【導(dǎo)讀】取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個人和集體，均已。在文中以明確的方式標(biāo)明。本學(xué)位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。本文以湘南電網(wǎng)為研究對象，以電力系統(tǒng)綜合分析程序?yàn)檠芯俊９ぞ?，研究了分布式小水電對電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響。水電的仿真系統(tǒng)，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。方式下主網(wǎng)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定水平有了較大提高。出力安排并制定有效的穩(wěn)控措施。

　　

【正文】 。 0510152025303540450 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100聚類中心對應(yīng)的機(jī)組容量 （K W ）聚類容量中心裝機(jī)臺數(shù) （臺） 圖 桂陽 1MW 以下機(jī)組聚類后的容量中心分布圖 0510152025303540450 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100聚類中心對應(yīng)的機(jī)組容量 （K W ）聚類容量中心裝機(jī)臺數(shù) （臺） 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。其容量如下表 所示。 表 選取的典型機(jī)組容量 典型機(jī)組容量 單位： MW 容 量 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 武漢大學(xué)東湖分校本科畢業(yè)論文 21 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，以及電機(jī)設(shè)計(jì)典型參考值的基礎(chǔ)上，獲取了相應(yīng)發(fā)電機(jī)組的動態(tài)參數(shù)，如表 所示。 表 典型機(jī)組參數(shù) 編號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 PN(kW) SN(kVA) Ra() Xd() X’d() Xq() T’d0() Tj() 地區(qū)小水電差異性分析 根據(jù)逐級等效建模思想，在確定 10kV 母線側(cè)、 35kV 母線側(cè)小水電網(wǎng)絡(luò)等效模型之后，最終的目的是獲取 220kV 變電站 110kV 母線側(cè)的小水電網(wǎng)絡(luò)等效模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)，上述的統(tǒng)計(jì)分析是針對郴州市桂陽縣和資興市兩個地區(qū)的小水電實(shí)際情況所調(diào)查出的結(jié)果，對于其它小水電豐富的地區(qū)，我們不妨大膽認(rèn)為其小水電分 布特性與調(diào)查的結(jié)果類似，但又要有所區(qū)別，因?yàn)闄C(jī)組的選擇與流域的水文情況很密切。 （ 1） 從單機(jī)容量來看，在落差大、地勢陡峭的地區(qū)，小容量的機(jī)組占主要部分；在流量大、水庫多的地區(qū)，采用的機(jī)組容量相對要大一些。 （ 2） 從水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組型號的選擇來看，每個機(jī)組容量相同時，如果機(jī)組型號不同，對應(yīng)的參數(shù)會有所差異，鑒于對所有類型機(jī)組進(jìn)行調(diào)查工作量太大，為簡化處理，按照每個容量選擇一種型號的機(jī)組作為該容量下的典型機(jī)組。 模型適用性的調(diào)整 盡管目前有關(guān)研究學(xué)者已提出了各種不同的模型結(jié)構(gòu)，但是電力工業(yè)仍大量使用相對簡單的傳統(tǒng) 負(fù)荷模型，其原因在于綜合負(fù)荷建模依然存在一些基本的問題尚未解決，其中包括三個關(guān)鍵點(diǎn)：首先，在這些負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)中，哪種模型能夠最好地模擬負(fù)荷的特征并且擁有最簡單的模型結(jié)構(gòu)；其次，負(fù)荷模型的參數(shù)是否可以被識別；再武漢大學(xué)東湖分校本科畢業(yè)論文 22 次，這些負(fù)荷模型的泛化性能力尚待全方位檢驗(yàn)。負(fù)荷構(gòu)成總是在變化的，然而，某一個模型只能建立在現(xiàn)有的測量基礎(chǔ)之上，因此，負(fù)荷模型的泛化能力反映了其適用性（結(jié)構(gòu)適用性和參數(shù)合理性）和有效性，只有具有良好泛化能力的模型才真正具有工程化實(shí)用價值。 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(shí)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(shí)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]。根據(jù)上面的分析，對含小水電的配網(wǎng)等值模型參數(shù)影響比較大的是機(jī)組容量分布，不妨以它作為決策變量。 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(jī)組的參數(shù) X(i)，（ i=1， 2， 3， ? ， M） ； （ 2） 確定待研究網(wǎng)絡(luò)機(jī)組容量分布。 在機(jī)組信息全面的情況下，已知共 有 N 臺容量大小不一的小水電機(jī)組，每臺機(jī)組的容量為 T(k)， （ k=1， 2， 3， ? ， N） ； （ 3） 將上述 N 臺機(jī)組按照最小分類距離 {min(|T(k)S(i)|)， i=1， 2， 3， ? ， M }的原則歸入 M 組典型容量下，得到各典型機(jī)組容量下的臺數(shù) Y(i)， （ i=1， 2， 3， ? ，M） ； （ 4） 按照加權(quán)平均的等值方法，求出該小水電網(wǎng)絡(luò)的等值參數(shù) Xavr。 11( ) ( ) ( )( ) ( )Miav r MiY i S i X iXY i S i????? （ ） 上述方法的前提是需要對網(wǎng)絡(luò)的機(jī)組信息做全面的調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，為了使得研究成果具有普遍的通用性，我們對 幾種典型的分布給出其等值參數(shù)，以便在僅已知網(wǎng)絡(luò)小水電總裝機(jī)容量的情況下，模型也能得到較為準(zhǔn)確的應(yīng)用。 如圖 所示，歸納起來小水電容量主要遵循上述 4 種分布。 典型分布 (a)、這種分布小容量機(jī)組占大多數(shù)，主要存在于河網(wǎng)水系不夠發(fā)達(dá)的地區(qū)； 武漢大學(xué)東湖分校本科畢業(yè)論文 23 典型分布 (b)、這種分布中等容量的機(jī)組占主要部分，主要存在于河網(wǎng)水系較充沛的地區(qū)； 典型分布 (c)、屬于平均分布類型，要存在于河網(wǎng)水系完整發(fā)達(dá)的地區(qū)； 典型分布 (d)、這種分布大容量機(jī)組占大多數(shù)，主要存在于河網(wǎng)水系簡單但充沛的地區(qū)。 0510152025303540450 200 400 600 800 1000 1200機(jī)組容量 （K W ）裝機(jī)臺數(shù)比例 （%）0510152025303540450 200 400 600 800 1000 1200機(jī)組容量 （KW ）裝機(jī)臺數(shù)比例 （%） (a) (b) 05101520253035400 200 400 600 800 1000 1200機(jī)組容量 （K W ）裝機(jī)臺數(shù)比例 （%）0510152025303540450 200 400 600 800 1000 1200機(jī)組容量 （K W ）裝機(jī)臺數(shù)比例 （%）(c) (d) 圖 小水電裝機(jī)容量的典型分布情況 根據(jù)上述分析，我們就能很方便的確定這 4 種典型小水電區(qū)域的典型參數(shù)。如表 所示。 表 典型小水電區(qū)域的典型參數(shù) 典型分布編號 1 2 3 4 等值機(jī)組期望容量 （ kVA） 156 625 1000 3750 以資興電網(wǎng)為例，全網(wǎng)共有小 水電 190 多座，總裝機(jī)容量達(dá)到 ，按照武漢大學(xué)東湖分校本科畢業(yè)論文 24 上述方法，經(jīng)過機(jī)組等效后可得到一個全網(wǎng)小水電等值機(jī)組的參數(shù)，如表 所示。 表 資興等效發(fā)電機(jī)參數(shù) Ra() Xd() X’d() Xq() T’d0() Tj() Sb(MVA) 本章 小結(jié) (1)本章在對小水電集群系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)介紹的基礎(chǔ)上，對小水電集群等效模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究，在構(gòu)建小水電集群系統(tǒng)等效外特性的基礎(chǔ)上，研究了含小水電集群的綜合負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)，并通過仿真分析驗(yàn)證了所提出等效模 型的有效性。 (2)本章根據(jù)實(shí)際情況對小水電模型的適用性進(jìn)行了分析，提出了模型適用于不同小水電區(qū)域綜合負(fù)荷建模的參數(shù)調(diào)整方法。以此來推廣模型的使用區(qū)域。 武漢大學(xué)東湖分校本科畢業(yè)論文 25 第三章 考慮分布式電源綜合負(fù)荷模型對電網(wǎng)穩(wěn)定性影響分析 前言 電力系統(tǒng)中各元件模型及參數(shù)的不同，系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析結(jié)果也不盡相同，其中發(fā)電機(jī)及負(fù)荷的模型對暫態(tài)穩(wěn)定性的影響尤為突出。當(dāng)前計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中所有負(fù)荷點(diǎn)均采用由感應(yīng)電動機(jī)和恒定阻抗構(gòu)成的綜合負(fù)荷模型。 在計(jì)算數(shù)據(jù)中，由于大量電源接入110kV 網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致部分 220kV 變電站負(fù)荷為負(fù)值。 20xx 年前，該部分節(jié)點(diǎn)負(fù)荷模型與其他負(fù)荷值為正的節(jié)點(diǎn)一樣，均為由感應(yīng)電動機(jī)和恒定阻抗組成的綜合模型， 20xx年后， PSASP 程序在進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算時，對于有大量小電源接入 110kV 網(wǎng)絡(luò)且變電站負(fù)荷為負(fù)值的負(fù)荷模型自動 將 其轉(zhuǎn)換用恒阻抗模型來參與計(jì)算。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]。在以上各章節(jié)中對 110kV 網(wǎng)絡(luò)中接入大量電源的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了綜合負(fù)荷建模。以下將依據(jù)研究結(jié)果，對湖南電網(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；并與基于當(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。 仿真計(jì)算條件 計(jì)算數(shù)據(jù)及計(jì)算負(fù)荷水平 計(jì)算數(shù)據(jù)以 20xx 年底湖南電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，包含了由華中電力調(diào)度通信中心提供的 20xx 或 20xx 年度華中華北聯(lián)網(wǎng)電網(wǎng)數(shù)據(jù)。在夏小方式湘南地區(qū)負(fù)荷水平分別按 1650MW、 2550MW、 2950MW、 4000MW 計(jì)算，冬大方式湘南地區(qū)負(fù)荷水平按 2550MW、 2950MW、 4000MW 來計(jì)算湖南主網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行仿真分析計(jì)算。 仿真計(jì)算工具 本 研究 所采用的仿真計(jì)算程序?yàn)橹袊娏茖W(xué)研 究院編制的電力系統(tǒng)綜合分析程序 PSASP 版 (Windows 版 )。其中潮流計(jì)算采用牛頓 –拉夫遜法，穩(wěn)定計(jì)算采用PSASP 內(nèi)定的經(jīng)典隱式梯形積分法，積分步長為 ，積分時段一般為 40 s。 武漢大學(xué)東湖分校本科畢業(yè)論文 26 暫態(tài)穩(wěn)定判據(jù) 判定系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的基本原則有： ① 系統(tǒng)內(nèi)主力機(jī)組之間最大相對角小于 180?且為減幅振蕩； ② 系統(tǒng)內(nèi)主要中樞點(diǎn)電壓在 3s 內(nèi)恢復(fù)至 pu 以上； ③ 聯(lián)絡(luò)線功率振蕩屬衰減趨勢。 發(fā)電機(jī)模型 計(jì)算中采用的 發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型為： 100MW 及以上機(jī)組采用交軸次暫態(tài)電勢 qE?? 變化的 5 階模型且計(jì)及自動勵磁調(diào)節(jié)器和調(diào)速器的影響，其它發(fā)電機(jī)組則采用交軸次暫態(tài)電勢 qE?? 恒定的 2 階模型。 負(fù)荷模型 （ 1）當(dāng)前使用的模型 湖南電網(wǎng)穩(wěn)定計(jì)算當(dāng)前使用的負(fù)荷模型為 65%感應(yīng)電動機(jī)， 35%恒定阻抗綜合負(fù)荷模型，其中感應(yīng)電動機(jī)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(fù)荷為負(fù)的節(jié)點(diǎn)，在 中，自動 將其模型轉(zhuǎn)變?yōu)楹阕杩鼓Ｐ汀? （ 2）研究負(fù)荷模型 ① 小水電集中上網(wǎng)變電站負(fù)荷模型 依據(jù)對湖南電網(wǎng)小水電總體情況的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，特別是郴州地區(qū)的小水電機(jī)組容量及參數(shù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，基于逐級等效思路，采用統(tǒng)計(jì)綜合和仿真反演相結(jié)合的方法，構(gòu)建了分布式小水電集群的綜合等效模型 —— 三階微分方程描述的的等值發(fā)電機(jī)，并基于容量加權(quán)平均的統(tǒng)計(jì)綜合原理確定了符合湖南電網(wǎng)實(shí)際的模型參數(shù)。 ② 其他地區(qū)部分變電站負(fù)荷模型 其他地區(qū)的負(fù)荷模型仍然采用 65%感應(yīng)電動機(jī)并聯(lián) 35%恒定阻抗綜合負(fù)荷模型。 具體仿真使用模型 為了系統(tǒng)分析小水電模 型對系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響，這里選取 5 種情況進(jìn)行暫穩(wěn)分析。下面就 5 種情況進(jìn)行詳細(xì)介紹。 （ 1） 典型計(jì)算模型 當(dāng)前計(jì)算是指現(xiàn)在對湖南主網(wǎng)進(jìn)行仿真所采用的網(wǎng)絡(luò)，對于有 大量小電源接入110kV 網(wǎng)絡(luò)且變電站負(fù)荷為負(fù)值的負(fù)荷模型 采用 恒阻抗模型來 進(jìn)行 計(jì)算 ，對于以負(fù)荷武漢大學(xué)東湖分校本科畢業(yè)論文 27 為主的變電站，其負(fù)荷模型仍然采用湖南主網(wǎng)仿真計(jì)算所采用的 35%恒阻抗并聯(lián) 65%感應(yīng)電動機(jī)的綜合負(fù)荷模型，記此計(jì)算方式為模型 1； （ 2） 典型計(jì)算模型 +郴州 110kV 網(wǎng)絡(luò)模型 此種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在主網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將郴州地區(qū)的 110kV網(wǎng)絡(luò)細(xì)化，該地區(qū) 110kV并網(wǎng)電源 參與計(jì)算，該 110kV 變電站負(fù)荷等值在 35kV 側(cè)，其他地區(qū)與當(dāng)前計(jì)算方式完全相同，且全網(wǎng)均采用 35%恒阻抗并聯(lián) 65%感應(yīng)電動機(jī)的綜合負(fù)荷模型，記此情況為模型 2； （ 3）典型計(jì)算模型 +220kV 變電站 110kV 網(wǎng)絡(luò)中接入小水電的動態(tài)等值模型（共有 30 站） 此種情況，對 220kV 變電站 110kV 網(wǎng)絡(luò)中接入了電源的負(fù)荷模型使用前述研究的包含分布式電源在內(nèi)的綜合負(fù)荷模型，其余變電站的負(fù)荷模型仍然采用典型計(jì)算模型仿真計(jì)算所采用的 35%恒阻抗并聯(lián) 65%感應(yīng)電動機(jī)的綜合負(fù)荷模型，記此計(jì)算方式為模型 3，其對小水電集群的具體 處理方法見圖 ； 1 1 0 k V2 2 0 k V1 1 0 k VPG2 2 0 k V1 1 0 k V2 2 0 k VPGPLPLPL GPs u m