十几年来法国和意大利电网一直在运行中不断完善和改进其自动电压控制技术。信息来自:
南方电网从多馈入交直流输电系统电压稳定状况展开研究。在多馈入的交直流输电系统中，直流输电元件的电压稳定和无功控制是一个崭新的课题，通过分析典型运行方式下的静态、动态、暂态电压稳定性问题，分析系统存在的电压稳定薄弱环节和隐患，研究改进措施并制订防止电压失稳的预防和校正控制的策略。信息来自:
kV 变电站补偿容量研究、变电站主变额定电压选择和抽头比较与配合选择研究、无功分层和分区平衡情况分析和支路无功经济分点的数学验证。信息来自:
广东电网根据无功补偿配置原则，详细分析配电网无功补偿的工程实际问题，构造制约函数求解并以变迟度法进行寻优。研究配电网无功优化补偿 信息来源:http://
2.5 无功电压控制的发展方向 信息来自:
因此，分层分区和分散就地的关联控制兼顾了全局优化和局部优化的问题。信息来源:http://tede.cn AVC 研究现状 [2-3] 信息请登陆:输配电设备网
基于最优潮流(OPF)的实时电压自动控制(AVC)集安全性和经济性于一体，可实现安全约束下的经济性闭环控制。正常运行情况下，AVC 通 信息来源:http://tede.cn
过实时监视电网无功电压情况，进行在线优化计算，分层调节控制电网无功电源及变压器分接头，调度自动化主站对接入同一电压等级、电网各节点的无功补偿可控设备实行实时最优闭环控制，满足全网安全电压约束条件下的优化无功潮流运行，达到电压优质和网损最小。省级电网研究的AVC 是集中控制型的，也即在电网调度自动化系统SCADA、EMS与现场调度装置之间通过闭环控制实现AVC。信息来源:http://
湖南电网提出了采用经济压差进行全局无功优化的思想，以每条线路电压降落的纵分量最小为目标求解最优潮流，计算各发电厂和变电站注入系统的无功功率，而各发电厂和变电站通过安装电力系统无功电压调整装置，自动调节无功出力和变压器的分接头，使其实际输出无功功率为计算出的无功优化值。
福建电网无功电压AVC 控制系统能在很短的时间内实现无功电压二级协调控制，提高无功资源的合理分配和可靠利用。其特点是： 信息来自:输配电设备网
——适应电网运行方式变化，能实施不同的无功电压优化运行方案;信息来源:http://
为此，应本着自下而上，由末端向电源端的顺序逐级平衡补偿。在补偿方式上宜采用集中补偿和分散补偿相结合，以分散为主;高压补偿和低压补偿相结合，以低压为主的原则。并安装自动补偿投切装置。在电网中采用有载调压变压器，安装无功——电压优化自动控制装置，可以实现经济调压。信息请登陆:输配电设备网
电网的无功、电压调节和管理的必要措施如下： 信息来自:
(2)加强电网无功及电压的调节和管理;信息来源:http://
(3)电力系统分区并确定各个区的电压中枢点以便对电压进行分级分布式控制;信息来源:http://
(4)合理配置无功补偿设备，做到无功就地补偿、分层分区平衡;信息请登陆:输配电设备网
(5)加强送、受端电网建设，能提高运行可靠性、调度灵活性和通道的输送能力，并能提供足够短路容量和足够大惯性的系统;
(6)在长距离、大容量送电线路中大量采用串联补偿，以提高电网输送能力、改善运行电压水平;信息来源:http://
(7)在落点集中的负荷中心、受端电源少、受端大规模接受西电东送的落点采用动态无功设备;信息来自:输配电设备网
(8)研究广东电网受端系统电压稳定和动态无功补偿问题，根据研究成果合理配置无功电源，使之满足电网动态无功备用;
(9)对省网进行无功优化调节控制，实施分级分布式的控制策略，实现整个省网的闭环实时控制，实现全网无功优化配置;信息来源:http://
(10)运用“无功电压优化集中控制系统”，完善电压自动监测网络，实现数据自动采集、自动传输和自动统计分析，实现全网无功优化实时控制。
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电压稳定性分析 篇6
关键词：低压差线性稳压器；输出可调；静态电流；稳定性；线性和负载调整
中图分类号：TN401文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)12-21684-02
Design of an Adjustable,Low Voltage,High Stability Low Dropout Regulator
MIAO Ying,LIU Zhang-fa,JIANG Ming-fang
(School of Electronics and Information Engineering,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China)
Abstract:This paper presents the design of a low voltage,high stability,low dropout (LDO) regulator with six different output voltages (1.0V, 1.2V, 1.4V, 1.6V, 1.8V or 2.0V). The basic function of an LDO is to optimize the battery life of portable devices and to provide a constant output voltage to drive small sub-circuits. The proposed LDO was designed using 0.35μm CMOS mixed-signal process of CSMC. The simulation result shows that the line and load regulation are only 0.7mV and 5mV, respectively. The dropout voltage is only 170mV at 90mA output current when output voltage is 1.8V.
Key words:low dropout voltage linear regulator; output adjustable; Quiescent current; line and load regulation.
1 引言
DC/DC变换器已广泛应用于各种移动电子系统中，如移动通信终端、便携式电脑、PDA等。低电压、低压差（Low Dropout, LDO) 线性稳压器具有结构简单、低噪声、低功耗以小封装和较少的外围应用器件等突出优点，在便携式電子产品中得到广泛的应用。在便携电子产品中，丰富的功能对功耗的要求与电池的使用时间之间的矛盾越来越突出，这就要求电源具有极高的转换效率。LDO的电源转换效率定义为
其中Iout是输出电流，Vout为输出电压，Iq为静态工作电流，Vin为输入电压。要使转换效率提高，必须降低输入输出压差Vdropout和静态电流Iq的值。
LDO在功能上属于DC/DC变换器中的降压变压器，在输入电压大于输出电压一定数值时，LDO电路系统具有保证输出电压稳定的特点，从而延长便携设备中电池的使用寿命。但是，如果在输入电压或者是负载电流发生变化时，输出电压值会产生一定的跳变。输出电压的跳变值将通过芯片内部的反馈网络送到误差运算放大器的输入端，放大器输出电压控制输出调整管以稳定输出电压。
LDO可根据其输出电流和电压的能力进行分类。大电流LDO具有输出1Amp或更大的电流的能力，同时高电压LDO的输入电压大于12V。一些LDO可提供可调的输出电压，因此也被称为“可编程LDO”。静态电流和输出压差是设计LDO的关键，因此，减小输出压差和输出电流是设计具有高稳定性能LDO电路的关键。本文提出了一种输出可调、低电压、高稳定性的LDO线性稳压器。
2 LDO线性稳压器的电路设计与性能分析
2.l LDO线性稳压器的系统结构
图l是LDO线性稳压器的结构框图， 由以下几个部分组成：电流偏置电路(Bias)、带隙基准电压源(Vref)、误差放大器(Error Amplifier)、电流限制与短路保护(Current limit)、调整管(Pass Element)、输出电压选择(V_sel)和反馈电阻(R1、R2)。
图1 LDO整体结构框图
其中电流偏置电路为LDO 提供低温漂、高精度的偏置电流。带隙基准源为误差放大器(Error Amplifier)提供参考电压Vref。电压基准源与稳压器不同，它的驱动能力很差，需要额外的电路器件来提供输出电流的能力。
误差放大器将输出反馈电压FB与参考电压Vref进行比较，并放大其差值用来控制调整管的导通状态，从而得到稳定的输出。
调整管(Pass Element)在误差放大器的控制下提供驱动负载的输出电流，广泛使用的结构包括：NPN达林顿管(Darlington)、NPN管、PNP管、NMOS功率管和PMOS功率管。表1比较了这几种结构的基本特性。NMOS功率管和PMOS功率管广泛应用于低电压LDO线性稳压器的结构中，而NPN达林顿管、NPN管和PNP管多用于高压LDO线性稳压器的结构中。
表1 调整管结构参数
由表1可看出，最低的输入输出压差Vdropout可由PMOS功率管(Vsd/sat)和PNP管(Vce/sat)得到，大约为0.1到0.4V。其中PMOS功率管栅极输入变化，其Vsd和内阻也随之改变，从而可得到最低的输入输出压差。折中考虑输入输出压差、静态工作电流、输出电流和速度，PMOS管是最好的选择。LDO的电路设计受调整管的大小影响很大，调整管必须足够大以便形成较大的输出电流和低的输入输出压差。本设计中，调整管提供负载的最大电流为90mA。
反馈电阻提供反馈输出电压，使之与基准电压进行比较。输出电压的值可由公式（2）得到，改变R1/R2的比值可以控制输出电压的值。
在IC设计中，这个比率比绝对的电阻值更容易控制，因此电路将不会受器件的容差影响。此设计中的输出可调性即通过改变这个比率来得到。
2.2可编程（可调）输出电压
此设计的一个主要特征是其输出电压可调，通过调节反馈网络中电阻的比值可使电路在3.3V输入下，输出电压从1V到2V可调输出6种电压（2.0V、1.8V、1.6V、1.4V、1.2V、1.0V）。
输出电压的选择通过使用PMOS管作为开关来实现。PMOS管的源极接反馈电阻的一端，漏端接地，栅极接逻辑控制电路（Logic control），如图2所示。PMOS管栅极电压的高低决定了晶体管是开路还是短路，从而改变了R1/R2的比值。
图2 可调反馈网络
2.3频率补偿分析
在LDO设计中，使用PMOS功率管作为调整管的最大问题是电路可能产生振荡。系统必须有足够的相位裕度（>60°），才能保证稳定。最普遍的方法是在系统中引入一个零点，抵消由极点引起的相移和增益下降。系统有两个极点，一个来自稳压器的控制环路，另一个来自调整管。然而，负载可引入另外一对零极点，其中极点依赖于系统的增益，在反馈路径上形成一个相位移动，从而引起使系统不稳定的振荡。
为了稳定系统，必须有输出电容Cb。利用输出电容的寄生等效电阻（ESR）和外接等效串联电阻（ESR）来产生零点，因而必须适当的选择等效串联电阻（ESR）的阻值，从而适当选择引入的零点来减少或消除相对应的极点。采用图3电路对误差放大器进行仿真。
图3 误差放大器特性仿真回路
(a)負载不同(b)Cb不同
图4 误差放大器相位裕度图
对大多数LDO稳压器来说，ESR存在最大值和最小值。超出一定范围的ESR阻值会引起环路的不稳定性。图4表示了ESR阻值和相位裕度的关系。
3 仿真结果
低电压LDO稳压器采用Cadence公司软件进行设计。它的最大输出电流为90mA，输入电压为1.4V到3.6V，输出电压从1V到2V可调（图5）。
(a)Vout=1.8V (b)Vout=1V
图5 LDO输出电压
三个特征值必须考虑：建立时间、负载调整率、线性调整率。图6显示了该LDO稳压器连接不同负载时的输出电压情况，Vin=3.3V，Iload从0变化到100mA, LDO输出电压变化典型值仅为5mV。当负载连接到稳压器上，系统为了保持输出电压不变，将试图稳定输出电压，这就需要一定的时间来达到这个稳定的状态，这个时间被称为系统的建立时间。负载调整率表示了当负载发生变化时，系统保持输出电压稳定的能力。
图6 LDO负载调整能力
另一种调整率是线性调整率，表示当输入电压发生变化时，系统保持输出电压稳定的能力，如图7所示，输入电压从2V到3V变化，该稳压器线性调整的典型值约为0.7mV。
图7 LDO线性调整能力
4 结论
本文设计了一种低电压、高稳定性的低压差（LDO）线性稳压器，可输出6种可调电压。它具有小的静态电流、良好的线性调整和负载调整能力。该稳压器的线性调整和负载调整的典型值分别为0.7mV和5mV；输出的最大电流为90mA；其输出压差在90mA输出电流，1.8V输出电压下为170mV。
本设计的一个缺点是在反馈网络中使用了电阻，在版图中所占面积较大，因而为了进一步减小版图的面积，可以采用晶体管代替反馈电阻。另一个需要考虑的改进是减小系统的建立时间，可以通过采用一种更好的补偿方法来实现。
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电压稳定性分析 篇7
三级电压控制[1,2,3,4,5] (又称自动电压控制 (AVC) ) 包括:一次电压控制、二次电压控制和三次电压控制。其中, 二次电压控制的控制目标是保证先导母线电压等于设定值, 如果先导母线的电压幅值产生偏差, 二次电压控制器按照预定的控制策略来更新受控发电机自动电压调节器 (AVR) 的电压参考值, 其时间常数为分钟级。在二次电压控制对静态电压稳定影响的分析方面已取得一些研究成果[6,7,8,9,10]。文献[9]通过两机系统的计算证明二次电压控制通过重新分配区域无功, 可增加系统稳定裕度;文献[10]也证明了二次电压控制可有效推迟电压崩溃的发生。
稳定裕度是评价电力系统静态电压稳定性的重要指标, 连续潮流算法是分析静态电压稳定的一种有效方法[11,12,13,14], 它可以方便地计算出静态电压稳定的临界点和负荷节点的P-V曲线, 从而给出其裕度。本文主要研究在二次电压控制作用下如何利用连续潮流法计算电力系统的静态电压稳定裕度, 并分析二次电压控制对静态电压稳定的影响。
1 考虑二次电压控制的潮流计算模型
1.1 常规潮流模型
采用极坐标时, 节点电压表示为:
设有Npq个PQ节点, Npv个PV节点。对PQ节点, 其电压幅值和电压相角为未知数, 共2Npq个未知数;对PV节点, 其电压相角为未知数, 共Npv个未知数。因此, 总共有2Npq+Npv个未知数。
另外, 对于PQ节点, 可以列出Npq个有功功率平衡方程和Npq个无功功率平衡方程, 所以共有2Npq个等式;对于PV节点, 可以列出Npv个有功功率平衡方程。因此, 总共有2Npq+Npv个等式, 即
式中:PGi和QGi为节点i的发电机出力;PLi和QLi为节点i的负荷;Pij和Qij分别为从节点i流向节点j的有功和无功功率;Si为与节点i相连的所有节点的集合。
因此, 未知量与等式的数目相等, 可进行求解。
1.2 无功协调因子的定义[7]
在二次电压控制中, 由于控制发电机数目大于先导节点的数目, 因此, 除了可以保持先导节点的电压维持在给定值以外, 还可以利用这个自由度实现其他目标, 如无功裕度最大、无功出力均衡等。本文选择了使发电机无功出力保持均衡, 即
式中:qarea, k为区域k的无功协调因子;Qg, i和Qg, j分别为属于区域k的第i台和第j台受控发电机;Qgmax, i, Qgmax, j和Qgmin, i, Qgmin, j分别为第i台和第j台受控发电机的无功上限和无功下限。
1.3 潮流计算模型的扩展
根据文献[15], 为了考虑二次电压控制的影响, 有必要定义2类新的节点:一类是P节点, 即参与二次电压控制的发电机节点, 这类节点只有有功功率是给定的;另一类是PVQ节点 (先导节点) , 这类节点本来是负荷节点, 不仅有功和无功功率是给定的, 其电压幅值也是给定的。设有Na个PVQ节点 (Na同时也是分区数) , Np个P节点。对于PQ, PV, P和PVQ节点, 其电压相角为未知数, 共有Npq+Npv+Np+Na个;对于PQ和P节点, 其电压幅值为未知数, 共有Npq+Np个;而区域的无功协调因子qarea为未知数, 共有Na个。因此, 总共有2Npq+Npv+2Np+2Na个未知数。
对PQ, PV, P和PVQ节点可列出Npq+Npv+Np+Na个有功平衡方程;对PQ和PVQ节点可以列出Npq+Na个无功平衡方程;而对于区域无功协调因子可以列出Np个等式。因此, 总共有2Npq+Npv+2Np+2Na个等式, 即
未知量与等式数目相等, 可以求解。将区域无功协调因子的等式展开, 最后得到如下方程:
此扩展潮流方程未考虑二次电压控制各种限制, 如发电机无功越限等, 具体解决方法见文献[15]。
2 考虑二次电压控制的连续潮流计算
2.1 扩展连续潮流模型及其求解
发电机出力和负荷功率的变化可用下式表达:
式中:下标0指λ=0时节点i所对应的基本的发电机出力和负荷水平;KPGi, KPLi, KQLi分别为指定的发电机出力或负荷的增长系数。
将式 (6) 代入式 (5) , 可得到如下方程:
首先求取切向量, 切向量θ, dV, dqarea, dλT满足下式:
式中:雅可比矩阵中的子矩阵JPθ=∂P/∂θ, JPV=∂P/∂V, JPa=∂P/∂qarea, JPλ=∂P/∂λ, JQ θ=∂Q/∂θ, JQV=∂Q/∂V, JQ a=∂Q/∂qarea, JQ λ=∂Q/∂λ, JQgθ=∂Qg/∂θ, JQgV=∂Qg/∂V, JQga=∂Qg/∂qarea, JQgλ=∂Qg/∂λ, 而ep为除了第P个元素为1, 其余元素均为0的向量。
由此, 便可得到θ, dV, dqarea, dλT, 从而算出预测值。将由预测环节得到的预测值代入式 (7) , 进一步得到迭代方程:
由此, 便可得到θ, V, qarea, λT的校正值。
2.2 平衡发电机参与二次电压控制
为了让二次电压控制得到更好的调控效果, 在本文中平衡发电机也参与二次电压控制, 因此, 在式 (7) 中加入一个方程:
式中:Qref为平衡发电机的无功功率;Qrefmax和Qrefmin分别为平衡发电机的无功功率上下限;QLref0为平衡发电机节点处的初始负荷;KQLref为平衡发电机出力的增长系数。
同时, 将平衡节点的电压幅值作为未知量引入方程组, 这样, 方程数与未知量依然相等, 仍然可以进行求解。
2.3 发电机无功越限的处理方式
参考文献[15,16], 在考虑二次电压控制的连续潮流计算中, 发电机无功越限按如下方式处理:
1) 若有PV节点的无功越限, 则将此节点转为PQ节点, 并将其无功功率Q设为Qmax或Qmin (视其越上限还是下限而定) 。
2) 若有P节点的无功越限, 则将此节点转为PQ节点, 并将其无功功率Q设为Qmax或Qmin (视其越上限还是下限而定) 。而因为无功协调因子qarea的作用, 当有一台控制发电机 (P节点) 的无功越限, 则此发电机所属区域的所有受控发电机无功都越限, 此时, 此区域的所有P节点转为PQ节点。也因为此区域的所有受控发电机的无功已越限, 无法再维持先导节点给定的电压值, 所以此区域的PVQ节点转为PQ节点。
3) 若平衡节点的无功越限, 则将此节点转为Qθ节点, 并将其无功功率Q设为Qmax或Qmin (视其越上限还是下限而定) 。在本文中, 平衡节点的无功也参与二次电压控制, 所以, 平衡节点的无功将与其所属区域的其他受控发电机的无功同时越限。
2.4 受控发电机电压越限的处理方式
参考文献[15], 在考虑二次电压控制的连续潮流计算中, 受控发电机电压越限时可这样处理:当有P节点 (受控发电机) 的电压越限时, 可将P节点转为PV节点, 而当一个区域里所有P节点的电压都越限时, 由于不能再维持先导节点的给定电压, 所以这个区域的PVQ节点此时就转为PQ节点。
3 算例分析
以IEEE 39节点系统 (见附录A图A1) 为例, 应用本文所提出的方法进行连续潮流计算, 并分析二次电压控制对静态电压稳定的影响。负荷增长方式定义为:节点1, 3, 4, 7, 8, 9, 12, 15, 16, 18, 20, 21, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29的负荷增长, 各负荷增长节点的有功和无功功率按其在基荷中所占比例增长。当发电机无功功率达到限制时, 按2.3节的方法处理, 该系统的发电机无功功率上下限见附录A表A1。在考虑二次电压控制时, 为了使计算更接近AVC的控制方式, 先导节点电压由最优潮流给定, 由Matpower4.0b工具箱[17]中的最优潮流程序计算给定。所有计算程序均在MATLAB 7[18]的环境下实现。
根据文献[19,20], 将IEEE 39节点系统分为3个控制区域, 并选出相应的先导节点, 分区图见附录A图A1。区域1包括节点2, 3, 17, 18, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 37, 38;区域2包括节点1, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 31, 32, 39;区域3包括节点15, 16, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 33, 34, 35, 36。其二次电压控制信息见附录A表A2。
3.1 二次电压控制对静态电压稳定的影响
经过计算, 发现每个控制区域的大部分负荷节点的λ-V曲线的形状相似, 即电压随负荷增长的变化过程相似, 因此, 这里只列出控制区域3的先导节点与一个负荷节点的λ-V曲线, 如图1所示。控制区域1和2的负荷节点与先导节点的λ-V曲线见附录A图A2和图A3。
未实施二次电压控制时的裕度为0.286, 而实施后的裕度为0.344, 不难看出, 实施二次电压控制后, 系统静态稳定裕度有所增加。从各控制区域的先导节点与负荷节点的λ-V曲线可以看到, 电压崩溃前, 在实施二次电压控制的情况下, 其电压水平要比没有实施二次电压控制时的电压水平高。而且随着负荷的不断增加, 与一般情况下电压随着负荷增加而下降不同, 由于二次电压控制的作用, 其负荷节点电压都维持在较高水平, 没有太大的下降。
为了更深入地分析电压下降过程, 应先了解在电压崩溃之前, 负荷增长过程中, 发电机的无功越限情况。没有二次电压控制的情况下, 发电机无功越限的顺序为34, 35, 32, 31, 33, 36, 39, 在电压崩溃前, 共有7台发电机的无功越限。在有二次电压控制的情况下, 发电机无功越限的顺序为:控制区域2的受控发电机31和32 (其中受控发电机39在λ=0.035时电压越限, 转为PV节点) ;控制区域3的所有受控发电机33, 34和35 (其中受控发电机36在λ=0.123时电压越限, 转为PV节点) , 最后无功越限的是发电机36, 39;控制区域1在电压崩溃前没有发电机无功越限。在电压崩溃前, 共有7台发电机的无功越限。
结合发电机无功越限情况, 分析各λ-V曲线, 可以发现有二次电压控制时, 当区域2的2台受控发电机31和32无功越限时, 该区域的先导节点7和负荷节点12的电压有轻微下降, 而区域1和区域3的先导节点和负荷节点的电压相对没有明显下降。当区域3的3台受控发电机33, 34, 35无功越限时, 该区域的先导节点20和负荷节点15的电压开始有明显下降, 而区域2的先导节点和负荷节点的电压也因此下降得更快。而当之前因电压越限而转换为PV节点的发电机36和39无功越限时, 将导致整个系统的电压发生崩溃。
从发电机无功越限与电压下降的相应情况, 可以发现, 当只有一个区域的受控发电机无功越限时, 只对该区域的电压有影响, 而对其他区域影响不大, 但当有第2个区域的受控发电机无功越限时, 由于累计无功越限的受控发电机已有一定数量, 而且又是几台受控发电机同时无功越限, 其他区域的电压也开始受影响, 电压下降趋势加快。而当属于这2个区域的所有发电机无功越限时, 整个系统的电压开始崩溃。而无功协调因子的作用是使得发电机的无功出力均衡, 这就造成了发生无功越限时, 是一定数量 (控制区域的受控发电机台数) 的发电机同时无功越限, 所以使得在发生发电机无功越限时, 电压更容易迅速下降。正因为这与没有二次电压控制下的电压下降过程有差别, 因此, 当无功协调因子采用无功出力均衡方式时, 不但要关注电压下降的情况, 还要密切关注无功协调因子, 特别是受控发电机台数较多的区域的无功协调因子。当无功协调因子接近1时, 就代表此控制区域的发电机即将发生无功越限, 此时应采取相应的措施, 预防电压迅速下降。
3.2 二次电压控制对发电机无功出力的影响
电压崩溃之前, 在系统负荷增长的过程中, 未实施和实施二次电压控制时发电机无功越限的顺序与其越限时对应的λ如表1所示。
由表1的对比分析可以看出, 在电压崩溃前, 2种情况下都有7台控制发电机无功越限。没有二次电压控制的情况下, 首先发生发电机无功越限时的λ为0.002, 而经过二次电压控制, 首先发生发电机无功越限时的λ为0.204, 即随着负荷的增长, 二次电压控制延迟了发电机的无功越限。这就说明二次电压控制充分利用了控制区域内受控发电机的无功储备, 在负荷增长时更好地维持了电压稳定。
4 结语
本文提出了考虑二次电压控制的连续潮流计算模型, 并且解决了在连续潮流中处理发电机无功越限的问题。通过对IEEE 39节点进行连续潮流计算, 证实了二次电压控制可以提高系统的静态稳定裕度, 同时可以提高系统在电压崩溃前的电压水平。在实施二次电压控制后, 系统无功出力得到了更合理的利用, 从而更好地维持电压水平。但是, 如果无功协调因子采取无功出力均衡的模式, 则不但要关注电压下降的情况, 还要密切关注无功协调因子的变化, 以防止某一个区域的受控发电机无功越限时, 系统电压迅速下降。
本文给出的考虑二次电压控制的连续潮流法模型, 主要是通过定义新的节点类型, 并通过节点类型转换考虑相应限制条件来实现的, 这为二次电压控制的其他相关研究提供了一条思路。但目前此模型仅适用于一个控制区域只有一个先导节点的情况。对于一个区域有几个先导节点的情况, 还有待进一步探讨。
附录见本刊网络版 (http://aeps.sgepri.sgcc.com.cn/aeps/ch/index.aspx) 。
电压稳定性分析 篇8
开关电源一般由脉冲宽度调制 (PWM) 控制IC和MOSFET构成。本文侧重于将研究重点集中于通用型变频器用开关电源设计, 从开关电源的基本原理入手, 结合以通用型变频器的设计条件为基础, 借助Candece软件设计硬件, 并对其在不同负载情况下对其电压稳定性进行了实验分析。经验证, 本设计开关电源能达到实际应用场合的设计要求。
开关电源就是电路中的电力电子器件工作在开关状态的电源[1], 其采样电路、PWM控制电路、变压器的设计、控制芯片的选择等成为开关电源设计的关键。本文就从上述几点出发, 详细阐述了开关电源设计的原理及实验验证结果。由开关电源回路提供的电源为多路输出, 为变频器逆变器提供驱动电压, 并为其他部分提供电源, 指标如下:输入为322~752V;输出为多路16V, 24V, ±8V, 24V。
1 基于UC2844的硬件设计
UC2844是高性能固定频率电流模式控制器。专为离线和直流至直流变换器应用而设计, 为设计人员提供只需最少的外部元件就能获得成本效益高的解决方案。本文借助Cadence软件强大的电路图绘制、电路模拟仿真、图形后处理和元器件符号制作等功能设计硬件电路。
1.1 工作原理
电源接通后, 当7脚的电压达到驱动电压16V后, UC2844开始工作, 通过6脚来控制MOSFET的导通与关断, 将输入直流电压变成高频方波后输入高频变压器T的一次侧, 再通过高频变压器T将电压变成8V、16V、24V输出, 其中16V为UC2844提供电源, 如此使电路循环工作。电路中引入输入滤波电容, 可滤除输入电压中的高频干扰, 得到较为稳定的输入电压;为了消除电压尖峰脉冲对系统稳定工作的影响, 引入了缓冲吸收电路。另外, 本电路中还具有电流采样和过流保护的功能。
1.2 反激变压器的设计
反激变压器[2,3,4]一半是电感, 一半是变压器。变压器在本设计中采用封装形式体现, 电路采用单端反激型电路, 电流连续工作模式。本设计中开关电源用变压器其主要数据参数如下:
工作频率fs=100k Hz, 工作周期Ts=50μs, 效率η=0.9, 输入直流电压537V±40%, 即322~752V, 输出功率150W。
2 实验分析
2.1 开关电源电压工作范围的确定
根据设计初期的要求, 本开关电源应工作于322~752V之间, 并确定其工作的上下限。实验波形中通道1、3分别为输出的16F、24V, 通道2为输入电压200V。
当输入电压为200V时, 这里开关电源处于工作状态, 逐渐增加输入电压, 测试得P16F=15.8V, P24F=24.1V。测试波形如下图所示。
图中, 可见当输入电压达到200V时, 三个通道的测试结果显示波形较好。经过反复试验可以验证本开关电源的最低输入电压为138V, 当电压升至196V时, 可以实现开关电源的重起:P16F=15.8V, P24F=24.1V。故而, 本次设计的开关电源的工作电压范围是Vdc=200~600V, 满足预定要求范围。
2.2 开关电源电压稳定性验证
实验主要是验证输出电压在输入母线电压为最小值和平均值两种状态下, 观测输出电压变化值和电压值。改变输出端负载情况, 当母线电压为457V时, 三个端口输出电压的变化范围及偏差均在工程允许范围内, 测试结果如下表所示。
经过反复的试验, 可以确定本次设计的开关电源满足设计初期的要求, 并实现对电压纹波的控制, 确定工作电压的范围, 并实现对输出电压偏差良好的控制。
3 结束语
本文介绍了一种实用型变频器用开关电源的设计, 并介绍了开关电源硬件电路及相关部分的设计。针对此开关电源的工作电压范围和开关电源工作稳定性进行了实验验证, 实验波形证明了该开关电源的可行性, 并能达到实际工程的要求。
注:Load 1是指三个输出电压副边负载为P8F:R=38ohm, P24F:R=84ohm, P16F:R=84ohm;Load 2是指三个输出端均为空载情况下。
摘要：本文描述了一种实用性开关电源的设计结构, 给出了基于UC2844的通用变频器用开关电源的拓扑结构。借助Candence设计了开关电源的PWM控制电路、反馈电路、采样电路等, 着重就开关电源工作电压范围及电压稳定性试验分析, 并验证设计的合理性。
关键词：开关电源,控制电路,电压稳定性
参考文献
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电压稳定性分析 篇9
钻井系统是一个动态的非线性系统, 涉及很稳定性问题, 例如井壁稳定性问题、钻头转速稳性问题等。目前, 这些方面的研究已逐渐趋近于熟, 但是很少有人意识到钻井中电压稳定性问题析的重要性。一旦发生电压不稳定将直接影响整个钻井系统的正常工作, 导致巨大的经济损失为了避免这种情况的发生, 有必要引入一种研究法来分析电压稳定性。
钻井过程中电压稳定性的改变, 实质上是从一种稳态走向分叉的过程, 所有分叉点的集合即形成分叉超曲面。实践证明, 分叉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[1—3]。因此, 应用分叉理论加强对电压稳定性的研究工作, 尽早提出一种适用于当前钻井系统电压稳定性分析的理论模式, 指导钻井系统规划和安全生产, 防患于未然。
1分叉分析
分叉是非线性微分动力系统的重要特性之一, 它反映了当系统的物理参数发生变化并经过某些临界值时, 系统的定性性质 (例如平衡状态或周期运动的数目和稳定性等) 将会发生突然变化的情况, 与系统的稳定性以及混沌行为密切相关[4]。
钻井系统中的电力系统是一种有限维微分流形上的动力系统。设由Cr (其中r≥1) 向量场f:U×J※Rn给出的连续动力系统
式 (1) 中U, J是开集, x是状态变量, μ是分叉参数 (亦称“控制参数”) , 在钻井系统电压稳定性分析中分叉参数可以是负荷功率、补偿电容等可控参数。
当参数μ连续地变动且通过μ0∈J时, 如果系统 (1) 失去结构稳定性, 即系统的定性状态 (即拓扑结构) 发生突然变化, 则称系统在μ0处出现分叉如果存在x0∈X, μ0∈J使得f (x0, u0) =0, 则称 (x0, μ0) 是系统 (1) 的一个平衡状态或平衡点, μ0称为分叉值。为了清楚地描述由分叉所引起的系统的定性状态变化的情况, 可以在状态空间中画出相轨迹 (相图) 和在 (x, μ) 空间画出该系统极限集 (如平衡点、闭轨等) 随参数μ变化的图形 (分叉图) , 以反映钻井系统的定性状态随控制参数变化的情况。
2钻井系统电压稳定的分叉分析
2.1数学模型建立
2.1.1发电机数学模型
发电机是钻井系统的核心元件, 物理结构复杂, 其动态性能对整个钻井系统的动态行为有很大影响, 任何钻井系统的分析计算均不能忽略其作用。在研究电压稳定的整个过程中, 发电机仍然是首要考虑的因素之一[5,6]。
2.1.2负荷数学模型
钻井系统涉及很多负荷, 如电动机, 照明设备和一些辅助机械设备, 对电压稳定性影响较大的是电动机。因此本文主要针对电动机来分析电压稳定性。在钻井系统遭受扰动后的暂态过程中, 各负荷点的电压和频率将不断发生变化。与此同时, 负荷所取用的功率也将随之改变。通常, 把负荷功率随电压和频率变化而改变的特性称为负荷特性。负荷建模的任务就是确定描述负荷特性的数学模型。
WALVE负荷模型是一种能够描述大扰动下感应电动机动态行为的综合负荷模型, 它是由WALVE在分析1983年瑞典电网电压崩溃时提出来的。动态综合负荷可描述如下:
式中Vl、θl—负荷母线电压幅值、相角;Kpw、T、Kqw、Kpv、Kqv、Kqv2—负荷系数;P0+jQ0—感应电动机的恒功率部分;Pd+jQd—动态感应电动机负荷。
2.1.3钻井系统网络模型
钻井系统的网络数学模型指的是将网络的有关参数和变量及其相互关系归纳起来所组成、可反映网络性能的数学方程式组, 可以用导纳矩阵来描述。实践中通常己知的既不是节点电压UB, 也不是节点电流IB, 而是各节点的功率SB。在钻井系统计算中, 节点注入电流可理解为各节点发电机电流与负荷电流之和。UB是节点电压的列向量, 网络中有接地支路时, 节点电压通常为各该节点的对地电压, 通常就以大地作参考节点。因此根据SB=U﹒I, 得:
令Yij=Gij+jBij, U*i=Uiejθi=Ui (cosθi+jsinθi) , 代入式 (4) , 可得:
对于PQ节点式 (5) 、式 (6) 就是描述该节点的网络方程, 如果为PV节点, 则因为该节点的电压Ui已知, 描述该节点的网络方程只需式 (6) 。
2.1.4钻井系统电压稳定性分析的数学模型
利用综合选取的发电机、负荷和钻井系统网络模型, 可得出描述钻井系统电压稳定问题的一般数
式 (7) 中f—为描述柴油发电机、励磁调压系统及负荷动态等的微分方程;
g—为描述个节点的有功和无功功率平衡的代数方程;
x—与发电机及负荷动态相关的内部状态变量;
y—节点电压的相角和幅值, 如y= (u, θ) 等;
μ= (Pl, Ql) —系统控制参数 (也可以选其它参量) 。
则平衡解流形可以表示为:
由此可见, 一般钻井系统的最大特点就是用一组微分代数方程式描述系统的动态行为, 为了考察式 (7) 所示系统的动态稳定性, 在平衡点 (x0, y0, z0) 处对式 (7) 进行微分变换, 得到
由式 (9) 可得得到线性系统的状态矩阵为:
根据Schurs公式, 得
从 (11) 式可以看出:若D非奇异, 则detJ与Asys的奇异性相同, 即 (11) 式确定的平衡解流形与 (7) 式确定的平衡解流形具有相同的平衡点分叉值。因此考察系统稳定性就可以直接考察 (11) 式所确定的系统平衡点分叉情况。
3钻井系统动静分叉点的搜索
设系统的微分状态变量初始值为: (δm, ω, θ, u) = (0.3, 0, 0.2, 0.5) , 控制变量Q1=10.1, 经由Matcont进行仿真[7]。追踪到的平衡解流形和分叉点见图1。
从图1可以看出在解流形上搜索到了三个分叉点, 其中H1为Hopf分叉点, H2为Hopf分叉点, SN为鞍结分叉点。数值分析结果见表1。
4 钻井系统电压失稳分析
以下给出了从S点到SNB点经历各阶段的仿真分析。以控制参数Q1的变化作为扰动, 观察各阶段平衡点受扰后的稳定性。
4.1 S-H1段
计算初始条件为: (δm, ω, θ, u) = (0.3, 0, 0.2, 0.97) , 控制参数为:Q1=10.82。采用ode45解算函数, 结果如图2。
从图2可以清楚看出, 系统受扰后电压经过约200 s的减幅振荡后, 最后稳定在一定值, 对应平衡点是渐进稳定的焦点。
4.2 H1-H2段
计算初始条件为 (δm, ω, θ, u) = (0.3, 0, 0.2, 1.05) , 控制参数为:Q1=11.2。采用ode45解算函数, 结果如图3。
由图3可以看出, 电压u2随时间t的增加作增幅振荡, 且电压波谷的值愈来愈低, 经约83 s后, 相轨迹被Q1-u曲线下半支不稳定流形所吸引 (对应于同一Q1值, 如图1所示) 。换言之, 经一段时间后, 振荡相轨迹与不稳定平衡点的相轨迹同宿 (发生同宿分叉现象) 。对于同宿分叉, 系统必然产生结构不稳定。从图3 (b) 可以清楚看出正是由于这种同宿分叉, 导致了电压崩溃现象的出现, 且从相图3 (a) 容易看出, 系统结构不稳定是由电压失稳引起的。
4.3 SNB处
计算初始条件 (δm, ω, θ, u) = (0.3, 0, 0.2, 0.97) , 控制参数:Q1=11.415。采用ode45解算函数, 结果如图4。
从图4的数值分析及仿真结果可以看出, 经约1.30 s后, 系统发生电压崩溃现象。实际上, 随着控制参数的增加 (在抵达极限值以前) , 对于同一Q1值, 在解流形上有两个平衡点。当Q1增加至Q1=11.415时, 两相向运动的平衡点在SN处相遇, 形成一个静分叉点。而这种平衡点数目发生变化时所对应的情形, 根据分叉理论, 系统也会产生结构不稳定现象。从相图4 (a) 容易看出, 系统结构不稳定是由电压失稳引起的。
5 结论
本文建立了钻井系统的电网数学模型, 并引入了分叉理论进行电压稳定性分析, 用Matcont分析出了系统运行分叉点的临界参数并进行了仿真。从仿真结果可以看出, 发生静分叉时, 系统平衡点的数目发生变化, 系统电压单调失稳至崩溃;发生动分叉时系统对应极限环的出现, 系统发生振荡。此外, 在平衡解流型追踪和分叉点搜索上, 采用整个空间搜索法, 该法更便于分析系统的动态稳定性。可以根据分叉点值控制系统在安全范围内运行, 避免事故发生。
参考文献
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电压稳定性分析 篇10
关键词：静止同步补偿器,级联多电平逆变器,直流侧电容,电压稳定控制
0 引言
近年来,电力工业得到了快速发展,针对一些特定场合传统的无功补偿装置很难满足其应用要求[1,2,3,4,5]。作为一种新型的无功补偿装置,静止同步补偿器(STATCOM)采用级联多电平逆变技术,通过全桥或半桥模块电路级联可以较好地弥补单一器件耐压不足的缺点,同时具有易扩展、易维护等优点,在中高压配电网中的应用十分广泛[6,7,8,9]。
在实际应用中,受触发脉冲不一致、电力电子器件之间差异性等因素的影响,静止同步补偿器各级联单元直流侧电容电压容易失衡。甚至有可能导致开关器件失去耐压性,威胁到补偿器的安全运行[10,11]。因此,级联多电平STATCOM的关键技术在于维持各级联单元电容电压的稳定性。目前,针对级联多电平STATCOM直流侧电压的均衡控制,诸多学者进行了相关研究并取得了一定的成果。文献[12,13]详细分析了电容电压的不平衡机理,认为造成电容电压不平衡的主要原因包括:开关脉冲延时差异、混合型损耗差异和并联型损耗差异。文献[14]提出了一种直流侧电容电压均衡控制方法,即通过外部电路实现电压平衡,该方法简单实用,但是会增加装置成本和运行损耗。文献[15]基于能量平衡原理,设计了一种控制模型,通过控制参数设计、稳定性分析和相关实验验证了该模型的有效性。另外,级联多电平STATCOM直流侧电容电压容易出现二倍频波动[16],该二倍频波动会影响控制回路,同时造成并网电流中的三次谐波[17],所以需要对直流侧电压信号进行滤波处理。同样,该检测滤波电路会影响级联多电平STATCOM直流侧电压的稳定性,但是关注该影响的文献相对较少。
本研究在现有研究的基础上,重点研究级联多电平STATCOM直流侧电压的稳定控制方法,提出一种PI闭环控制方法,并进行稳定性分析,最后通过实验验证其有效性。
1 直流侧电容电压波动分析
本研究以单相级联STATCOM其为例,对无功补偿时直流侧电容电压的波动进行分析。为便于分析可作如下假设:各级联单元的电容器状态一致;不考虑电抗器的能量波动同时忽略变流器的损耗;电网的无功功率全部传输至直流侧电容。
定义电容容量均为C,直流侧电容电压初始值为ud0,那么电容器的初始总能量W0可表示为:
无功功率瞬时值可用二倍频的交流量表示,即:
式中:ω—电网角频率,Iq—无功电流有效值,Us—电网电压有效值。
若电网周期为Ts,在(0~1/4)Ts时间内,无功功率为正,直流侧电容处于充电状态,电容能量持续增加;在(1/4~1/2)Ts时间内,直流侧电容处于放电状态,其能量将陆续释放。所以上述无功交换,势必导致直流侧电容电压的波动。在(0~1/4)Ts时间内,直流侧电容能量变化量可表示为:
因此,时刻直流侧电容总能量可表示为:
根据式(1,3,4)计算可得直流侧电压波动量Δud为:
综上所述,级联多电平STATCOM直流侧电容电压波动为二倍频分量,该二倍频分量幅值大小由直流侧电压初始值、电容容量、级联数、无功电流、电网电压共同决定。
2 直流侧电容电压均衡控制
2.1 级联多电平STATCOM能量平衡模型
为保证直流侧电容电压瞬时功率平衡,基于能量平衡的原理,瞬时功率平衡方程可以表示为:
式中:u(t)—电网电压瞬时值,i(t)—电网电流瞬时值,udi(t)—各级联单元直流侧电压瞬时值,Ci—各级联单元直流侧电容。
为便于分析,同样作如下假设:各级联单元直流侧电压变化一致;不考虑连接电感和无功补偿电流的影响。基于上述假设直流侧电压主要受基波有功电流分量的影响,可用下式进行表示:
式中:ud(t)—各级联单元直流侧电压之和。
鉴于微分方程(7)的非线性,本研究采用小信号分析法对其进行线性化处理。如果不考虑变流器的损耗,在电路稳态工作点附近,直流侧电压无限接近设定值,有功电流为零,即满足ud=ud*,Ip=0,dud/dt=0。
若加入小信号扰动,则有:
将式(8)代入式(7),整理可得:
对式(9)进行拉氏变换,可得稳态工作点处级联多电平静止同步补偿器的开环传递函数为:
2.2 PI闭环控制
本研究采用PI调节器对电压环进行控制,其传递函数可表示为:
一般情况下,电压-频率转换信号调理常采用一阶RC滤波电路,其反馈环节传递函数可表示为:
式中:Tf—滤波电路的时间常数,Tf=RfCf。
直流侧电压PI闭环控制框图如图1所示。
对应的系统开环传递函数G(s)可表示为:
另外,闭环传递函数Φ(s)可表示为:
将式(10~12)分别代入式(13)和(14),整理可得:
2.3 稳定判据
若将滤波环节考虑在内,那么级联STATCOM直流侧电容电压控制系统则是一个典型三阶系统,其特征方程可表示为:
根据劳思-赫尔维茨稳定判据,三阶系统稳定的充分必要条件为:
由方程组(18)可得系统稳定的充分必要条件为:滤波环节时间常数小于PI控制器积分时间常数,即Tf<Tdi。
同时,经过根轨迹分析可知:当Tf>Tdi时,共轭复数根位于s平面右半侧,系统不稳定;当Tdi=Tf时,共轭复数根位于虚轴上,系统临界稳定;当Tf<Tdi时,共轭复数根位于s平面左半侧,系统趋于稳定。
3 实验验证
为验证所述电压检测系统的有效性和稳定性分析的正确性,本研究搭建了多电平STATCOM实验样机,并进行了相关实验。
级联多电平STATCOM实验样机的主电路结构框图如图2所示,包括级联单元、驱动板、驱动扩展板和控制板等。级联单元采用半桥IGBT模块作为开关器件,并配套使用驱动板进行半桥IGBT模块的驱动。驱动扩展板可用于实现控制板和驱动板的光纤连接,驱动扩展板具有光电信号转换、取能、直流侧电压检测、驱动板故障信号综合等功能。其中取能模块由DC/DC电源模块和外围电路构成,可从级联单元直流侧获取能量,并转化为稳压电源,供驱动扩展板和驱动板使用;直流侧电压检测模块由光电转换电路、电压频率转换电路和分压电路组成。
控制板主要实现多路PWM脉冲信号的实时输出,基于DSP和FPGA进行搭建。其中DSP作为主控单元,可实现以下功能:电网和直流侧电压信号采集、直流侧电压稳定控制、系统电流跟踪控制、装置启动和保护等。作为多路PWM脉冲发生器,FPGA主要负责脉冲信号的产生。为保证良好电气隔离,所述样机控制板采用光纤与各级联单元相连。
笔者在本研究所述级联多电平STATCOM实验样机的基础上,进行低压并网实验,设置无功电流的峰值为20 A,滤波时间常数为0.01 s,积分时间常数为0.05 s,其他实验参数设置如表1所示。
实验结果如图3所示。
实验所测任选两个级联单元(以A和B表示)直流侧电压波形如图3(a)所示;实验所测电网电压和并网电流稳态波形如图3(b)所示。
通过分析可知:与电网电压相比,并网电流相位滞后90°;并网电流峰值为20 A,与电流设定值一致;电网电压和并网电流波形比较理想;各级联单元直流侧电压可以保持在67 V左右,偏差很小,相对比较稳定。
由实验可知,整个低压并网过程可以描述为:
(1)通过IGBT脉冲限制和不可控整流,可将级联单元直流侧电压抬升至53 V左右,那么直流侧总电压将被抬升至320 V;
(2)释放IGBT脉冲,在本研究所述直流侧电压稳定控制的作用下,可将各级联单元直流侧电压抬升至67 V左右,那么直流侧总电压会从320 V逐步过渡到设定值400 V;
(3)直流侧总电压稳定在400 V,STATCOM样机稳定工作。
另外,为验证前文所述稳定判据的正确性,并网实验中分别设定PI控制器的积分时间常数Tdi为0.008 s、0.02 s、0.05 s。
实验结果如图4所示。
Tdi=0.008 s时并网过程直流侧电压波形如图4(a)所示,STATCOM样机无法顺利启动,振荡发散过程大约维持5 s,通过保护电路将STATCOM从电网中移除。
Tdi=0.02 s时并网过程直流侧电压波形如图4(b)所示;而Tdi=0.05 s时,并网过程直流侧电压波形如图3(a)所示。这两种情况STATCOM实验样机均可顺利启动并稳定运行。通过实验对比可知:积分时间常数Tdi会影响到级联多电平STATCOM的稳定性,与稳定性分析结果相符。
4 结束语
在现有研究的基础上,本研究并将电压检测中滤波环节考虑进去,分析了级联多电平STATCOM直流侧电容电压的稳定性问题。基于能量平衡原理,以单相级联型STATCOM为例,进行了直流侧电压波动分析,并建立了相应的能量平衡模型。采用PI闭环实现了直流侧电压均衡控制,并利用劳思-赫尔维茨稳定判据进行了稳定性分析。从理论上阐述了积分时间常数Tdi对系统稳定性的影响。最后,设计了级联多电平STATCOM实验样机,并通过相关实验验证了本文所述内容的可行性和有效性。
