【正文】 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)等五種仿真計算模型，從不同季節(jié)運行方式和不同負荷水平，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；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。武漢大學東湖分校本科畢業(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電網(wǎng)安全運行的影響的基本手段是電力系統(tǒng)仿真。電力系統(tǒng)建模是仿真計算的基礎(chǔ)，如果模型不夠準確，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。著名的案例是WSCC對1996年“”事故的仿真，一開始電力負荷采用靜態(tài)模型，仿真結(jié)果是穩(wěn)定的，不能再現(xiàn)事故時出現(xiàn)的增幅振蕩。不恰當?shù)哪Ｐ蜁沟糜嬎憬Y(jié)果與實際情況不一致，或偏樂觀，或偏保守，從而構(gòu)成系統(tǒng)的潛在危險或造成不必要的投資。這種做法對現(xiàn)代大型電力系統(tǒng)往往是不妥的。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，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)互聯(lián)電網(wǎng)的穩(wěn)定水平達不到預(yù)期目標，造成電能傳輸阻塞，通過修改電力系統(tǒng)模型和參數(shù)有時能夠提高傳輸功率極限達25%左右。 含小水電分布式電源綜合建模研究的必要性在研究一個大型區(qū)域電網(wǎng)時，由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電網(wǎng)電壓等級跨度大，節(jié)點數(shù)眾多，若要對所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和元件進行詳細仿真，其計算量會非常大，因此我們在對主網(wǎng)進行仿真時往往需要將低電壓等級的網(wǎng)絡(luò)和元件進行等效，而電網(wǎng)仿真所需負荷模型一般是主網(wǎng)之220kV變電站的110kV或220kV母線的綜合負荷模型，它是包括110kV及以下配電網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的綜合負荷的等效描述。 研究動態(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組絕大多數(shù)是同步發(fā)電機，電源技術(shù)非常成熟，理論研究也對小水電電源特性研究得也比較透徹[13]。在一般性的含分布式電源配網(wǎng)綜合負荷建模方面，就模型結(jié)構(gòu)來看，目前已有一些文獻就含分布式電源配網(wǎng)綜合負荷建模方面進行了相關(guān)研究。文獻[811]分析了在分布式電源接入情況下，不同負荷模型結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)缺點和適用場合。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)果的準確性和適用性都有待檢驗。 小水電綜合等效建模及含小水電的配網(wǎng)綜合負荷等效建模 小水電機組特點及其等效建模思路 小水電機組特點小水電數(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，在對小水電這種分布式電源建模之前，有必要對小水電的特點做出說明。（2）小水電站裝機容量分布比較廣，單機容量從幾十千瓦到幾十兆瓦不等。 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)。 小水電各個電壓等級接入示意圖，同一個節(jié)點既可能是負荷接入點，又可能是小水電并網(wǎng)點，分布式小水電和負荷是交織在一起的，因此本研究提出按照電壓等級分層等效的原則來對我們的含分布式小水電的綜合負荷模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)進行分析。對小水電集群進行等效后，由三個部分組成：等值小水電、傳統(tǒng)負荷、網(wǎng)絡(luò)等值阻抗，其中等值小水電是對網(wǎng)內(nèi)所有小水電機群的一個總體等值。 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?zāi)Ｐ偷挠行裕唬?）調(diào)整模型參數(shù)最終滿足模型應(yīng)用要求。 等值小水電機組模型結(jié)構(gòu)的研究對于等值小水電發(fā)電機組，通過上述章節(jié)中所述的小水電機組的特點，本研究對單個小水電機組的描述采用傳統(tǒng)凸極同步發(fā)電機模型來進行等效。 （）式中：xd、x′d、xq分別為發(fā)電機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軸勵磁繞組定子開路時間常數(shù)、轉(zhuǎn)子慣性時間常數(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為原動機輸入功率。 （）調(diào)速器用來維持輸出功率的恒定，由于小水電調(diào)速器的時間常數(shù)比較大，在暫態(tài)過程中，可以近似忽略其動態(tài)特性。如式（）所示，G表示待聚合的發(fā)電機集群集合；Sj表示第j臺機組的容量；Xj表示待聚合機組的參數(shù)。 （） 等值模型的驗證為了檢驗上述聚合方法的有效性，這里采取逐級等效驗證的方法來進行對比分析。為了比較等效前后機組對系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定影響，我們主要進行兩個方面的分析：搖擺曲線分析和功率外特性分析。 發(fā)電機參數(shù)發(fā)電機母線名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小水電（甘水電站和光明電站）的相對功角搖擺曲線。（2）功率外特性分析分別觀察合興電站等效前后，上網(wǎng)點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證了該等值方法的正確性。式（）中，Y（Xj,K)表示在第j個參數(shù)組的情況下，第K個離散時刻的響應(yīng)。在眾多評價指標中，較為常見的指標是系統(tǒng)動態(tài)曲線的誤差加權(quán)平均和，即觀察參數(shù)變化前后對某個動態(tài)響應(yīng)曲線的影響。20%的范圍內(nèi)變化。 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()、。d)P(Xq)P(T39。具體對參數(shù)分析來看：（1）定子電阻（Ra）靈敏度分析發(fā)電機有功功率變化趨勢：Ra由小變大，有功振蕩幅度也由小變大。（3）慣性時間常數(shù)（Tj）靈敏度分析慣性時間常數(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。 含分布式小水電的配網(wǎng)綜合負荷等效建模為了將前述的小水電機群等值方法推廣到配網(wǎng)綜合負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)進行研究，以圖中網(wǎng)絡(luò)的局部為研究對象，對包括負荷、小水電、配電網(wǎng)在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)進行等值分析。等值負荷即為所研究區(qū)域總的負荷，包括除了下網(wǎng)負荷之外，還包括小水電區(qū)域的自供負荷。本研究采用第一種，即根據(jù)網(wǎng)絡(luò)潮流計算出的損耗確定配網(wǎng)等值參數(shù)。同樣進行兩個方面的分析：搖擺曲線分析和功率外特性分析?？梢钥闯觯戎登昂?，地區(qū)配網(wǎng)對外特性具有較高的相似性。 母線2063下屬網(wǎng)絡(luò)等值前后發(fā)電機相對功角曲線 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+負荷+同步發(fā)電機的等效模型來對小水電網(wǎng)路進行等值。 整個10kV網(wǎng)絡(luò)等效示意圖 區(qū)域內(nèi)發(fā)電機機組參數(shù)及等值參數(shù)參數(shù)Ra()Xd()X’d()Xq()T’d0()Tj()Sb(MVA)等效前各小水電機組參數(shù)等效后機組 等效后的其他網(wǎng)絡(luò)參數(shù)參數(shù)Re(Ω)Xe(Ω)PL(MW)QL(MW) 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。另外在實際過程中，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行校驗，通過優(yōu)先調(diào)整高靈敏度參數(shù)對等效模型進行參數(shù)調(diào)整，通過模型分類，建立適合不同地區(qū)、不同時段的小水電集群等效模型參數(shù)庫。這里以郴州桂陽縣和資興市作為小水電機組信息的調(diào)查地區(qū)。桂陽縣小水電機組容量分布圖05001000150020002500300035004000191725334149576573818997105113121129小水電編號小水電裝機容量（kW） 桂陽縣小水電機組容量分布圖 資興市小水電機組容量分布圖由上述兩圖可以看出，小水電機組的容量基本在1MW以下，并且在1MW以下的機組分布的比較均勻，在1MW以上的機組型號不多，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組，對1MW以上的機組則直接取離散的容量點來作為典型機組。 桂陽1MW以下機組聚類后的容量中心分布圖 資興1MW以下機組聚類后的容量中心分布圖根據(jù)聚類的結(jié)果以及實際生產(chǎn)設(shè)備容量分布，確定了符合實際生產(chǎn)情況的典型機組容量。 典型機組參數(shù)編號1234567891011121314PN(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，因為機組的選擇與流域的水文情況很密切。（2）從水輪發(fā)電機機組型號的選擇來看，每個機組容量相同時，如果機組型號不同，對應(yīng)的參數(shù)會有所差異，鑒于對所有類型機組進行調(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組作為該容量下的典型機組。負荷構(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用價值。根據(jù)上面的分析，對含小水電的配網(wǎng)等值模型參數(shù)影響比較大的是機組容量分布，不妨以它作為決策變量。在機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組，每臺機組的容量為T(k)，（k=1，2，3，…，N）；（3）將上述N臺機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