【文章內(nèi)容簡介】 機(jī)組的描述采用傳統(tǒng)凸極同步發(fā)電機(jī)模型來進(jìn)行等效。針對凸極機(jī)的特點(diǎn)，加之小水電發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，忽略阻尼繞組動(dòng)態(tài)特性，進(jìn)而小水電機(jī)組可以用三階微分模型進(jìn)行等效描述，方程如式（）所示。 （）式中：xd、x′d、xq分別為發(fā)電機(jī)d軸同步電抗、d軸暫態(tài)電抗、q軸同步電抗；T′d0、TJ分別為d軸勵(lì)磁繞組定子開路時(shí)間常數(shù)、轉(zhuǎn)子慣性時(shí)間常數(shù)；E′q、ω、δ分別為q軸暫態(tài)電勢、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子位置角；Efd為勵(lì)磁繞組在定子繞組產(chǎn)生的電勢；D為阻尼系數(shù)；KG為飽和系數(shù)；為中心角頻率；PT為原動(dòng)機(jī)輸入功率。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器用來維持端電壓的恒定，小水電采用的勵(lì)磁系統(tǒng)相比大型水電機(jī)組而言比較簡單，為簡化起見，對勵(lì)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。 （）調(diào)速器用來維持輸出功率的恒定，由于小水電調(diào)速器的時(shí)間常數(shù)比較大，在暫態(tài)過程中，可以近似忽略其動(dòng)態(tài)特性。 等值小水電機(jī)組模型參數(shù)的確定在電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)等值方法中，基于發(fā)電機(jī)的同調(diào)等值法是最基本的一種，而在同調(diào)等值法的相關(guān)發(fā)電機(jī)群參數(shù)聚合中常用的是頻域聚合法，但是聚合算法復(fù)雜，對于大系統(tǒng)等值時(shí)間長，針對配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，本研究采用加權(quán)聚合的方法對發(fā)電機(jī)集群參數(shù)進(jìn)行聚合。如式（）所示，G表示待聚合的發(fā)電機(jī)集群集合；Sj表示第j臺機(jī)組的容量；Xj表示待聚合機(jī)組的參數(shù)。對于發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)也采用式（）進(jìn)行參數(shù)聚合。 （） 等值模型的驗(yàn)證為了檢驗(yàn)上述聚合方法的有效性，這里采取逐級等效驗(yàn)證的方法來進(jìn)行對比分析。首先是對合興電站的兩臺機(jī)組進(jìn)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(jìn)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(shí)間為2~。為了比較等效前后機(jī)組對系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定影響，我們主要進(jìn)行兩個(gè)方面的分析：搖擺曲線分析和功率外特性分析。 合興電站機(jī)組等效示意圖。 發(fā)電機(jī)參數(shù)發(fā)電機(jī)母線名Ra()Xd()X’d()Xq()T’d0()Tj()Sb(MVA)（1）搖擺曲線分析分別觀察等值前后合興電站附近的兩個(gè)小水電（甘水電站和光明電站）的相對功角搖擺曲線。 等值前后發(fā)電機(jī)相對功角曲線，在12秒的仿真時(shí)間內(nèi)，對合興電站等值前后，系統(tǒng)其它電站之間相對功角曲線具有有較好的相似性，說明該等值方法是切實(shí)可行的。（2）功率外特性分析分別觀察合興電站等效前后，上網(wǎng)點(diǎn)2080母線功率的變化情況，等值前后的功率在電壓下降的過程中的變化曲線基本重合，可見機(jī)組等值后的外特性是與等值前一致的，從電站對外總體特性的角度驗(yàn)證了該等值方法的正確性。 等值前后2080母線有功功率對比 等值模型的參數(shù)靈敏度分析及調(diào)整為了更加精確地對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行等值，需要對參數(shù)的靈敏度進(jìn)行分析，而為了使得各參數(shù)的靈敏度之間有可比性，本研究中評價(jià)靈敏度的公式如下： （） （）式（）中，P表示因變量，即靈敏度評價(jià)指標(biāo)；Xj表示自變量，即待研究的參數(shù)；Rsensitivity j表示因變量對第j個(gè)自變量的靈敏度。式（）中，Y（Xj,K)表示在第j個(gè)參數(shù)組的情況下，第K個(gè)離散時(shí)刻的響應(yīng)。根據(jù)研究重點(diǎn)的不同，評價(jià)指標(biāo)的選取亦有多不同。在眾多評價(jià)指標(biāo)中，較為常見的指標(biāo)是系統(tǒng)動(dòng)態(tài)曲線的誤差加權(quán)平均和，即觀察參數(shù)變化前后對某個(gè)動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線的影響。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(gè)待研究的自變量參數(shù)，就進(jìn)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(jìn)行調(diào)整，使得參數(shù)在初始值的177。20%的范圍內(nèi)變化。，每變動(dòng)一個(gè)參數(shù)，仿真一次，總共要進(jìn)行49次仿真。 靈敏度仿真參數(shù)取值編號123456參數(shù)百分比Ra（）Xd()X’d()Xq()T’d0()Tj()、。 功率殘差P(Ra)P(Xd)P(X39。d)P(Xq)P(T39。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(jī)組功率外特性對機(jī)組的機(jī)械慣性時(shí)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。具體對參數(shù)分析來看：（1）定子電阻（Ra）靈敏度分析發(fā)電機(jī)有功功率變化趨勢：Ra由小變大，有功振蕩幅度也由小變大。（2）d軸同步電抗（Xd）靈敏度分析發(fā)電機(jī)有功功率變化趨勢：Xd由小變大，有功振蕩幅度也由大變小。（3）慣性時(shí)間常數(shù)（Tj）靈敏度分析慣性時(shí)間常數(shù)直接反應(yīng)在轉(zhuǎn)子搖擺曲線的搖擺頻率上面，特征很明顯。因此在對模型參數(shù)進(jìn)行調(diào)整時(shí)，應(yīng)該按照靈敏度從大到小的順序?qū)ο嚓P(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。 含分布式小水電的配網(wǎng)綜合負(fù)荷等效建模為了將前述的小水電機(jī)群等值方法推廣到配網(wǎng)綜合負(fù)荷中的分布式小水電等值，繼續(xù)以蓮塘變304配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究，以圖中網(wǎng)絡(luò)的局部為研究對象，對包括負(fù)荷、小水電、配電網(wǎng)在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行等值分析。此等值方法的重點(diǎn)在于如何確定等值模型中負(fù)荷、小水電、配網(wǎng)的參數(shù)。等值負(fù)荷即為所研究區(qū)域總的負(fù)荷，包括除了下網(wǎng)負(fù)荷之外，還包括小水電區(qū)域的自供負(fù)荷。對于這些負(fù)荷我們采用傳統(tǒng)的靜態(tài)負(fù)荷加感應(yīng)電動(dòng)機(jī)來描述，所占的比例沿用湖南省電網(wǎng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)的35%恒阻抗+65%感應(yīng)電動(dòng)機(jī)；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(jì)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。本研究采用第一種，即根據(jù)網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算出的損耗確定配網(wǎng)等值參數(shù)。 等值示意圖 發(fā)電機(jī)參數(shù)發(fā)電機(jī)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(jī)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(shí)間為2~。同樣進(jìn)行兩個(gè)方面的分析：搖擺曲線分析和功率外特性分析。，可以看出，等值前后的曲線在故障之后的一段時(shí)間內(nèi)（第一擺振幅）是擬合的比較好的，并且回穩(wěn)的時(shí)間也十分相近。，可以看出，等值前后，地區(qū)配網(wǎng)對外特性具有較高的相似性。這說明對小水電集群采用的等值方法是合理的。 母線2063下屬網(wǎng)絡(luò)等值前后發(fā)電機(jī)相對功角曲線 等值前后2063母線有功功率對比綜上分析，我們選用配網(wǎng)阻抗+負(fù)荷+同步發(fā)電機(jī)的等效模型來對小水電網(wǎng)路進(jìn)行等值。為了進(jìn)一步檢驗(yàn)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(shí)際小水電網(wǎng)絡(luò)為例，將等效范圍擴(kuò)大至蓮塘變下屬的整個(gè)10kV網(wǎng)絡(luò)。 整個(gè)10kV網(wǎng)絡(luò)等效示意圖 區(qū)域內(nèi)發(fā)電機(jī)機(jī)組參數(shù)及等值參數(shù)參數(shù)Ra()Xd()X’d()Xq()T’d0()Tj()Sb(MVA)等效前各小水電機(jī)組參數(shù)等效后機(jī)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) 等效前、等效后、等效參數(shù)調(diào)整后PCC端口電壓 等效前、等效后、等效參數(shù)調(diào)整后PCC點(diǎn)端口有功功率、等效后、參數(shù)調(diào)整后PCC處的電壓、有功功率曲線對比圖。、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(jìn)行準(zhǔn)確描述，但隨著等效網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)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(jìn)行相應(yīng)調(diào)整后，等值精度會(huì)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(dòng)機(jī)并聯(lián)靜態(tài)負(fù)荷等效模型的準(zhǔn)確程度有了非常大的提高。另外在實(shí)際過程中，可以采集小水電集中上網(wǎng)的220kV變電站的故障信息，采用故障擬合的方法對小水電集群等效模型進(jìn)行校驗(yàn)，通過優(yōu)先調(diào)整高靈敏度參數(shù)對等效模型進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，通過模型分類，建立適合不同地區(qū)、不同時(shí)段的小水電集群等效模型參數(shù)庫。 含小水電的綜合負(fù)荷模型的典型參數(shù)及推廣應(yīng)用 典型機(jī)組容量的確定由于小水電機(jī)組數(shù)目龐大，且機(jī)組型號眾多，要獲取所有小水電機(jī)組的參數(shù)是非常困難的，但由于小水電單機(jī)容量不大，都是位于一定的容量范圍之內(nèi)，所以只要在容量分布范圍之內(nèi)均勻選取幾種容量的典型機(jī)組作為調(diào)查機(jī)組就可以滿足要求。這里以郴州桂陽縣和資興市作為小水電機(jī)組信息的調(diào)查地區(qū)。、。桂陽縣小水電機(jī)組容量分布圖05001000150020002500300035004000191725334149576573818997105113121129小水電編號小水電裝機(jī)容量（kW） 桂陽縣小水電機(jī)組容量分布圖 資興市小水電機(jī)組容量分布圖由上述兩圖可以看出，小水電機(jī)組的容量基本在1MW以下，并且在1MW以下的機(jī)組分布的比較均勻，在1MW以上的機(jī)組型號不多，分布比較離散，因此可以以1MW為界限，對1MW以下的小水電采用模糊C均值聚類的方法來選取典型機(jī)組，對1MW以上的機(jī)組則直接取離散的容量點(diǎn)來作為典型機(jī)組。采用模糊C均值聚類（FCM）的方法對小水電機(jī)組容量進(jìn)行聚類后，、。 桂陽1MW以下機(jī)組聚類后的容量中心分布圖 資興1MW以下機(jī)組聚類后的容量中心分布圖根據(jù)聚類的結(jié)果以及實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備容量分布，確定了符合實(shí)際生產(chǎn)情況的典型機(jī)組容量。 選取的典型機(jī)組容量典型機(jī)組容量單位：MW容量1234567891011121314 典型機(jī)組參數(shù)的確定由于小水電機(jī)組數(shù)目眾多，而且一般的小水電站設(shè)備都很簡陋，負(fù)責(zé)運(yùn)行和維護(hù)的工作人員缺少相關(guān)的專業(yè)知識，給調(diào)查小水電機(jī)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(jìn)行，因此，在調(diào)查統(tǒng)計(jì)并結(jié)合相關(guān)的電機(jī)常用數(shù)據(jù)手冊，以