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交直流电力系统动态特性分析方法研究

作　者: 黄莹
导　师: 徐政
学　校: 浙江大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: PSS/E 直流输电系统模型低频振荡 QR特征值算法 Prony法交直流系统安全稳定性多直流落点直流恢复特性同步相量测量单元(PMU) 直流附加控制观测线性化最优控制
分类号: TM711
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

我国电网正处于高速发展时期,随着“全国联网、西电东送”战略的进一步实施,不远的将来将形成全国性的交直流混合电网。随之会出现一系列的重大技术问题,如低频振荡问题、多直流落点问题等。本文利用电力系统仿真软件PSS/E,结合我国“全国联网,西电东送”战略规划,重点研究了交直流系统的动态特性分析方法。主要内容包括: (1)研究了交直流电力系统机电暂态仿真中的直流输电系统模型,按照是否考虑直流系统高频控制和直流线路的动态特性,将直流系统模型分为响应特性模型和详细模型,并指出了PSS/E的直流模型的适用范围。通过对PSS/E中直流模型的分析和比较,表明响应特性模型CDC4简单明了,参数容易选定,能够满足实际大规模交直流系统仿真分析的要求。 (2)提出一种实用的大规模交直流电力系统低频振荡分析方法,该方法结合了QR特征值分析算法和Prony分析方法的优势,可以很容易在现有程序中实现。对多机系统的低频振荡分析计算表明,发电机采用经典模型与采用详细模型并计及励磁模型相比,系统各振荡模式的频率、振型和参与因子基本保持不变。因而大规模交直流电力系统的低频振荡分析可以分为两步:第一步发电机采用简化模型并利用QR算法计算出系统低频振荡的结构性特征,第二步发电机采用详细模型并考虑励磁控制等模型,再通过Prony方法求出低频振荡主导模式的阻尼。 (3)提出了一种基于同步相量测量单元(PMU)的直流附加控制器。该控制器以PMU得到的区域间电压相角差信号作为输入信号,能够直接有效地反映区域间低频振荡特性。小信号稳定分析结果表明,该控制器在系统较大的运行范围内能够较好地阻尼系统低频振荡,同时提高了交流系统传输能力,具有较好的鲁棒性。时域仿真验证了该控制器在系统大扰动下也能较好地发挥作用。 (4)提出了一种基于PMU的观测线性化最优直流附加控制器。该控制器利用由PMU测量得到的系统实际运行状态量,实现系统状态方程的观测线性化,再应用最优控制原理来实现直流附加控制器。该控制器设计不但避免了设计线性控制器时进行一点线性化的不精确性,而且也避免了设计非线性控制器时进行精确线性化模型的复杂性。小信号稳定分析和时域仿真分析结果表明该直流附加控

全文目录

第一章绪论  11-30
  1.1 引言  11-12
  1.2 低频振荡现象  12-17
    1.2.1 低频振荡的定义及分类  12-13
    1.2.2 低频振荡的机理研究  13-14
    1.2.3 低频振荡的分析方法研究现状  14-17
  1.3 大扰动方式下交直流系统动态特性问题  17-21
    1.3.1 直流系统模型  18-20
    1.3.2 多条直流输电线路落点于同一交流系统的特有问题  20-21
  1.4 直流附加控制及基于GPS的同步相量测量技术在直流附加控制中的应用前景  21-23
    1.4.1 直流附加控制介绍  21-22
    1.4.2 基于GPS同步相量测量技术在电力系统中的应用  22-23
    1.4.3 基于GPS同步相量测量技术在直流控制中的应用前景  23
  1.5 本文的主要工作  23-24
  参考文献  24-30
第二章仿真软件PSS／E的直流系统模型及其仿真研究  30-42
  2.1 引言  30
  2.2 PSS／E动态仿真基本原理简介  30-31
  2.3 PSS／E的直流模型  31-36
    2.3.1 PSS／E直流稳态数学模型  31-32
    2.3.2 PSS／E直流模型分类  32-36
    2.3.3 两种直流模型的适用性分析  36
  2.4 PSS／E直流模型仿真结果  36-40
  2.5 本章小结  40-41
  参考文献  41-42
第三章一种实用的大规模交直流系统低频振荡分析方法  42-59
  3.1 引言  42
  3.2 PSS／E小扰动稳定功能介绍  42-44
    3.2.1 PSS／E小扰动稳定分析原理  42-44
    3.2.2 PSS／E中的Prony分析功能  44
  3.3 实用的大规模交直流系统低频振荡分析方法  44-51
    3.3.1 四机两区域系统  45-48
    3.3.2 新英格兰10机39节点系统  48-51
  3.4 华东电网低频振荡分析  51-57
    3.4.1 采用经典二阶模型时华东电网的低频振荡特性分析  52-56
    3.4.2 考虑发电机励磁系统的华东电网低频振荡特性分析  56-57
  3.5 本章小结  57
  参考文献  57-59
第四章实际大电网的低频振荡特性分析  59-75
  4.1 引言  59
  4.2 南方电网低频振荡特性分析  59-64
    4.2.1 采用经典二阶模型时南方电网的低频振荡特性分析  60-62
    4.2.2 考虑发电机励磁系统的南方电网低频振荡特性分析  62-64
  4.3 东部电网的低频振荡特性分析  64-73
    4.3.1 联网方案介绍  64-65
    4.3.2 采用经典二阶模型时东部电网的低频振荡特性分析  65-67
    4.3.3 考虑发电机励磁系统的东部电网低频振荡特性分析  67-69
    4.3.4 考虑PSS时东部电网低频振荡特性分析  69-71
    4.3.5 影响低频振荡频率的因素  71-73
  4.4 本章小结  73
  参考文献  73-75
第五章大扰动下交直流系统动态特性分析  75-87
  5.1 引言  75
  5.2 系统建模及其适用性  75-76
    5.2.1 仿真工具和建模  75-76
    5.2.2 直流模型及其适用性  76
  5.3 暂态稳定性分析规则和计算条件  76
  5.4 东部电网的暂态稳定分析  76-78
    5.4.1 N-1规则下交流系统单一故障扫描结果  77
    5.4.2 直流故障时系统稳定性分析结果  77-78
    5.4.3 本节小结  78
  5.5 西电东送纯直流方案系统暂态稳定分析  78-85
    5.5.1 交流故障时各区域电网的稳定性  80-82
    5.5.2 直流故障时各同步电网的稳定性  82-84
    5.5.3 直流系统的恢复特性  84-85
  5.6 本章小结  85-86
  参考文献  86-87
第六章基于同步相量测量单元的直流附加控制器研究  87-99
  6.1 引言  87-88
  6.2 系统基本特性分析  88-90
    6.2.1 系统简介  88
    6.2.2 Prony分析方法  88-89
    6.2.3 特征值分析方法  89-90
  6.3 基于PMU的直流附加控制器  90-93
    6.3.1 控制器设计  90-91
    6.3.2 通信延迟T_R的影响  91-92
    6.3.3 考察控制器的鲁棒性  92-93
  6.4 基于PMU的直流附加控制器对系统传输能力的影响  93-95
    6.4.1 概述  93
    6.4.2 未加直流附加控制器时传输能力分析  93-94
    6.4.3 加入直流附加控制器时的传输能力  94
    6.4.4 不同潮流方式下的系统阻尼分析  94-95
  6.5 时域仿真验证  95-97
  6.6 本章小结  97
  参考文献  97-99
第七章基于PMU的观测线性化最优直流附加控制器  99-109
  7.1 引言  99
  7.2 观测线性化最优控制策略原理  99-100
  7.3 交直流输电系统数学模型  100-101
  7.4 基于PMU的观测线性化最优直流附加控制器设计实现  101-103
  7.5 所设计控制器对系统传输能力的影响  103-105
    7.5.1 系统传输能力分析  103-104
    7.5.2 不同运行状态下的系统阻尼分析  104-105
  7.6 时域仿真验证  105-106
  7.7 本章小结  106-107
  参考文献  107-109
第八章总结与展望  109-111
  8.1 全文总结  109-110
  8.2 研究工作展望  110-111
致谢  111-112
攻读博士学位期间发表或录用的论文  112

交直流电力系统动态特性分析方法研究

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