含柔性发输电设备的电网概率暂态稳定评估

论文摘要

本文受国家自然科学基金项目(柔性发输电系统概率风险评估和优化配置模型研究,项目号50977094)和输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室自研项目(项目号2007DA10512709103)资助。柔性发输电设备能够实现电网刚性约束的柔性化,因此可以有效提高电网的静态和动态安全水平。本文在电力系统分析软件PSAT(Power System Analysis Toolbox)仿真平台上开展了多机系统的小信号特征值分析和时域仿真,并进一步开发了柔性发电设备—异步化同步发电机ASG(Asynchronized Synchronous Generator)与PSAT(Power System Analysis Toolbox)之间的仿真接口,在此基础上采用蒙特卡罗模拟对含ASG和晶闸管控制串联补偿器TCSC(Thyristor Controlled Seires Compensator)的柔性发输电系统进行了暂态稳定性能的概率量化评估。TCSC是一类应用比较广泛的FACTS(Flexible AC Transmission Systems)设备,通过连续改变其等效阻抗从而有效阻尼系统振荡,提高系统暂态稳定性。现有研究多围绕TCSC的控制策略问题展开,较少从整个电力系统的全局角度出发,全面分析TCSC对多机系统暂态稳定性的影响。本文对定功率控制模式下TCSC元件的工作原理、运行方式和对系统稳定性的影响进行了初步探讨和仿真分析,并对TCSC对多机系统暂态稳定性的影响开展了定量计算。异步化同步发电机是一类转子磁场相对转子本体位置可控的新型柔性发电设备,由于增加了励磁控制的自由度,所以较传统同步发电机有很多优良特性。现有适用于多机系统分析的ASG模型无法直接应用到仿真软件PSAT中,本文根据PSAT的用户自定义元件功能UDM(User Designed Model),建立了适用于PSAT仿真平台的四阶ASG模块,实现了ASG与PSAT之间的有机衔接,并在单机无穷大系统和4机9节点系统上进行了验证。传统确定性分析只针对选定的少数“最坏情况”进行分析,而电力系统运行具有很多随机因素,因此考虑随机因素之后的概率评估将更加客观。影响系统运行的随机因素较多,本文综合考虑了负荷、故障位置、故障类型以及故障清除时间的随机变动规律,分别对传统多机系统、含ASG和含TCSC的多机系统进行了概率暂态稳定评估,计算了系统暂态失稳条件概率指标,并针对不同故障线路影响程度的不同计算了系统元件层暂态失稳条件概率。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 电力系统稳定的定义和分类
• 1.3 暂态稳定的研究现状
• 1.3.1 暂态稳定分析方法的研究现状
• 1.3.2 提高暂态稳定性措施的研究现状
• 1.3.3 暂态稳定概率风险评估的研究现状
• 1.4 柔性发电设备简介
• 1.5 柔性输电技术简介
• 1.6 时域仿真软件PSAT 简介
• 1.7 本文研究的主要内容
• 2 暂态稳定概率评估模型、方法和步骤
• 2.1 随机因素的概率模型和模拟方法
• 2.1.1 故障前系统状态
• 2.1.2 故障模型
• 2.2 故障事件的蒙特卡罗模拟
• 2.3 暂态稳定模拟及概率暂态稳定指标
• 2.4 暂态稳定评估步骤
• 2.5 本章小结
• 3 多机系统动态仿真研究
• 3.1 动态仿真主要元件模型
• 3.1.1 传统常用模型
• 3.1.2 晶闸管控制的串联补偿器 TCSC 模型
• 3.2 仿真流程及仿真原理
• 3.3 多机系统仿真算例分析
• 3.3.1 静态稳定特征值仿真分析
• 3.3.2 TCSC 等校正措施对暂态稳定性的影响仿真
• 3.4 本章小结
• 4 ASG 的多机系统动态仿真模型与 PSAT 的有机接口
• 4.1 PSAT 平台下ASG 的用户自定义模块
• 4.2 ASG 用户自定义模块的有效性验证
• 4.3 本章小结
• 5 含柔性发输电设备的多机系统概率稳定性评估
• 5.1 随机因素模型
• 5.2 随机因素的非序贯蒙特卡罗模拟
• 5.3 算例系统
• 5.3.1 元件层暂态失稳条件概率计算及影响程度排序
• 5.3.2 系统暂态失稳条件概率计算
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 测试系统：WECC 3机9节点系统
• B 异步化同步发电机基本数据
• C 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• D 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目