電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程剛性分布特性與柔性化仿真方法研究.pdf

1、電力系統(tǒng)的不斷壯大，在帶來(lái)巨大規(guī)模效益的同時(shí)，不可避免地造成了電力系統(tǒng)運(yùn)行復(fù)雜度的增加。電力系統(tǒng)發(fā)生級(jí)聯(lián)事故的可能性、波及范圍和危害性，會(huì)隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷增大而可能得到不同程度的擴(kuò)大。如何正確高效地仿真電力系統(tǒng)受到擾動(dòng)后的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，是可靠掌握系統(tǒng)運(yùn)行行為、針對(duì)安全隱患正確整定保護(hù)和控制系統(tǒng)的一項(xiàng)十分重要而基礎(chǔ)性的工作。由于構(gòu)成電力系統(tǒng)的環(huán)節(jié)和系統(tǒng)可能受到的擾動(dòng)存在多樣性差異，因此，電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程往往既存在快慢速現(xiàn)象共存、又存在快慢

2、速變量集合構(gòu)成不斷發(fā)生變化的情形，使得電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程表現(xiàn)出明顯的剛性特征，嚴(yán)重制約了電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程仿真的效率。本文通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程剛性分布的時(shí)空局部性的分析，研究了如何根據(jù)動(dòng)態(tài)過(guò)程變化情況自適應(yīng)地劃分系統(tǒng)變量組別以使系統(tǒng)剛性過(guò)程得到柔性化的措施。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程柔性化仿真算法，并將其應(yīng)用于包含風(fēng)電系統(tǒng)的電力系統(tǒng)長(zhǎng)動(dòng)態(tài)過(guò)程仿真。
　　作為電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程剛性問(wèn)題實(shí)施柔性化的理論基礎(chǔ)，論文首先通過(guò)對(duì)剛性含

3、義的闡述，界定了局部剛性與全局剛性的區(qū)別，并通過(guò)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程剛性分布特性的分析，指出：剛性往往具有時(shí)間和變量空間上的局部分布特征，即剛性程度一方面會(huì)隨著時(shí)間而發(fā)生改變，系統(tǒng)可以由較強(qiáng)剛性向著弱剛性甚至柔性轉(zhuǎn)換；另一方面，如果某些時(shí)段系統(tǒng)表現(xiàn)出剛性，通常也只是在某些變量集合之間呈現(xiàn)剛性，而集合內(nèi)部的變量之間往往表現(xiàn)出良好的柔性特征。大型電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程、特別是長(zhǎng)動(dòng)態(tài)過(guò)程，其剛性分布的時(shí)空局部性表現(xiàn)得更為明顯。這種特性為電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程剛

4、性的柔性化提供了前提條件?；趧傂苑植嫉臅r(shí)空局部特性，論文分析了電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程剛性問(wèn)題柔性化的策略，為后續(xù)研究提供了技術(shù)支持。
　　變量分組是實(shí)施剛性問(wèn)題柔性化的一種可行措施。在以往的仿真方法中，貫徹系統(tǒng)動(dòng)態(tài)計(jì)算全過(guò)程的往往只是一種事先給定的固定變量分組形式，不同變量組別間的步長(zhǎng)比例因子等賦定初值后也不再相機(jī)調(diào)整，此種方式對(duì)不同系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程剛性分布的時(shí)空局部特征的適應(yīng)性明顯不夠，制約了相應(yīng)算法的計(jì)算效率。針對(duì)此現(xiàn)狀，本文提出了一

5、種綜合自適應(yīng)柔性分組和具有自校正積分措施的變量組協(xié)調(diào)策略的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程柔性化仿真方法。方法由局部截?cái)嗾`差自適應(yīng)地劃分變量組別、調(diào)整相對(duì)步長(zhǎng)因子和最小積分步長(zhǎng)，以達(dá)到自適應(yīng)柔性分組的目的，并在慢變組步長(zhǎng)時(shí)點(diǎn)處進(jìn)行校正式積分，以提高計(jì)算精度。算例分析表明，所提出的方法，在保證計(jì)算精度的前提下，可顯著提高計(jì)算效率。
　　電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程中的許多變量，在系統(tǒng)擾動(dòng)對(duì)其影響衰減到一定程度后，進(jìn)一步變化的幅度、特別是包絡(luò)值或包絡(luò)中心值進(jìn)一步

6、變化的幅度將變得十分微小。此時(shí)，如果忽略這種微小變化，并使其自動(dòng)退出積分計(jì)算，則對(duì)系統(tǒng)后續(xù)積分精度的影響不會(huì)超出工程允許的范圍，且可以明顯提高后續(xù)計(jì)算的效率；如果將這些變量繼續(xù)保留參與分組和積分運(yùn)算，則會(huì)明顯制約積分步長(zhǎng)的放大并影響計(jì)算效率的進(jìn)一步提高。針對(duì)此問(wèn)題，本文提出了一種變量適時(shí)退出機(jī)制，并形成了一種綜合變量分組和退出策略的柔性化仿真方法。仿真算例結(jié)果表明，融合變量退出機(jī)制的柔性仿真方法，可以在保證計(jì)算精度的前提下，進(jìn)一步提高計(jì)

7、算效率。
　　目前，尚缺乏比較成熟的方法和計(jì)算程序?qū)Υ笮碗娏ο到y(tǒng)長(zhǎng)動(dòng)態(tài)過(guò)程行為進(jìn)行高效計(jì)算，特別是大規(guī)模風(fēng)電系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行，更加速了對(duì)相關(guān)仿真方法和計(jì)算程序需求的迫切性。針對(duì)此現(xiàn)狀，本文最后結(jié)合異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)和雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型，將柔性仿真方法應(yīng)用于包含風(fēng)電系統(tǒng)的大型電力系統(tǒng)長(zhǎng)動(dòng)態(tài)過(guò)程仿真，并針對(duì)不同風(fēng)速變化模式和系統(tǒng)運(yùn)行工況，對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)后的頻率、電壓等動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行分析。算例結(jié)果表明，論文提出的柔性仿真方法能夠適應(yīng)包含風(fēng)電