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国际先进研究期刊》的研究在电子、电子、仪表工程

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电力系统电压崩溃的敏感性

粮农组织Althowibi1,其穆斯塔法2
  1. 博士生,EPE,系UniversitiTeknologi马来西亚、士古来,柔佛、马来西亚
  2. 教授,EPE,系UniversitiTeknologi马来西亚、士古来,柔佛、马来西亚
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文摘

电压不稳定和电压崩溃已被视为一系列威胁电力系统操作。快速响应和准确的电力系统电压稳定指标仍然是一个极具挑战性的任务,尤其是当电力系统操作接近其传输容量限制。成功的避免系统崩溃是基于方法准确性和较低的计算时间。提出了简单、快速和有效的指标分析电力系统电压稳定和成功预测系统电压崩溃。提出了四个指标;基于梯度生成的权力对加载组件生产敏感的电压稳定指标。SPqandSQp响应敏感真实负载功率变化时思路清晰、通俗易懂的迹象而SPqandSQqmeasured系统对任何要求无功功率变化的敏感性。这显然描述了权力交接的动力通过传动系统和系统如何响应负荷变化指示系统如何恢复其负载均衡时负荷率的变化。IEEE 14-bus示范,57-bus和118 -公交系统提出了验证提出指标的效率和准确性。

关键字
电压稳定性分析、电压崩溃,电压稳定指数,对电压崩溃
图像

介绍
电力公用事业公司被政府的压力下,政治、经济和住宅和工业客户提供可靠、不间断服务从发电厂到负载。不幸的是,一些工具能够构建新的发电厂和推进他们的系统目标附近的高可靠性标准而其他人被迫操作功能设计由于经济和环境约束或限制的功率输出投资短缺。由于这样的操作,形成了新型的不稳定性特征等新系统动力学行为负载的电压不稳定地区可以部分或全部系统崩溃的主要原因。
几个停电事件相关的电压不稳定全球记录花费数百万美元,而且还威胁到电力系统的安全。最近停电事件发生于2006年在德国,俄罗斯在2005年[1 - 3]和希腊在2004年(4、5)。2003年,几个停电发生在欧洲:在意大利[1],瑞典东部——丹麦Sweden-East丹麦[1],伦敦——英国[6]和克罗地亚和波斯尼亚黑塞哥维那[7]而大停电记录在北美,美国和加拿大[8]。最近停电事件大多是由故障引起的,设备和设备故障、意外继电器操作,快速和意想不到的负载增加,反应能力不足,人为错误,或者缺乏智能电力系统工具和智能保护装置。
电压崩溃的问题已成为一个关心公用事业和学术研究者,几个模型用于研究电压崩溃。动态和静态方法在电压稳定研究中最主要的使用。动态分析是非常有用的在提供一个洞察本质的电压崩溃事件协调保护和控制设备和测试之间的补救措施,而静态分析的本质提供了一个洞察电压不稳定和确定的关键因素(9、10)。
虽然在电力系统电压稳定性是一个动态的现象及其分析的一些实用程序,电压不稳定一直视为一个稳态问题适用于静态分析方法。静态电压稳定分析常用于研究和在线应用程序提供一个快速和清晰的电压稳定问题的洞察力。提出一些方法在文献中使用功率流模型的奇点,雅可比矩阵,[11 - 13]或计算雅可比矩阵降低番茄[14],计算特征值(15、16),确定动态雅可比矩阵的最小奇异值(17、18)或者识别关键的公交车使用切向量[19]。另一种方法然后被送往确定最大载荷能力[20],基于二阶近似估计系统崩溃的PV-curves[21]或者减少负载电压偏差[22]。
在最近的研究中,一个二阶近似的鞍点介绍了分岔[23]而不稳定检测使用anti-colony优化建立在[24]。参考[25]发展电压崩溃的预测指数(VCPI)评估电压稳定问题和参考[26]提出了线性和非线性分析工具来评估发生每当小扰动电压稳定,同时改善电压稳定指数定为Lijwith负荷建模的影响提出了[27]。
提出了一种新的保护方案的偏差方法在敏感性[28]引入两届TRGGP和TRGGQto屏幕最大可用保证金。非迭代方法在[29]提出了电压稳定评估的工具,而一个等价的本地网络模型和节点索引[30]提出了检测电压崩溃点并确定评论家节点总线虽然参考[31]引入了分布式监控系统静态电压不稳定的性能指标基于潮流雅可比矩阵的最小奇异值的敏感性。
这些方法都是不同的在他们的方法,应用程序或适用条件分析某种脆弱。他们中的一些人可能强劲或精确,但可能会耗时大电力系统其他可能会失败如果涉及任何电力系统元素控制设备。清晰的迹象表明,降低计算时间和准确性需要阻止这样的停电事件,避免电压不稳定。
提出了新的指标灵敏度进行电力系统电压崩溃的基础上生成的真实和无功能力预测系统如何响应负载的动态行为。提出了四个指标;两个指示的敏感性产生真正的大国加载组件指定为SPpand SPqwhile SQpand / SQq显示生成的反应能力的敏感性负载活性和反应能力。这些发达市场指数提供电力系统如何反应因负载变化,此时基于代电力供应系统崩溃。SPp、SPq SQpand SQqindices产生敏感的电压稳定指标体系作为一个整体和一个单独的总线分析可以实现。简单,快速和准确的电压崩溃的预测或检测证实在结果部分,减少计算时间,允许运营商和控制有足够的时间采取行动。这些指标的性能已经证明在IEEE 14 -总线上,IEEE 57-bus和118 -总线测试系统来显示它们的有效性和效率。
本文的组织结构如下:第二部分介绍了提出了电压崩溃指数在第三节演示了一个快速回顾一下电压稳定的方法。然后,论文在第四部分讨论结果和结论遵循节V。

该指数
本文提出了四个指标进行生成的权力对电压崩溃。两个敏感指数生成真正的权力来加载捐赠SPpand SPqwhile第二敏感设置为生成的活性权力指定为SQpand / SQq加载组件。这些敏感toolsare基于行为的负载功率组件和用于测量系统的崩溃点。这里,生成的实权灵敏度设置是第一个来自负载流方程,然后,生成的无功功率的灵敏度设置的导数。

答:生成的实权灵敏度设置
系统所示,图1是代表一般电力系统通过传输线连接发电机和负荷。正常状态的等效发电机模型,它假定发电机电压,E,在正常条件和等于在第六代总线电压,使用发电机励磁系统保持恒定值。
图像
这个模型可以扩展到一个n-bus电力系统。使用生成真正的权力为基础,SPp和SPq敏感指数可以来源于负载流方程的约束。电力系统主题限制下可以表示如下
图像
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对电压稳定的方法
本节简要介绍三种方法的进行电压稳定分析:模态分析中引入[32]和电压不稳定指数TRGG[28]和VCPI [25]。

模态分析:
模态分析用于计算特征值和特征向量的减少了功率流的雅可比矩阵来预测电力系统的电压不稳定。降低矩阵的特征值确定特征向量的系统模式,同时给出了一个近似测量系统不稳定。给出了功率流方程
图像
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VCPI变化从0到1,说明电压稳定裕度。一旦VCPI关闭统一或超过它的价值,系统电压崩溃。

结果与讨论
本节演示的实现提出了indicesSPp, SPq, SQp, IEEE 14-bus andSQq, 57 -总线和118 -总线系统近似崩溃的系统从其点多远基于加载行为。这些指标与模态分析指标(dV / dP和dV / dQ) TRGG (TRGGQp和TRGGQq),和VCPIto验证其准确性。这些方法的特点是不同的,但是他们有一些共同点。他们都共享系统最大功率传输和电压稳定裕度开始由系统正常状态和结束系统电压崩溃。加载场景被认为在这里验证的准确性提出了指标的每个场景代表了逐渐负荷增加,直到系统达到电压崩溃点。
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答:IEEE 14-bus系统:
图(2)和(3)显示SPp的性能,SPq, SQp, andSQqon IEEE 14-bus系统和他们的敏感指标与模态分析的结果指标相比,dV / dP和dV / dQ,来验证其准确性的估计电压崩溃点的两个加载场景。SPq在这些数字,SPp, SQqandSQp, sub-figures所示(一个),(b), (d), (e)分别,dV / dP和dV / dQ subfigures所示分别为(c)和(f)。
图2说明了第一个加载场景加载k总线与相同的加载速率逐渐增加直到IEEE 14-bus体系崩溃。结果表明SPp、SPq SQp, andSQqpredicted电压崩溃点的加载速率k = 2.75;dV / dP和dV / dQ指数预测。电压稳定裕度也估计了所有指数开始与稳态条件和结束系统电压崩溃。SPq SPp,
图像
SQp, andSQq开始在最初的系统状态清晰可读的电压稳定指标和逐渐增加负荷大幅增加,直到达到一个地步到无穷。
图3说明第二场景,只有真正的权力在所有的公交车都逐渐增加,直到系统崩溃。所有执行指标预测准确的电压崩溃点加载率k = 2.96共享类似的电压稳定裕度。dV / dP和dV / dQ的特征值从高到低的值接近于零,SPp, SPq,大幅SQp, andSQq无穷指示系统电压崩溃点。
dV / dP和dV / dQ subfigures (2. c)和(2.)近似敏感的措施,系统电压不稳定的系统总线。生成的实际权力的敏感性变化要求(主动和被动)权力在subfigures(2.)和(2. d)而SQp andSQq见subfigures (2. b)和e(2.)显示系统的反应生成的无功负荷增加。
图像

b . IEEE 57-bus系统:
图(4)和(5)显示SPp的性能,SPq, SQp andSQqon IEEE 57-bus系统。执行的结果指标比较另类methodsto验证其准确性两加载场景。在每一个数据,SPp、SPq SQp, andSQq, sub-figures所示(一个),(b), (d), (e)分别,而TRGGQq和VCPI subfigures所示分别为(c)和(f)。
图4表示SPp的性能、SPq SQp,第一场景,在该场景中,IEEE andSQqindices 57 -公交系统受到负载增加。所有指标与系统初始状态开始和结束在同一电压崩溃点加载速率k = 0.39, SQp, / SQq TRGGQq和无穷andSPp,大幅SPqdropped
图像
接近零。在同一点,VCPI超过其稳定边界传递统一接近无穷。TheVCPI的优势提供电压稳定指标的提出为每个单独的总线,敏感指数随着TRGGq有高度敏感系统电压崩溃基于活性和活性,可用于负载平衡。
生成的能力,主动和被动的权力,显然是在IEEE 57-bus负载敏感系统生产系统稳定迹象随着负载增加,估计负载稳定裕度,并近似系统根据其负载的电压崩溃点的敏感性。图5举例说明了第二次加载场景真实负载只有在所有巴士都逐步增加相同的加载速率k直到IEEE 57-bus体系崩溃。结果表明SPp、SPq SQp andSQqindices准确预测电压崩溃点的加载ratek = 0.49而TRGGq和VCPI 0.02加载速率kdifference早些时候预测系统崩溃。系统崩溃的时候,TRGGq大幅whileSPp零和VCPI通过了稳定性限制,SPq, SQp, andSQqindices无穷。
该指数立即回应任何负载改变其loadgeneration指示系统如何恢复平衡。SPp, andSQpexpress直接敏感负荷有功功率增加而SPqand SQqindicate系统影响的任何增加负载无功的权力。
图像

IEEE 118 - c总线系统:
该指数也在大型IEEE 118总线系统中实现检查他们的表现在大型电力系统。图(6)和(7)说明他们两个场景的性能比较结果与TRGGQp TRGGQqas另一种方法。SPq,这些数据/ SQq, SPpandSQp sub-figures所示(一个),(b), (d), (e)分别,而TRGGq和TRGGQp subfigures所示分别为(c)和(f)。
图像
在图6中,结果表明,SPq, / SQq SPpandSQp准确预测电压崩溃点TRGGp和TRGGq在加载率k = 0.86。此时,所有指标相比逐渐增加随着负载增加达到一个点,所有指标大幅走到正无穷,除了SPpandSPqdropped严重为零。初始状态和崩溃之间品脱,所有指标共享一个相同的电压稳定裕度。
在第二个场景如图7所示,IEEE 118总线系统受到实际负载增加,所有指标倒塌在同一电压崩溃点加载速率k = 0.89,所有指标随负载增加上升到更高的价值取决于他们的敏感特征,然后急剧下降接近零。电压稳定的利润率也估计同样由SPq / SQq, SPpandSQp accuratelyindices和TRGGpandTRGGqindices验证测量系统的崩溃。这里,SPqandSQp反应敏感,真正的负荷是变化清晰可读的迹象而SPqandSQqmeasured系统对任何要求反应能力。这显然描述了权力交接的动力通过传动系统和系统如何响应负荷变化。

d指数计算时间在IEEE 118 -公交系统:
低电压稳定分析计算时间相当重要,因为一些电力系统操作每天也许每小时附近传输能力的限制。进行一个快速电压稳定分析是一个重要因素,防止这样的系统不稳定。因此,SPq / SQq, SPpandSQp指标证明他们快速在IEEE 118总线系统电压稳定性分析方法相比,怎么所示。结果表明,该指数最高速度记录进行电压稳定分析记录0.9832秒,0.9948秒,0.9986秒和1.0355秒/ SQq SQp, SPq, andSPprespectivelywhile模态指标记录最高的计算时间估计在1.4635秒和1.5154秒dV / dQ和dV / dP分别。一个成功避免电压崩溃是基于方法精度较低的计算时间。
表1:
计算时间比较amongMethods在IEEE 118总线系统中实现
图像

e .总体结果:
/ SQq,总体结果显示thatSPq SPpandSQpindices准确预测电压崩溃点的替代方法是显示他们都共享相同的电压稳定裕度。我们的研究结果也表明,该指数计算时间最低记录0.9832秒。to1.3360sec。
VCPI TRGG,模态分析是电压稳定分析;VCPI sendingreceiving电压之间的比率,和TRGGQ计算系统距离根据负载功率组件电压崩溃,而模态分析、dV / dP和dV / dQ,计算特征值和特征向量提供接近雅可比矩阵奇异性的措施。尽管提议和替代方法有不同的特点,他们都共享系统最大功率传输和电压稳定裕度。
然而,尽管模态分析和TRGGQ强大的电压稳定性分析,他们是复杂的消费高的计算时间。是不必要的计算最小特征值和系统模式的成千上万的公交车试图提取的大型电力系统电压稳定在每个总线或系统线电压崩溃系统作为一个整体的灵敏度是不足以防止电压崩溃。
VCPI简单电压稳定分析计算时间较低,但其索引发送和接收电压继电器之间的比率,这可能无法检测准确的迹象pv公交车附近没有唱的补救行动。
SPq、/ SQq SPpandSQpare生成的权力对加载组件的梯度产生敏感的电压稳定指标。SPqandSQp响应敏感真实负载功率变化时思路清晰、通俗易懂的迹象而SPqandSQqmeasured系统对任何要求无功功率变化的敏感性。这显然描述了权力交接的动力通过传动系统和系统如何响应负荷变化指示系统如何恢复其负载均衡时负荷率的变化。SPq、/ SQq SPpandSQpaccurately项目电压崩溃点的替代方法预测测量系统灵敏度边缘系统崩溃。
/ SQq,因此,该指标,SPq SPpandSQpare优越的简单,准确性和速度显示强大的工具来近似计算电力系统崩溃点。如此简单,准确性和速度数据的可读性运营商可能比以前更快的特别是当系统受到突然的干扰。

结论
介绍了电压稳定分析的新方法预测成功的电压崩溃。提出了四个敏感指数:SPpandSQpresponse敏感当真实负载功率变化清晰可读的迹象而SPqandSQqmeasured系统对任何要求无功功率变化的敏感性。SPq、/ SQq SPpandSQpgenerate敏感负载变化对电压崩溃迹象表明该系统是多远的崩溃点。
散文指数准确预测电压崩溃点作为替代方法预测测量系统灵敏度边缘系统崩溃和indicatinghow负荷率变化时系统恢复其负载的平衡。结果还表明,补偿无功功率需求的系统功能被SPqand / SQq表示虽然SPpandSQp反映提供真正的权力的系统能力的要求。我们的研究结果也表明,该指数计算timecomparing最低的选择。
提出的指标,SPq、/ SQq SPpandSQpare优越的简单,准确性和速度显示强大的工具来近似计算电力系统崩溃点。如此简单,准确性和速度的数据readabilityoperators可能比以前更快的特别是当系统受到突然的干扰

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