【正文】 III摘 要隨著分布式小水電電源容量的不斷增大，其對主網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的影響不容忽視。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學位論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。但夏小方式下系統(tǒng)的穩(wěn)定性仍較冬大方式下主網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性差，因此，在夏小方式下，應(yīng)特別重視主力電廠的出力安排并制定有效的穩(wěn)控措施。按機組類型分，火電裝機容量11890MW，%，其中600MW級及以上的機組8臺；，%；抽水蓄能機組裝機容量1200MW，%；，%；生物質(zhì)能裝機容量60MW，%。本課題中的小水電專指通過110kV以下電壓等級并網(wǎng)的水電站。因此小水電的運行方式可分為兩個階段來觀察，即夏季季節(jié)性雨水豐富，小水電機組滿發(fā)的豐水期；冬春季節(jié)江河流量減小，小水電機組不發(fā)或者少發(fā)的枯水期。因此，必須對小水電對主網(wǎng)安全穩(wěn)定運行影響展開系統(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，抑制其對主網(wǎng)安全運行所產(chǎn)生的不良影響，確保主網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。 本文的主要工作和章節(jié)安排 本文的主要工作(1)實際調(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)綜合負荷等效建模方法；(4)根據(jù)實際調(diào)查確定了模型參數(shù)，并通過仿真分析驗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）的對比仿真，系統(tǒng)分析了小水電模型對湖南主網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響。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，事故分析報告中都指出由于所采用的模型缺乏準確性，難以再現(xiàn)事故特性。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)濟和社會效益。就綜合等效模型參數(shù)確定方法來看，最常用的是統(tǒng)計綜合法和總體測辨建模法。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)層面會有所不同，上網(wǎng)點的電網(wǎng)電壓等級可以從10kV、35kV到110kV不等。針對凸極機的特點，加之小水電發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡單，忽略阻尼繞組動態(tài)特性，進而小水電機組可以用三階微分模型進行等效描述，方程如式（）所示。首先是對合興電站的兩臺機組進行分析，利用PSASP仿真軟件分別對原系統(tǒng)和加權(quán)等值后的系統(tǒng)進行暫態(tài)穩(wěn)定仿真，在上網(wǎng)饋線距離2080母線50%的位置處發(fā)生相同程度的三相短路故障，故障發(fā)生時間為2~。根據(jù)研究重點的不同，評價指標的選取亦有多不同。d0)P(Tj) 各殘差變化趨勢對比，每條曲線不同位置處的斜率即對應(yīng)該殘差在此參數(shù)大小下的靈敏度，：（1）從各參數(shù)之間的縱向?qū)Ρ葋砜矗∷姍C組功率外特性對機組的機械慣性時間常數(shù)Tj最靈敏，對定子繞組電阻Ra的靈敏度最弱；（2）就同一參數(shù)而言，參數(shù)增大的方向和參數(shù)減小的方向，功率響應(yīng)殘差變化幅度不一致，往參數(shù)減小的方向，反應(yīng)要更加靈敏；（3）對比參數(shù)Xq和X’d所對應(yīng)的曲線，在參數(shù)增大的方向上，Xq的靈敏度要低于X’d，而在參數(shù)減小的方向上，Xq的靈敏度要高于X’d。對于這些負荷我們采用傳統(tǒng)的靜態(tài)負荷加感應(yīng)電動機來描述，所占的比例沿用湖南省電網(wǎng)調(diào)查統(tǒng)計的35%恒阻抗+65%感應(yīng)電動機；小水電等值仍然采用本研究上述章節(jié)中采用的方法；配電網(wǎng)等值有兩種方法：一種是根據(jù)原始網(wǎng)絡(luò)潮流計算的結(jié)果，把總的網(wǎng)絡(luò)損耗折算成配網(wǎng)等值阻抗；另一種方法是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的線損率來確定配網(wǎng)等值阻抗。為了進一步檢驗上述綜合等效模型結(jié)構(gòu)以及參數(shù)確定和調(diào)整方法的有效性，繼續(xù)以桂陽縣實際小水電網(wǎng)絡(luò)為例，將等效范圍擴大至蓮塘變下屬的整個10kV網(wǎng)絡(luò)。采用模糊C均值聚類（FCM）的方法對小水電機組容量進行聚類后，、。在上述研究中，我們已經(jīng)對含小水電的配網(wǎng)模型結(jié)構(gòu)展開了研究和分析，初步證明上述提出的模型結(jié)構(gòu)是合理的，在已知實際網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的前提下，得出的模型參數(shù)也是有效的；為了使得模型能夠普遍應(yīng)用到其他小水電網(wǎng)絡(luò)中去，我們有必要根據(jù)小水電網(wǎng)絡(luò)的實際情況來調(diào)整模型的參數(shù)，以更合理地描述其對外等效的特征[12]。 典型小水電區(qū)域的典型參數(shù)典型分布編號1234等值機組期望容量（kVA）15662510003750以資興電網(wǎng)為例，全網(wǎng)共有小水電190多座，按照上述方法，經(jīng)過機組等效后可得到一個全網(wǎng)小水電等值機組的參數(shù)。雖然程序中考慮了小水電出力對主網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，但是只考慮了其靜態(tài)特性，并未考慮到小水電的動態(tài)特性，具有一定的局限性[1314]。且為減幅振蕩；② pu以上；③聯(lián)絡(luò)線功率振蕩屬衰減趨勢。（4）典型計算模型+郴州地區(qū)小水電動態(tài)等值模型此種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在典型計算模型的基礎(chǔ)上，只將郴州地區(qū)有小電源接入110kV網(wǎng)絡(luò)的變電站的負荷模型采用前述研究所得到的小電源集群的動態(tài)等值模型，其余變電站的負荷模型均采用采用的35%恒阻抗并聯(lián)65%感應(yīng)電動機的綜合負荷模型，記此計算方式為模型4；（5）典型計算模型+變電站負荷為負值的節(jié)點使用動態(tài)等值模型（共有6個變電站負荷為負值）此種計算方式在典型計算模型的基礎(chǔ)上，將計算數(shù)據(jù)中變電站負荷為負值的負荷模型用項目所得的動態(tài)等值模型來代替，對于變電站下網(wǎng)負荷為正的節(jié)點，均采用35%恒阻抗+65%感應(yīng)電動機的綜合負荷模型，記此計算方式為模型5。夏小方式下鶴云線近端發(fā)生三相短路時，5種網(wǎng)絡(luò)在湘中地區(qū)四種不同負荷水平條件下的暫態(tài)穩(wěn)定性差異性較大，具體分析計算結(jié)果見附錄B。該地區(qū)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定問題主要體現(xiàn)在湘南地區(qū)高負荷時段，艾鶴線鶴側(cè)分別發(fā)生三相永久性短路故障。②湘南地區(qū)的最小開機方式方面：考慮小水電動態(tài)特性后，東江電廠的開機方式更為靈活，當湘南地區(qū)220kV變電站下網(wǎng)負荷低于1700MW，東江電廠可以不需要至少保持1臺機組運行。(3)在上述等效建模工作的前提下，以湘南電網(wǎng)為研究重點區(qū)域，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)路等五種網(wǎng)絡(luò)，并在這五種仿真網(wǎng)絡(luò)中，從不同季節(jié)運行方式和不同負荷水平，對比分析了這五種仿真網(wǎng)絡(luò)下小水電模型對主網(wǎng)穩(wěn)定性的差異性，揭示了考慮小水電集群的動態(tài)特性后對湖南主網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響：采用考慮了小水電集群的動態(tài)特性的等值機模型后，夏小極端運行方式下，系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性有了明顯的提高，對于冬大方式下，系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性有所提高。(2)除了在主網(wǎng)穩(wěn)定影響方面對湖南電網(wǎng)進行分析，還可以從分布式電源優(yōu)化配置方面對其進行分析。感謝我的同學和朋友，在我寫論文的過程中給予我了很多論文素材，還在論文的撰寫和排版等過程中提供了熱情的幫助?？梢酝ㄟ^以桂陽縣蓉城變低壓側(cè)10kV配網(wǎng)為背景進行仿真計算，對比分析上述間歇性分布式電源補償電容綜合優(yōu)化配置模型和間歇性分布式電源、補償電容的獨立最優(yōu)配置模型。在實現(xiàn)模型能接入實際仿真網(wǎng)絡(luò)運行的基礎(chǔ)上，與典型計算模型等其他模型進行仿真對比分析，得出了關(guān)于湖南主網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性影響的新的結(jié)論。 本章小結(jié)通過使用本項目的研究成果，小水電對湖南電網(wǎng)穩(wěn)定影響主要結(jié)論如下：(1)考慮小水電動態(tài)特性后，湘西北地區(qū)、湘中地區(qū)的穩(wěn)定性水平并無明顯變化，但故障時電壓跌落程度、故障清除后的回穩(wěn)時間等方面有所改善；(2)考慮小水電動態(tài)特性后，湘西南、湘南地區(qū)暫態(tài)穩(wěn)定性水平都有較大的提高，特別是在夏小方式下；(3)考慮小水電動態(tài)特性后，湘南地區(qū)的開機方式可以變得更為靈活，具體體現(xiàn)在東江的開機方式上。通過對以上5種計算方式的計算比較，可得到各種情況下，如下表所示的湘南電網(wǎng)最小開機方式。計算結(jié)果表明：夏小方式下，5種網(wǎng)絡(luò)中湘西南地區(qū)的暫態(tài)穩(wěn)定性差異性較大；但冬大方式下，5種網(wǎng)絡(luò)中湘西南地區(qū)的暫態(tài)穩(wěn)定性差異不大。在此極端方式的基礎(chǔ)上進行模型1模型5穩(wěn)定性對比分析。 負荷模型（1）當前使用的模型湖南電網(wǎng)穩(wěn)定計算當前使用的負荷模型為65%感應(yīng)電動機，35%恒定阻抗綜合負荷模型，其中感應(yīng)電動機的模型參數(shù)為：定子漏電抗x1=，轉(zhuǎn)子漏電抗x2=，對于變電站負荷為負的節(jié)點，自動將其模型轉(zhuǎn)變?yōu)楹阕杩鼓Ｐ?。以下將依?jù)研究結(jié)果，對湖南電網(wǎng)各地區(qū)穩(wěn)定水平進行了全面校核，特別是對湘南地區(qū)的穩(wěn)定水平及最小開機方式進行分析研究；并與基于當前正在使用的負荷模型的電網(wǎng)穩(wěn)定計算分析結(jié)果進行比較。(2)本章根據(jù)實際情況對小水電模型的適用性進行了分析，提出了模型適用于不同小水電區(qū)域綜合負荷建模的參數(shù)調(diào)整方法。具體等效模型參數(shù)求解思路如下：（1）確定M組典型容量S(i)下的小水電機組的參數(shù)X(i)，（i=1，2，3，…，M）；（2）確定待研究網(wǎng)絡(luò)機組容量分布。 選取的典型機組容量典型機組容量單位：MW容量1234567891011121314 典型機組參數(shù)的確定由于小水電機組數(shù)目眾多，而且一般的小水電站設(shè)備都很簡陋，負責運行和維護的工作人員缺少相關(guān)的專業(yè)知識，給調(diào)查小水電機組參數(shù)帶來了非常大的困難，使得調(diào)查工作幾乎難以進行，因此，在調(diào)查統(tǒng)計并結(jié)合相關(guān)的電機常用數(shù)據(jù)手冊，以及電機設(shè)計典型參考值的基礎(chǔ)上，獲取了相應(yīng)發(fā)電機組的動態(tài)參數(shù)。、采用上述等效方法確定的小水電模型基本上能對原小水電網(wǎng)絡(luò)的外特性進行準確描述，但隨著等效網(wǎng)絡(luò)的擴大，其精確程度需要得到保證，因此按照上述的參數(shù)靈敏度分析結(jié)果，對等值后的參數(shù)進行相應(yīng)調(diào)整后，等值精度會有一定程度的提高，這較之目前對配網(wǎng)普遍采用感應(yīng)電動機并聯(lián)靜態(tài)負荷等效模型的準確程度有了非常大的提高。 等值示意圖 發(fā)電機參數(shù)發(fā)電機母線名參數(shù)Ra()Xd()X’d()Xq()T’d0()Tj()Sb(MVA)麻料電站泮家富友電站板山塘電站2084（等效機組） 等效后的其他網(wǎng)絡(luò)參數(shù)參數(shù)Re(Ω)Xe(Ω)PL(MW)QL(MW)在上網(wǎng)饋線距離2063母線50%的位置處發(fā)生相同程度的三相短路故障，故障發(fā)生時間為2~。（2）d軸同步電抗（Xd）靈敏度分析發(fā)電機有功功率變化趨勢：Xd由小變大，有功振蕩幅度也由大變小。其具體思路是，其它參數(shù)固定在初始值不變，每改變其中一個待研究的自變量參數(shù)，就進行一次相同故障情況下的暫態(tài)穩(wěn)定仿真，為了使得靈敏度結(jié)果有可比性，參數(shù)的調(diào)整幅度按照未調(diào)整之前的各參數(shù)的初始值的百分比進行調(diào)整，使得參數(shù)在初始值的177。 合興電站機組等效示意圖。勵磁調(diào)節(jié)器用來維持端電壓的恒定，小水電采用的勵磁系統(tǒng)相比大型水電機組而言比較簡單，為簡化起見，對勵磁系統(tǒng)采用比例反饋模型，其輸入輸出特性可用公式（）來表示。按照電壓等級分層對小水電集群進行等效的具體思路和方法說明見附錄A。因此為評估這些具體的分布式電源并網(wǎng)對系統(tǒng)的影響，構(gòu)建含小水電的配網(wǎng)側(cè)綜合負荷模型并獲取相應(yīng)模型參數(shù)成為研究人員亟需解決的重要課題之一。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電網(wǎng)的影響，有必要在對這些分布式電源的并網(wǎng)運行外特性進行分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建能滿足適合主網(wǎng)仿真需要的等值模型。而后通過修改電力系統(tǒng)模型和參數(shù)，特別是將電力負荷采用電動機加靜態(tài)模型，才能夠再現(xiàn)事故時的增幅振蕩現(xiàn)象。第二章 考慮小水電影響的配網(wǎng)綜合負荷建模，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，