基于相对综合动态等值的电力系统电压稳定分析理论与应用

When used on the online evaluation of the voltage stability of power systems, the Thevenin equivalent method has theoretic defects due to the following reasons; parameter identification for equivalent circuit is dependent on the wide-area measurement information; parameter of equivalent circuit has no meaning of complex; voltage stability indices based on parameters of equivalent circuit cannot account for the static voltage stability of power load and dynamics of power factor. A relative comprehensive dynamic equivalence method is proposed in this project to overcome the drawback that parameters of the equivalent circuit can not be locally measured. Especially, for PV nodes, static angularity stability can be evaluated using the proposed method by measuring the dynamic relationship between voltage phasors and injected current phasors, and defining a resistance margin index. Based on augmented relative comprehensive dynamic equivalence method and resistance margin index, voltage stability can be evaluated for PQ nodes using the proposed method. Because the augmented resistance margin index can comprehensively tack the changing trajectory of power injected into all nodes, and can change the power angle characteristic into the power resistance margin characteristic, it has deterministic nonlinear characteristics. Low frequency oscillation can be effectively suppressed by applying the augmented resistance margin to identify the pattern of low frequency oscillation in interconnection of regional power systems and designing the thyristor-controlled series compensation (TCSC) that feedback signals of resistance margin.

戴维南等值方法在电力系统电压稳定在线评估中存在理论缺陷：等值电路参数辨识必须依赖广域测量信息；等值电路参数没有一般复数意义；基于等值参数的电压稳定指标不能计及负荷的电压静态特性与功率因数动态变化特性。提出相对综合动态等值方法，克服系统等值参数不可局部测量的缺陷。特别是对于电压不变的PV节点，应用相对综合动态等值方法，只要测量其电压相量与注入电流相量之间的动态关系，通过定义电阻裕度指标，即可评价该节点的静态功角稳定性。而对于电压变化的PQ节点，则应用推广的相对综合动态等值及其广义电阻裕度，评价该节点的电压稳定性。由于广义电阻裕度全面地跟踪了注入系统所有节点功率的变化轨迹，并将功率角度特性曲线变换为功率电阻裕度特性曲线，所以它具有确定的非线性性质。在大区电网互联线路上，应用广义电阻裕度识别系统低频振荡模式，并通过设计反馈电阻裕度局部信号的可控串联补偿(TCSC)装置，有效地抑制低频振荡。

一、项目的背景.上世纪90年代，出现了基于戴维南等值的电力系统电压稳定分布式在线评价方法。但是该方法存在理论缺陷，为此提出新的等值原理与评价指标。.二、主要研究内容.(1)研究电力系统等值原理。基于潮流约束方程，研究电力系统非线性动态等值电路，简化复杂电力系统的网络与非线性元件。研究节点电压稳定裕度指标，在系统达到电压稳定临界状态时，各负荷节点的稳定裕度指标均严格地趋于理论值，保证指标具有分布式电压稳定评估特点。.(2)研究综合等值新方法。分析戴维南等值的理论缺陷：在电力系统中，根据本地测量信息不能计算等值电路参数；系统内部负荷扰动破坏了电压稳定指标的有效性。将电力系统等值电路的参考相量转移到注入节点电流相量，分析电力系统的相对综合动态等值（柔性等值）方法。.(3)研究评价电压稳定的新指标。分析注入电源节点复功率的动态特性与功角稳定性的关系，得到电源节点功角稳定的有功-无功交换指标。进一步分解负荷的时间动态特性与电压静态特性，根据注入负荷节点有功功率与无功功率交换关系，构造负荷节点的电压稳定有功-无功交换指标。. 三、重要结果.（1）提出了相对综合动态等值（柔性等值）新方法。相对综合动态等值，是一种能够跟踪系统内部电势摇摆的柔性动态等值方法，这是本项目的理论基础。.（2）提出了负荷节点电压稳定有功-无功交换指标。有功-无功交换指标，能够消除系统内部扰动对节点电压稳定评价产生的影响，这是本项目的重点突破。.（3）完善了分布式电压稳定评价方法。分布式评价有2方面含义：完全基于本地测量信息计算稳定指标；任意节点的电压稳定指标均与系统稳定极限对应。.（4）统一了电压稳定与功角稳定评价指标.。有功-无功交换指标，既可以可评价电压稳定，也可以功角稳定。.四、关键数据及其科学意义.（1）电力系统的柔性等值电路，能够综合系统内部的机群与负荷的动态特性。.（2）注入节点有功与无功功率交换关系描述了系统在复功率作用下的电压稳定机理。