西南交通大学本科毕业设计（论文）电力系统无功与电压稳定性的分析与研究STATION'S PLANE DESIGN OF CATENARY BASED ON CAD TECHNOLOGY年级:2008级学号:20088033姓名:闫锐毅专业:铁道电气化指导老师:杨乃琪2012年6月院系电气工程系专业电气工程及其自动化年级2008级姓名闫锐毅题目电力系统无功与电压稳定性的分析与研究指导教师评语指导教师(签章)评阅人评语评阅人(签章)成绩答辩委员会主任(签章)年月日毕业设计（论文）任务书班级电化2006级2班学生姓名陈琪学号20066713发题日期：2010年3月1日完成日期：2010年的6月25日题目基于CAD技术的接触网站场平面设计（京沪A站）1、本论文的目的、意义接触网是电气化铁道中重要供电装置，接触网平面设计特别是接触网站场平面设计是施工设计的重要内容。
从设计、施工等部门来看，接触网平面设计占用了大量人力，花费过多精力，据统计每年毕业生中至少六成以上要长期从事接触网设计、施工及运营维护工作。
因此，对电化专业而言掌握接触网平面设计及相关知识就显得非常重要。
随着计算机技术的发展，近年来CAD技术在该领域得到了广泛应用，设计等部门普遍采用CAD技术进行辅助设计，节约了大量人力及精力，为该领域指明了发展方向，基于高速电气化铁路近年来飞速发展的需求，掌握高速接触网平面设计及相关知识就显得非常重要。
本论文的目的是通过毕业设计，掌握350km/h高速接触网平面设计及CAD技术的应用。
2、学生应完成的任务①完成指定车站（京沪A站）站场平面设计所需的必要计算。
②完成应用CAD技术的站场平面布置图。
③完成一跨距吊弦长度计算。
3、论文各部分内容及时间分配：（共17周）第一部分(3周)第二部分掌握站场平面设计方法。
(3周)第三部分程序编制及相关计算。
(2周)第四部分站场平面布置图。
(3周)第五部分完成论文写作及整理。
(3周)评阅及答辩(2周)论文整改(1周)备注指导教师：2012年月日审批人：2012年月日摘要早在上个世纪40年代，苏联科学家马尔科维奇就提出了电压稳定性问题，但受当时电力系统的机组容量、网络规模、电压等级及互联水平的限制，该问题在电力系统中并不突出。
随着电力力系统想着大电网、高电压和远距输电发展，20世纪70年代发生了一系列的大电网电压崩溃事故，电力系统稳定性问题越来越受到重视。
随着我国城市建设的迅速发展，用电负荷需求量不断增大，对电能质量、供电可靠性的要求也不断提高，现有城网已经不能充分满足各方面的要求，这对合理利用能源、提高经济效益具有重要的意义，但同时也给电力系统的安全运行带来了一些新的问题。
这些问题的出现使得我们对电力系统稳定安全的运行进行更加深入的研究。
电压失稳是近代电力系统研究的重要课题之一，其研究大大丰富了电力系统稳定的内涵。
而无功是影响电压水平的主要条件，通常的电压崩溃都是由于不能满足符合所需无功功率造成的。
本文分析了无功特性，以及无功对电压的影响，然后引出了电压稳定性，通过多电压失稳的机理分析，深入探讨了无功功率和电压稳定性之间的关系。
本文的研究成果对避免电压失稳和电压崩溃有一定的参考价值，同时对更好好的利用无功补偿装置，有效改善电压水平，降低电网损耗，使电网安全、稳定的运行具有较大的推广价值。
关键词电力系统稳定性；无功功率；电压失稳。
AbstractKey words High-speed railway；Catenary；Plane design；CAD目录第一章电力系统的电压稳定性研究 (1)1.1引言..............................................................................错误！未定义书签。
1.2电压稳定性研究内容和现状......................................错误！未定义书签。
1.2.1电压稳定性的定义 (6)1.2.2电压稳定的分类 (7)1.2.3电压稳定领域的研究现状 (7)第二章电力系统的无功 (1)2.1无功功率的基本概念 (2)2.2正弦电路的无功功率 (3)2.3非正弦电路的无功功率 (4)2.4功率因数 (5)2.5功率因数过低对电力系统的影响 (5)2.6无功功率的平衡........................................................错误！未定义书签。
2.7无功功率电源............................................................错误！未定义书签。
2.8无功补偿原则............................................................错误！未定义书签。
第三章电压稳定问题的机理和分析 (10)3.1电压失稳及崩溃的机理探讨 (10)3.1.1电压失稳的静态机理解释 (10)3.1.2电压失稳的动态机理解释 (13)第四章无功优化 (24)4.1什么是无功优化？ (24)4.2无功优化的意义 (25)4.3电力系统无功优化的研究现状 (26)4.4无功优化的经典算法 (27)4.5人工智能算法 (30)4.6无功优化方法总结 (32)第1章绪论1.1引言早在上世纪40年代,苏联学者马尔柯维奇就提出电力系统电压稳定问题，但由于当时电力系统的电压等级、机组容量、网络规模及互联水平的限制，这个问题在当时并不突出。
然而随着电力工业的快速发展，大容量电厂和大规模电力系统的出现，电压问题已经不仅仅是一个供电质量问题，还关系到大系统安全运行和经济运行。
随着电力系统向大电网、高电压和远距离输电发展，上世纪70年代以来世界上一些大电网（例如美国、日本、法国、瑞典、比利时等）连续发生以电网崩溃为特征的电网瓦解事故，导致大面积长时间停电，给社会造成巨大的经济损失和社会生活紊乱，60年代以来，电压失稳事件在一些国家的电网中多次发生（见表1.1）。
表1.160年代以来与电压崩溃相关的国际大停电事故序号国家发生时间事故名称停电规模（MW）停电时间1英国1961-5-15英国东北部大停电15002h55min 2美国1965-1-28美国中部大停电20003h30min 3加拿大1977-9-20魁北克州大停电100006h30min 4法国978-2-19法国大停电290008h30min 5英国1981-8-5英国南部大停电11002h30min 6瑞典1983-12-27瑞典南部大停电114005h20min 7比利时1982-8-4比利时大停电24001h28min 8日本1987-7-23日本东京大停电81683h21min 9加拿大1989-3-13魁北克州大停电94502h45min 10美国2003-8-14美国东北部618013h 就我国而言，义现代化建设正处于蓬勃发展，我国将迎来电网建设的高潮。
根据我国电网的发展势态以及对电力负荷增长需求，电力系统的规模将越来越大，将要发展系统中的互联，无论在容量上、网络的复杂程度上，或者地区的跨度上都在迅速地增加。
展望今后电力系统的发展，各方面的原因将使系统稳定性问题变得愈加突出。
借鉴国外电压崩溃事故，研究电网电压稳定性，防止电压崩溃事故的发生，具有特别重要的意义。
电力系统的无功功率是影响电压水平及造成电压不稳定的最主要的原因。
无功功率在电网中的传输将会降低电压水平，影响电能质量。
当系统不能满足负荷所需无功时，则可能会造成电压持续下降，最终导致电压崩溃。
因此，研究无功功率对提高系统电压水平和电压质量，保证系统稳定运行具有重要的意义。
通过无功计算，可以优化电网的无功潮流分布，还可以优化无功电源的配置，并降低电网电压损耗，从而改善电压质量，使用电设备安全可靠地运行。
在保证现在电力系统的安全性和经济性方面，无功优化的重要性已经得到全球的关注。
随着电力市场改革的深化，厂网分开后，降低电网损耗对电网公司来说变得非常重要，降低网损的重要途径是降低电网的无功潮流，因此电力系统中电压无功功率优化的重要性越来越突出。
第二章电力系统的无功在电网对用户输电的过程中，电网要提供给负载的电功率有两种：有功功率和无功功率。
有功功率（p）是指保持设备运转所需要的电功率，也就是将电能转化为其它形式的能量（机械能、光能、热能等）的电功率；而无功功率（Q）是指电气设备中电感、电容等原件工作时建立磁场所需要的电功率。
2.1无功功率的基本概念无功功率比较抽象，它主要用于电气设备内电场与磁场的能量转换，在电气设备中建立和维护磁场的功率。
它不表现对外做功，由电能转化为磁能，又由磁能转换为电能，周而复始，并无能量损耗。
特别指出，无功功率并不是无用功，只是它不直接转化为机械能、热能等为外界提供能量，作用却十分重要。
电机运行需要旋转磁场，就是靠无功功率来建立和维持的，有了旋转的磁场，才能使转子转动，从而带动机械的运行。
变压器也需要无功功率，才能使一次线圈产生磁场，二次线圈感应出电压，凡是有电磁线圈的电气设备运行都需要建立磁场，然而建立及维护磁场消耗的能量都来自无功功率，没有无功功率，这些设备都不能正常运行。
2.2正弦电路的无功功率在电压电流都为正弦波形，负荷为线性时，电压和电流的瞬时值表达式可写成：（2—1）（2—2）式中U、I和φ分别是电压有效值、电流有效值和电流滞后电压的相角。
如将电流i分解成与电压同相的有功分量和与电压相角差90°的无功分量，则可写成（2—3）（2—4）瞬时功率p为（2—5）=（2—6）瞬时功率可以分为两个部分：①是非正弦周期量，是输入或输出时功率中不可逆的分量；②是正弦量，是瞬时功率中的可逆分量，它在一个周期内正负交替变化两次，表明了周期性的交换能量无功功率Q为（2—7）它是式（2—6）中可逆变分量的幅值（最大值）。
当时，认为该端口吸收无功功率；当时，认为该端口发出无功功率。
对单一元件亦适用，既有,(吸收)，（发出）。
、为电流、电压的无功分量。
无功功率反应了内部与外部往返交换能量的情况，但是它并不像有功功率那样表示单位时间所做的功。
常用无功功率的单位为乏（var）,千乏（kvar），兆乏（Mvar）2.3非正弦电路的无功功率在电网中，如果电压和电流都具有非正弦波形，将电压和电流分别分解为傅里叶级数，即（2—8）（2—9）u(t)和i(t)具有相同的基波频率。
由于负荷可能是非线性的，所以电压和电流不一定具有相同阶次的谐波分量。
在电压和电流都为非正弦波的情况下，谐波的出现不仅会影响电压和电流的有效值，也将影响到功率的数值。