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Abstract
Key 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 ............................................................... 8
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
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4.5 人工智能算法 ........................................................................................... 30 4.6 无功优化方法总结 ................................................................................... 32
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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 1.1 60 年代以来与电压崩溃相关的国际大停电事故
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 国家 英国 美国 加拿大 法国 英国 瑞典 比利时 日本 加拿大 美国 发生时间 1961-5-15 1965-1-28 1977-9-20 978-2-19 1981-8-5 1983-12-27 1982-8-4 1987-7-23 1989-3-13 2003-8-14 事故名称 英国东北部大停电 美国中部大停电 魁北克州大停电 法国大停电 英国南部大停电 瑞典南部大停电 比利时大停电 日本东京大停电 魁北克州大停电 美国东北部 停电规模（MW） 1500 2000 10000 29000 1100 11400 2400 8168 9450 6180 停电时间 2h55min 3h30min 6h30min 8h30min 2h30min 5h20min 1h28min 3h21min 2h45min 13h
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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
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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）
瞬时功率p为 =瞬时功率可以分为两个部分：①或输出时功率中不可逆的分量；②
（2—4）
（2—5）
（2—6）
是非正弦周期量，是输入
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