【正文】 278臺(tái)，%，其中用戶專用變電站25座，220kV變壓器91臺(tái)，%。截止2010年10月底，500kV線路43條，長度3747千米（含葛崗線在湖南境內(nèi)的91千米和江復(fù)Ⅰ、Ⅱ線在湖南省境內(nèi)的352千米），%，其中用戶專用線路48條，長度616千米，%。截止2010年湖南電網(wǎng)的年度最大負(fù)荷為17162MW，%，最小負(fù)荷6339MW，同比增長31%；平均峰谷差3270MW，%；，%。 湖南小水電分布式電源發(fā)展現(xiàn)狀小水電是小型水電站的簡稱。其裝機(jī)容量規(guī)模因各國國情而異，如美國的小水電定為裝機(jī)容量15000kW及以下，日本、挪威為10000kW及以下，土耳其為5000kW及以下。中國的小水電在現(xiàn)階段主要是指由地方、集體或個(gè)人集資興辦與經(jīng)營管理的，裝機(jī)容量25000kW及以下的水電站和配套的地方供電電網(wǎng)。本課題中的小水電專指通過110kV以下電壓等級(jí)并網(wǎng)的水電站。湖南省河流密布，大小河流5341條，水力資源非常豐富。湘、資、沅、澧四水流域干支流的理論蘊(yùn)藏量為15320MW。已查明可開發(fā)量達(dá)12990MW，其中100MW以下的中小水電可開發(fā)量達(dá)6830MW。按地區(qū)分布，水能資源理論蘊(yùn)藏量主要分布在湘南、湘西。截止2010年底，110kV以下電壓等級(jí)并網(wǎng)，，%。湖南小水電站具有分布式的電源特性，生態(tài)效益明顯，具有多、小、靈活的特點(diǎn)。由于湖南省小水電絕大部分為徑流式或庫容較小的水電站，其運(yùn)行受到季節(jié)性河流水量變化的影響。因此小水電的運(yùn)行方式可分為兩個(gè)階段來觀察，即夏季季節(jié)性雨水豐富，小水電機(jī)組滿發(fā)的豐水期；冬春季節(jié)江河流量減小，小水電機(jī)組不發(fā)或者少發(fā)的枯水期。根據(jù)豐水期、枯水期用電負(fù)荷變化的情況，又可以具體分為豐水期大負(fù)荷、豐水期小負(fù)荷；枯水期大負(fù)荷、枯水期小負(fù)荷四種情形。小水電這種來水時(shí)集中發(fā)電，不來水時(shí)大量停發(fā)的運(yùn)行特點(diǎn)，造成系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測偏差大，導(dǎo)致統(tǒng)調(diào)機(jī)組的開停計(jì)劃性不強(qiáng)，影響系統(tǒng)潮流的優(yōu)化調(diào)度，以及發(fā)電機(jī)組和輸電設(shè)備檢修的合理安排，并且大多數(shù)小水電站缺乏相關(guān)的穩(wěn)定裝置及控制設(shè)備，其可能與主網(wǎng)大機(jī)組之間產(chǎn)生低頻振蕩，影響主網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 湖南小水電分布式電源對(duì)主網(wǎng)運(yùn)行影響概述小水電清潔分布式能源的大力發(fā)展，有利于促進(jìn)湖南電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)改善，緩解由于煤炭資源消耗所帶來的環(huán)境污染壓力，推進(jìn)兩型社會(huì)的建設(shè)。但是小水電的發(fā)電方式受氣候影響大，出力具有較強(qiáng)的隨機(jī)性和波動(dòng)性，且由于其發(fā)電受地理環(huán)境因素的制約，呈現(xiàn)出分布廣泛、容量小、出力具有較強(qiáng)的不確定性等特點(diǎn)。隨著小水電分布式電源裝機(jī)容量的不斷增大，其對(duì)主網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響不容忽視。，而除白云電站等少數(shù)電站具有庫容外，其余絕大多數(shù)小水電為徑流式電站，調(diào)節(jié)能力差，負(fù)荷變化大，豐枯差大，給電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)電廠的方式安排帶來了較明顯的影響。小水電站由于自身調(diào)節(jié)能力的限制，在極端天氣條件下（如豐水期出現(xiàn)的短時(shí)干旱），其出力的急劇變化會(huì)給主網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來不利影響。因此，必須對(duì)小水電對(duì)主網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行影響展開系統(tǒng)研究，在充分發(fā)掘分布式電源供電潛能的基礎(chǔ)上，制定相應(yīng)技術(shù)措施，抑制其對(duì)主網(wǎng)安全運(yùn)行所產(chǎn)生的不良影響，確保主網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。 研究意義研究分布式小水電對(duì)主網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行影響的基本手段是電網(wǎng)仿真，而電網(wǎng)仿真所需負(fù)荷模型一般是主網(wǎng)之220kV變電站的110kV或220kV母線的綜合負(fù)荷模型，它是包括110kV及以下配電網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的綜合負(fù)荷等效描述。在小水電分布式電源分散地接入配網(wǎng)側(cè)的情況下，大量分布式電源成為電力系統(tǒng)配網(wǎng)側(cè)綜合負(fù)荷的重要組成部分，從而使原本就十分復(fù)雜的綜合負(fù)荷特性的復(fù)雜程度大大增加。分布式發(fā)電技術(shù)的逐步推廣而帶來的分布式電源容量的不斷增大，無疑將使這種影響成為決定配網(wǎng)側(cè)綜合負(fù)荷特性的重要因素。因此，如何準(zhǔn)確描述分布式電源接入后的配網(wǎng)側(cè)綜合負(fù)荷特性成為電力系統(tǒng)綜合負(fù)荷建模面臨的新的挑戰(zhàn)。基于上述背景，本項(xiàng)目將深入研究含有大量特性各異、分布廣泛、容量比例逐步增加的分布式小水電電源之配網(wǎng)側(cè)綜合負(fù)荷的建模原理、方法和技術(shù)，建立考慮小水電分布式電源影響的“廣義綜合負(fù)荷模型”；深入研究分布式小水電電源接入配網(wǎng)后暫態(tài)（功角、電壓）穩(wěn)定性及其規(guī)律性。通過上述研究，為考慮分布式小水電影響的電網(wǎng)仿真計(jì)算、受端配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提供模型以及理論方法與技術(shù)支持。因此，本項(xiàng)目的研究具有重要理論與實(shí)際意義，其成果具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。 本文的主要工作和章節(jié)安排 本文的主要工作(1)實(shí)際調(diào)查了湖南電網(wǎng)及其小水電分布式電源發(fā)展現(xiàn)狀；(2)提出了一種小水電集群的集結(jié)等效方法；(3)提出了含分布式小水電的配電網(wǎng)綜合負(fù)荷等效建模方法；(4)根據(jù)實(shí)際調(diào)查確定了模型參數(shù)，并通過仿真分析驗(yàn)證其有效性和適用性；(5)采用5種模型（不同符合模型和網(wǎng)絡(luò)的組合）的對(duì)比仿真，系統(tǒng)分析了小水電模型對(duì)湖南主網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響。 本文的章節(jié)安排以下為本文各章節(jié)的簡要概述：第一章 引言，主要介紹本論文的課題背景，研究的意義和本文所做的工作。第二章 考慮小水電影響的配網(wǎng)綜合負(fù)荷建模，說明了構(gòu)建小水電分布式電源模型的研究意義和必要性，介紹了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀；以蓮塘變配電網(wǎng)為例，提出了一種小水電集群的集結(jié)等效方法和含分布式小水電的配電網(wǎng)綜合負(fù)荷等效建模方法，據(jù)實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)確定了小水電集群集結(jié)等效模型的參數(shù)；經(jīng)仿真反演驗(yàn)證了上述等效建模方法的有效性和模型的正確性。第三章 考慮分布式電源綜合負(fù)荷模型對(duì)電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性影響分析，在常規(guī)主網(wǎng)仿真網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上衍生出含湘南郴州配網(wǎng)、含全網(wǎng)小水電等效模型的仿真網(wǎng)絡(luò)等五種仿真計(jì)算模型，從不同季節(jié)運(yùn)行方式和不同負(fù)荷水平，對(duì)湖南電網(wǎng)各地區(qū)穩(wěn)定水平進(jìn)行了全面校核，特別是對(duì)湘南地區(qū)的穩(wěn)定水平及最小開機(jī)方式進(jìn)行分析研究；與基于當(dāng)前正在使用的負(fù)荷模型的電網(wǎng)穩(wěn)定計(jì)算分析結(jié)果進(jìn)行比較。第四章 結(jié)語，指出本課題研究的成果或觀點(diǎn)，對(duì)其應(yīng)用價(jià)值加以預(yù)測和評(píng)價(jià)，并指出今后進(jìn)一步在本研究方向進(jìn)行研究工作的展望與設(shè)想。武漢大學(xué)東湖分校本科畢業(yè)論文第二章 考慮小水電影響的配網(wǎng)綜合負(fù)荷建模 小水電分布式電源模型研究綜述 研究意義小水電屬于分布式電源，研究分布式小水電對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行的影響的基本手段是電力系統(tǒng)仿真。電力系統(tǒng)仿真計(jì)算不但是電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析與安全控制的基本工具，也是電力生產(chǎn)部門用于指導(dǎo)電網(wǎng)運(yùn)行的基本依據(jù)。電力系統(tǒng)建模是仿真計(jì)算的基礎(chǔ)，如果模型不夠準(zhǔn)確，在臨界情況下有可能改變定性結(jié)論，或者掩蓋一些重要現(xiàn)象。國際上近年來發(fā)生的一系列停電事故，比如美國與加拿大2003年的“”事故、歐盟2006年的“”事故等，事故分析報(bào)告中都指出由于所采用的模型缺乏準(zhǔn)確性，難以再現(xiàn)事故特性。著名的案例是WSCC對(duì)1996年“”事故的仿真，一開始電力負(fù)荷采用靜態(tài)模型，仿真結(jié)果是穩(wěn)定的，不能再現(xiàn)事故時(shí)出現(xiàn)的增幅振蕩。而后通過修改電力系統(tǒng)模型和參數(shù)，特別是將電力負(fù)荷采用電動(dòng)機(jī)加靜態(tài)模型，才能夠再現(xiàn)事故時(shí)的增幅振蕩現(xiàn)象。不恰當(dāng)?shù)哪Ｐ蜁?huì)使得計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況不一致，或偏樂觀，或偏保守，從而構(gòu)成系統(tǒng)的潛在危險(xiǎn)或造成不必要的投資。當(dāng)缺乏準(zhǔn)確模型時(shí)，人們常常試圖采用所謂的“保守”模型，即模型計(jì)算出來的安全指標(biāo)（如輸送功率極限）比實(shí)際電力系統(tǒng)情況要低。這種做法對(duì)現(xiàn)代大型電力系統(tǒng)往往是不妥的。因?yàn)槟Ｐ蛯?duì)大規(guī)模電力系統(tǒng)的正負(fù)影響事先難以確定，在某種情況下是“保守”的但在另一種情況下卻是“冒進(jìn)”的。我國電力生產(chǎn)部門采用傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)仿真模型指導(dǎo)電力生產(chǎn)時(shí)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)互聯(lián)電網(wǎng)的穩(wěn)定水平達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，造成電能傳輸阻塞，通過修改電力系統(tǒng)模型和參數(shù)有時(shí)能夠提高傳輸功率極限達(dá)25%左右。所以建立合適的電力系統(tǒng)模型，能夠提高傳輸能力，或者消除安全隱患，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。 含小水電分布式電源綜合建模研究的必要性在研究一個(gè)大型區(qū)域電網(wǎng)時(shí)，由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電網(wǎng)電壓等級(jí)跨度大，節(jié)點(diǎn)數(shù)眾多，若要對(duì)所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和元件進(jìn)行詳細(xì)仿真，其計(jì)算量會(huì)非常大，因此我們?cè)趯?duì)主網(wǎng)進(jìn)行仿真時(shí)往往需要將低電壓等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)和元件進(jìn)行等效，而電網(wǎng)仿真所需負(fù)荷模型一般是主網(wǎng)之220kV變電站的110kV或220kV母線的綜合負(fù)荷模型，它是包括110kV及以下配電網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的綜合負(fù)荷的等效描述。而分布式電源通常是通過110kV及以下的網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)的，為了深入研究低壓配電網(wǎng)中廣泛接入的分布式電源對(duì)電網(wǎng)的影響，有必要在對(duì)這些分布式電源的并網(wǎng)運(yùn)行外特性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建能滿足適合主網(wǎng)仿真需要的等值模型。 研究動(dòng)態(tài)一、分布式電源建模方面小水電建模方面，由于小水電采用的機(jī)組絕大多數(shù)是同步發(fā)電機(jī)，電源技術(shù)非常成熟，理論研究也對(duì)小水電電源特性研究得也比較透徹[13]。二、含分布式電源配網(wǎng)綜合負(fù)荷建模方面含分布式小水電配網(wǎng)綜合建模方面，由于小水電發(fā)展趨于飽和，以往對(duì)小水電的重視程度不夠，因此對(duì)于小水電配網(wǎng)綜合建模的具體實(shí)用方法提得不多，但以往用于主網(wǎng)機(jī)組參數(shù)確定和簡化的方法可以值得借鑒[46]。在一般性的含分布式電源配網(wǎng)綜合負(fù)荷建模方面，就模型結(jié)構(gòu)來看，目前已有一些文獻(xiàn)就含分布式電源配網(wǎng)綜合負(fù)荷建模方面進(jìn)行了相關(guān)研究。文獻(xiàn)[7]在簡單仿真網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)用總體測辨的建模方法從參數(shù)辨識(shí)擬合效果的角度分析了分布式電源接入容量對(duì)傳統(tǒng)負(fù)荷模型適用性的影響。文獻(xiàn)[811]分析了在分布式電源接入情況下，不同負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場合。就綜合等效模型參數(shù)確定方法來看，最常用的是統(tǒng)計(jì)綜合法和總體測辨建模法。在這些研究中并沒有就具體的分布式電源的等效特性做出解釋和說明，由于分布式電源的特性各異，研究結(jié)果的準(zhǔn)確性和適用性都有待檢驗(yàn)。因此為評(píng)估這些具體的分布式電源并網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)的影響，構(gòu)建含小水電的配網(wǎng)側(cè)綜合負(fù)荷模型并獲取相應(yīng)模型參數(shù)成為研究人員亟需解決的重要課題之一。 小水電綜合等效建模及含小水電的配網(wǎng)綜合負(fù)荷等效建模 小水電機(jī)組特點(diǎn)及其等效建模思路 小水電機(jī)組特點(diǎn)小水電數(shù)目眾多，接入方式多種多樣，為了更加系統(tǒng)和規(guī)范地去研究小水電，在對(duì)小水電這種分布式電源建模之前，有必要對(duì)小水電的特點(diǎn)做出說明。以小水電豐富的郴州地區(qū)為例，通過對(duì)資興、桂陽兩地電網(wǎng)的小水電進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)小水電具有以下特點(diǎn)：（1）小水電站采用的機(jī)組類型比較集中，小水電站發(fā)電機(jī)機(jī)組采用的絕大多數(shù)是凸極同步發(fā)電機(jī)，少數(shù)采用異步發(fā)電機(jī)。（2）小水電站裝機(jī)容量分布比較廣，單機(jī)容量從幾十千瓦到幾十兆瓦不等。（3）小水電站一般為徑流式水電站，沒有庫容，調(diào)節(jié)能力很弱，在豐水期滿發(fā)、在枯水期少發(fā)或停機(jī)不發(fā)，出力受季節(jié)性影響很大。 含小水電配網(wǎng)綜合等效建模思路在小水電分散區(qū)域，在變電容量允許的情況下，一般直接通過附近的配電網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)發(fā)電，在小水電集中的區(qū)域，則是通過專變升壓后送入主網(wǎng)。另外受小水電所在區(qū)域地理環(huán)境、流域、庫容以及電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的影響，小水電并網(wǎng)發(fā)電所接入的配電網(wǎng)絡(luò)層面會(huì)有所不同，上網(wǎng)點(diǎn)的電網(wǎng)電壓等級(jí)可以從10kV、35kV到110kV不等。 小水電各個(gè)電壓等級(jí)接入示意圖，同一個(gè)節(jié)點(diǎn)既可能是負(fù)荷接入點(diǎn)，又可能是小水電并網(wǎng)點(diǎn)，分布式小水電和負(fù)荷是交織在一起的，因此本研究提出按照電壓等級(jí)分層等效的原則來對(duì)我們的含分布式小水電的綜合負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行分析。按照電壓等級(jí)分層對(duì)小水電集群進(jìn)行等效的具體思路和方法說明見附錄A。對(duì)小水電集群進(jìn)行等效后，由三個(gè)部分組成：等值小水電、傳統(tǒng)負(fù)荷、網(wǎng)絡(luò)等值阻抗，其中等值小水電是對(duì)網(wǎng)內(nèi)所有小水電機(jī)群的一個(gè)總體等值。 綜合等效負(fù)荷模型結(jié)構(gòu) 分布式小水電的綜合等效建模 基本原理和方法由于小水電數(shù)量多、地理位置分布廣、容量大小不一、運(yùn)行方式具有類似的季節(jié)性等特點(diǎn)，本課題采用統(tǒng)計(jì)綜合和仿真反演檢驗(yàn)相結(jié)合的方法來對(duì)小水電機(jī)群的綜合等效進(jìn)行研究。 綜合模型等效研究流程圖（1）首先確定等值小水電發(fā)電機(jī)組的模型結(jié)構(gòu)；（2）在確定模型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上尋找模型參數(shù)的確定方法；（3）檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷挠行?；?）調(diào)整模型參數(shù)最終滿足模型應(yīng)用要求。以下幾個(gè)小節(jié)將分別對(duì)上述的操作步驟和方法進(jìn)行詳細(xì)原理說明。 等值小水電機(jī)組模型結(jié)構(gòu)的研究對(duì)于等值小水電發(fā)電機(jī)組，通過上述章節(jié)中所述的小水電機(jī)組的特點(diǎn)，本研究對(duì)單個(gè)小水電