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负荷动特性的建模及其对电压稳定的影响研究

作　者: 林舜江
导　师: 李欣然
学　校: 湖南大学
专　业: 电气工程
关键词: 负荷建模电压稳定负荷时变性负荷动特性分类负荷动特性综合小干扰电压稳定暂态电压稳定感应电动机
分类号: TM714
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

负荷动态特性对电力系统的动态行为具有重要的影响,是引起电力系统电压稳定问题的关键因素。本文以负荷动特性的建模及其对电压稳定的影响为主线,研究内容包括负荷时变性问题、负荷动特性的分类与综合方法、小干扰电压稳定分析的模型和指标、暂态电压稳定分析的模型和快速判断方法。采用对实测负荷动特性进行分类与综合的方法来解决负荷建模中的负荷时变性问题。基于随机过程相关性原理,提出了基于实测响应空间的负荷动特性分类方法。该方法以负荷动特性的实测响应空间为特征向量空间,首先对各个样本的实测响应进行时间坐标的标准化,再计算实测响应空间各样本间的相关系数,最后采用系统聚类法按样本间的相关系数值进行分类。实测响应空间具有能够直接、准确地反映负荷特性样本对应的负荷构成的本质特征的优点,工程应用实例表明了该方法的分类结果准确、实现简便。提出了基于实测响应空间的负荷动特性直接综合方法,以建立同类负荷特性中不同样本的通用负荷模型。该方法首先通过求得某类负荷特性中所有样本的重心作为该类负荷特性的聚类中心,再通过对聚类中心等效样本进行参数辨识以得到该类负荷特性的综合模型参数。建模实践表明该方法得到的某类负荷特性的综合模型参数能够较好的描述该类负荷特性中的所有样本,其物理意义清晰、计算量小。并且,采用判别分析法对新采集的负荷特性样本进行归类,以修正各类负荷特性的聚类中心,进而修正各个类的综合模型参数。这样,修正的综合模型参数就能够反映负荷特性发生的新变化,从而提高了综合模型参数的准确性。通过对电力系统在任一时间断面上从某个负荷母线向系统侧看进去部分进行戴维南等值,并对负荷采用三阶感应电动机并联恒阻抗动态模型,构建了系统电压稳定分析的微分代数方程组(DAE)模型,并推导出系统小干扰电压稳定分析的线性化方程的状态矩阵的解析表达式。系统研究了负荷模型参数与负荷节点PV曲线上小干扰电压稳定极限点位置的关系。并得出了此等值系统的小干扰电压稳定性本质上是负荷中感应电动机部分的静态稳定性,负荷中感应电动机部分采用三阶模型和一阶模型得到系统平衡点的小干扰电压稳定性是一致的结论。因而在负荷中感应电动机部分采用一阶模型条件下提出了一个在线小干扰电压稳定状态指标Ls。推导出了指标Ls的解析表达式,算例分析表明Ls计算量小、线性特性较好、变化幅度大、适合于在线表征系统当前运行点各个负荷节点的电压稳定程度。提出了一种负荷采用三阶感应电动机并联恒阻抗动态模型时电力系统暂态电压稳定的快速判断方法。推导出了此动态负荷模型下电力系统数学模型的一般化描述。针对采用牛顿法求取故障后系统主导不稳定平衡点(CUEP)存在的初值选取难题,提出了一种实用但不失严谨的解决方案:通过识别给定故障的主导负荷母线,对主导负荷母线以外系统由故障后稳定平衡点(SEP)处的状态进行戴维南等值,对负荷中的感应电动机采用其稳态等值电路,再由感应电动机的转矩特性求得CUEP附近的一个点作为近似的CUEP,以此为迭代初值以可靠求得CUEP;并采用二阶正规型来近似CUEP的稳定流形的方法求得近似的SEP的吸引域的局部边界。算例分析表明应用该方法判断电力系统的暂态电压稳定性具有较高的准确度。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-13
第1章绪论  13-24
  1.1 引言  13-14
  1.2 负荷建模研究的意义和方法  14-15
    1.2.1 负荷建模的意义  14
    1.2.2 负荷建模的方法  14-15
  1.3 负荷建模研究的发展和现状  15-16
  1.4 负荷时变性问题  16-17
    1.4.1 负荷时变性的概念  16-17
    1.4.2 负荷建模中负荷时变性问题的解决方法  17
  1.5 负荷特性对电压稳定的影响  17-21
    1.5.1 负荷恢复特性  18-19
    1.5.2 负荷失稳特性  19
    1.5.3 电压稳定研究中采用的负荷模型  19-21
    1.5.4 负荷特性对电压稳定影响研究的主要方面  21
  1.6 本文的主要工作  21-24
第2章负荷动特性的分类方法研究  24-38
  2.1 负荷动特性的分类  24-25
  2.2 基于实测响应空间的负荷动特性分类方法  25-33
    2.2.1 基于实测响应空间负荷动特性分类的特征向量  25
    2.2.2 基于实测响应空间负荷动特性分类的理论依据  25-26
    2.2.3 基于实测响应空间负荷动特性分类的两个问题及解决方法  26-27
    2.2.4 基于实测响应空间负荷动特性分类的系统方法和数学模型  27-31
    2.2.5 基于实测响应空间负荷动特性分类实例  31-33
  2.3 负荷动特性分类方法比较分析  33-37
    2.3.1 采用模型参数空间作为特征向量空间的负荷动特性分类  33-35
    2.3.2 采用标准模型响应空间作为特征向量空间的负荷动特性分类  35-36
    2.3.3 三种负荷动特性分类方法的实例比较分析  36-37
  2.4 小结  37-38
第3章负荷动特性的综合方法研究  38-53
  3.1 负荷动特性综合的意义  38
  3.2 负荷动特性综合的方法  38-41
    3.2.1 综合辨识建模  38-39
    3.2.2 参数加权平均综合建模  39-40
    3.2.3 基于实测响应空间的负荷动特性直接综合方法  40-41
  3.3 新增样本类型判别及综合模型参数修正  41-42
  3.4 实例分析  42-51
    3.4.1 基于实测响应空间的负荷动特性综合  42-47
    3.4.2 新增样本类型判别及综合模型参数的修正  47-50
    3.4.3 负荷动特性综合方法比较分析  50-51
  3.5 总体测辨法的步骤  51-52
  3.6 小结  52-53
第4章考虑负荷动特性的小干扰电压稳定研究  53-79
  4.1 电力系统电压稳定概述  53-60
    4.1.1 电压稳定的定义  53-54
    4.1.2 电压稳定的分类  54-55
    4.1.3 电压失稳的机理  55-57
    4.1.4 电压稳定问题的分析方法  57-60
  4.2 考虑负荷动态模型的小干扰电压稳定分析  60-69
    4.2.1 系统的数学模型  60-63
    4.2.2 小干扰电压稳定分析  63-65
    4.2.3 系统小干扰电压稳定极限与负荷动态模型参数的关系  65-69
  4.3 考虑负荷动特性的节点小干扰电压稳定指标  69-77
    4.3.1 负荷节点小干扰电压稳定性与负荷中感应电动机的静态稳定性  70-73
    4.3.2 在线小干扰电压稳定性指标  73-75
    4.3.3 算例分析  75-77
  4.4 小结  77-79
第5章考虑负荷动特性的暂态电压稳定研究  79-96
  5.1 暂态电压稳定概述  79-80
  5.2 考虑负荷动态模型暂态电压稳定快速判断  80-95
    5.2.1 非线性动力系统稳定性理论  80-81
    5.2.2 系统的数学模型  81-83
    5.2.3 暂态电压稳定快速判断方法  83-88
    5.2.4 算例分析  88-95
  5.3 小结  95-96
结论  96-99
  本文的主要研究内容和成果  96-97
  今后进一步研究工作展望  97-99
参考文献  99-107
致谢  107-108
附录A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）  108-109
附录B（攻读学位期间所参加的科研工作）  109

负荷动特性的建模及其对电压稳定的影响研究

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