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华东特高压电网建设过渡阶段系统低频振荡研究

作　者: 尹凡
导　师: 陈陈；陈开庸
学　校: 上海交通大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 小干扰稳定华东电网特征值分析法隐式重启动Arnoldi算法振荡模式
分类号: TM712
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着我国电力工业的发展,区域电网的互联已经成为我国电力工业快速发展的重要趋势。另外,FACTS等新型设备的应用以及电力市场改革步伐的迈进,使得原本已经规模庞大的电力系统运行方式更加多变,电网输送潮流接近运行极限,系统动态稳定性问题也日益突出。华东电网是目前我国最大、世界第二的区域电网,该区域经济发达,资源相对匮乏,需要大量的区外来电,随着国家西电东送能源战略的实施和特高压电网的逐步建设,华东电网发展各阶段的低频振荡问题需要更加准确、可靠的分析。电力系统小干扰稳定是指电力系统运行于某一稳态运行方式时,经受了小干扰后,能恢复到受扰动前,或接近可接受的稳态运行状态的能力。低频振荡是由于系统小干扰稳定性较差而引起的现象,其产生的原因是励磁系统产生的负阻尼以及电网联络相对较弱导致系统阻尼降低。小干扰稳定分析的方法主要有特征值分析法、数值仿真法、信号分析法、非线性分析法等,其中特征值分析法应用最为广泛。系统阻尼较小,易发生低频振荡,此时可以采取诸如加装PSS、加装FACTS装置等措施来抑制系统的低频振荡,提高系统稳定性。本文分析了单机无穷大系统和多机系统的小干扰稳定建模方法,重点对特征值法的步骤和相关概念进行了介绍,得到了系统特征值、特征向量和系统振荡模式、模态、阻尼比等稳定参数的关系。2010年将是华东电网发展中的重要年份。首先,向家坝-上海±800千伏特高压直流输电工程将完成双极投运,额定输送功率为640万千瓦,该工程可能是当时世界上电压等级最高、输送容量最大、输电距离最长的直流输电工程。其次,华东电网将建成并投产淮南、皖南、浙北、沪西四座1000千伏特高压交流变电所及相关配套输变电设备,按500千伏降压方式运行。前者标志着“西电东送”项目进入实用阶段,对加快西部水电资源优势转化为经济优势、实现西南水电大规模和经济高效送出、保障华东地区用电需求具有重要意义。后者则保持了特高压电网与超高压电网良好的衔接关系,同时增加了安徽-浙江的电力通道,大大加强了安徽北电南送能力,解决了过江瓶颈问题。进一步满足了上海、浙江等负荷中心的受电能力,提高了运行的安全可靠性,为该地区的经济发展提供了坚实的能源支持。因此,选取2010年作为华东特高压交、直流电网建设过渡阶段的重要时间节点,进行系统低频振荡研究是非常必要的。本文应用上海交通大学开发的小干扰稳定分析软件包(SSAP)对华东电网2010年网架进行分析。SSAP软件有良好的建模能力和扩展性,同时可以和BPA等软件实现数据共享,其特征值算法采用隐式重启动Arnoldi算法,计算速度较快,同时采用稀疏特征值牛顿法来求解特定特征值的特征向量,在计算效率和程序的鲁棒性方面有很大的优势。通过对华东电网2010年规划网架的夏季高峰和夏季低谷两种典型运行方式进行小干扰稳定性分析发现,该网架主要存在福建对华东、安徽对华东、浙江对华东和江苏对华东四种阻尼较小的振荡模式,其主要原因为电网运行中存在长距离弱联系的情况以及一些新增机组未配置PSS装置,夏季高峰运行方式由于其系统负荷较重,小干扰稳定性要差于低谷方式。本文中还针对华东电网运行中最为薄弱的福建对华东模式进行了分析,提出了实际运行中若发生福建对华东低频振荡时的处理建议,为运行人员的事故处理提供了一些依据。研究结果还显示,华东电网的几种重要检修方式对系统小干扰稳定性也有一定的影响,需要在检修和发电管理方面进行合理安排。此外,通过计算分析,针对影响华东电网全局范围的弱阻尼振荡模式,提出能够改善和提高华东电网小干扰稳定性能的机组PSS配置方案,并以全网PSS协调整定为目的进行初步研究。本文的研究达到了预期目的,对华东电网2010年网架存在的低频振荡问题进行了较为深入的研究,并依此对华东电网今后的运行管理、事故处理、发展规划等方面有一定的现实指导意义。同时,研究结果表明,随着电力系统规模的发展、电网结构的变化、电网新技术的不断应用、用户负荷类型的不断变化等诸多因素,都会对系统小干扰稳定性产生复杂的影响。因此,对华东电网低频振荡的研究将随着电网的发展而不断深入。

全文目录

摘要  5-8
ABSTRACT  8-14
第一章绪论  14-25
  1.1 研究背景及意义  14-15
  1.2 低频振荡现象及其危害  15-16
    1.2.1 美国WSCC 系统低频振荡  15
    1.2.2 欧洲UCPTE/Centrel 系统低频振荡  15
    1.2.3 国内的低频振荡现象  15-16
    1.2.4 低频振荡的危害  16
  1.3 小干扰稳定的研究现状  16-22
    1.3.1 低频振荡产生的机理研究  16-18
    1.3.2 小干扰稳定的分析方法  18-20
    1.3.3 低频振荡的控制措施  20-21
    1.3.4 小干扰稳定分析软件  21-22
  1.4 本文的研究工作  22-23
  1.5 本章小结  23-25
第二章小干扰稳定性分析的理论基础  25-43
  2.1 概述  25-26
  2.2 动态系统稳定性的概念  26-27
    2.2.1 局部稳定  26-27
    2.2.2 有限稳定  27
    2.2.3 全局稳定  27
  2.3 小干扰稳定的数学模型分析  27-31
    2.3.1 采用经典二阶模型的单机-无穷大系统  27-28
    2.3.2 多机电力系统模型  28-31
  2.4 特征值分析法  31-39
    2.4.1 电力系统的状态空间表示  31-32
    2.4.2 状态方程的线性化  32-34
    2.4.3 时域分析  34-35
    2.4.4 特征值与稳定性  35
    2.4.5 特征向量  35-36
    2.4.6 模式  36-37
    2.4.7 模态  37-38
    2.4.8 特征值灵敏度  38-39
    2.4.9 相关因子  39
  2.5 多机电力系统振荡模式的分类与筛选  39-41
    2.5.1 多机电力系统机电振荡模式的分类  40
    2.5.2 机电振荡模式的筛选  40-41
  2.6 PSS 的基本原理  41-42
  2.7 本章小结  42-43
第三章本文应用的软件与算法分析  43-54
  3.1 概述  43
  3.2 小干扰稳定分析软件SSAP 的功能和特色  43-45
  3.3 隐式重启动ARNOLDI算法（IRA）  45-51
    3.3.1 基本的Arnoldi 算法  45-47
    3.3.2 Arnoldi 分解  47-48
    3.3.3 隐式重启动  48-49
    3.3.4 位移变换  49-50
    3.3.5 迭代停止判据  50
    3.3.6 隐式重启动Arnoldi 算法  50-51
  3.4 稀疏特征向量的求解方法  51-53
    3.4.1 概述  51-52
    3.4.2 稀疏特征值牛顿法  52-53
  3.5 本章小结  53-54
第四章华东电网2010 年网架小干扰稳定性分析  54-82
  4.1 华东电网概况  54-56
    4.1.1 华东电网现状  54-55
    4.1.2 华东电网2010 年网架模型  55-56
  4.2 华东电网小干扰稳定性分析的前提  56-57
    4.2.1 运行方式  56-57
    4.2.2 数学模型  57
    4.2.3 负荷模型  57
  4.3 华东电网小干扰稳定性分析结果  57-79
    4.3.1 华东电网低频振荡计算结果分析  57-71
    4.3.2 华东电网几种重要检修方式下的主振荡模式阻尼分析  71-73
    4.3.3 2010 年华东电网PSS 配置方案研究  73-76
    4.3.4 华东电网的全网机组PSS 协调整定方法研究  76-79
  4.4 结论及建议  79-80
  4.5 本章小结  80-82
第五章全文总结  82-85
  5.1 主要结论  82-84
  5.2 研究展望  84-85
参考文献  85-89
附录1  89-91
附录2  91-95
致谢  95-96
攻读工程硕士学位期间已发表或录用的论文  96

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