分布式小水电对受端电网运行稳定性的影响本科毕业论文(编辑修改稿)

分布式小水电对受端电网运行稳定性的影响本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

综合负荷模型，它是包括 110kV 及以下配电网络在内的综合负荷等效描述。 在小水电分布式电源分散地接入配网侧的情况下，大量分布式电源成为电力系统配网侧综合负荷的重要组成部分，从而使原本就十分复杂的综合负 荷特性的复杂程度大大增加。 分布式发电技术的逐步推广 而带来的 分布式电源容量的不断增大，无疑将使这种影响成为决定配网侧综合负荷特性的重要因素。 因此，如何准确描述分布式电源接入后的配网侧综合负荷特性成为电力系统综合负荷建模面临的新的挑战。 基于上述背景，本项目将 深入研究含有大量特性各异、分布广泛、容量比例逐步增加的分布式 小水电 电源之配网侧综合负荷的建模原理、方法和技术，建立考虑 小水电 分布式电源影响的 “ 广义综合负荷模型 ”； 深入研究分布式 小水电 电源接入配网后暂态（功角、电压）稳定性及其规律性。 通过上述研究，为考虑分布 式小水电影响的电网仿真计算、受端配电网络规划提供模型以及理论方法与技术支持。 因此，本项目的研究 具有重要理论与实际意义，其成果具有广阔的推广应用前景。 本文的主要工作和章节安排 本文的主要工作 (1)实际调查了湖南电网及其小水电分布式电源发展现状； (2)提出了一种小水电集群的集结等效方法； (3)提出了含分布式小水电的配电网综合负荷等效建模方法； (4)根据实际调查确定了模型参数，并通过仿真分析验证其有效性和适用性； (5)采用 5种模型 （不同符合模型和网络的组合） 的对比仿真，系统分析了小水电模型对 湖南主 网暂 态稳定性的影响。 本文的章节安排 以下为 本文 各章节的简要概述 ： 第一章 引言 ， 主要介绍本论文的课题背景，研究的意义和本文所做的工作。 武汉大学东湖分校本科毕业论文 4 第二章 考虑小水电影响的配网综合负荷建模 ， 说明了构建小水电分布式电源模型的研究意义和必要性，介绍了国内外研究现状 ；以莲塘变配电网为例， 提出了一种小水电 集群的集结等效方法和含分布式小水电的配电网综合负荷等效建模方法，据实际调查数据 确定了小水电集群集结等效模型的参数；经仿真反演验证了上述等效建模方法的有效性和模型的正确性。 第三章 考虑分布式电源综合负荷模型对电网暂态稳定性影响分 析 ， 在常规主网仿真网络的基础上衍生出含湘南郴州配网、含全网小水电等效模型的仿真网络等五种仿真计算模型，从不同季节运行方式和不同负荷水平，对湖南电网各地区稳定水平进行了全面校核，特别是对湘南地区的稳定水平及最小开机方式进行分析研究；与基于当前正在使用的负荷模型的电网稳定计算分析结果进行比较。 第四章 结语 ， 指出本课题研究的成果或观点，对其应用价值加以预测和评价，并指出今后进一步在本研究方向进行研究工作的展望与设想。 武汉大学东湖分校本科毕业论文 5 第二章 考虑小水电影响的配网综合负荷建模 小水电分布式电源模型研究综述 研究意义 小水电属于分布式电 源，研究分布式小水电对电网安全运行的影响的基本手段是电力系统仿真。 电力系统仿真计算不但是电力系统动态分析与安全控制的基本工具，也是电力生产部门用于指导电网运行的基本依据。 电力系统建模是仿真计算的基础，如果模型不够准确，在临界情况下有可能改变定性结论，或者掩盖一些重要现象。 国际上近年来发生的一系列停电事故，比如美国与加拿大 20xx 年的“ ”事故、欧盟20xx 年的“ ”事故等，事故分析报告中都指出由于所采用的模型缺乏准确性，难以再现事故特性。 著名的案例是 WSCC 对 1996 年“ ”事故的仿真，一 开始电力负荷采用静态模型，仿真结果是稳定的，不能再现事故时出现的增幅振荡。 而后通过修改电力系统模型和参数，特别是将电力负荷采用电动机加静态模型，才能够再现事故时的增幅振荡现象。 不恰当的模型会使得计算结果与实际情况不一致，或偏乐观，或偏保守，从而构成系统的潜在危险或造成不必要的投资。 当缺乏准确模型时，人们常常试图采用所谓的“保守”模型，即模型计算出来的安全指标（如输送功率极限）比实际电力系统情况要低。 这种做法对现代大型电力系统往往是不妥的。 因为模型对大规模电力系统的正负影响事先难以确定，在某种情况下是“保守 ”的但在另一种情况下却是“冒进”的。 我国电力生产部门采用传统的电力系统仿真模型指导电力生产时，已经发现互联电网的稳定水平达不到预期目标，造成电能传输阻塞，通过修改电力系统模型和参数有时能够提高传输功率极限达 25%左右。 所以建立合适的电力系统模型，能够提高传输能力，或者消除安全隐患，具有显著的经济和社会效益。 含小水电分布式电源综合建模研究的必要性 在研究一个大型区域电网时，由于网络结构复杂，电网电压等级跨度大，节点数众多，若要对所有的网络节点和元件进行详细仿真，其计算量会非常大，因此我们在对主网进行仿真时往 往需要将低电压等级的网络和元件进行等效，而电网仿真所需负荷模型一般是主网之 220kV 变电站的 110kV 或 220kV 母线的综合负荷模型，它是包武汉大学东湖分校本科毕业论文 6 括 110kV 及以下配电网络在内的综合负荷的等效描述。 而分布式电源通常是通过110kV 及以下的网络上网的，为了深入研究低压配电网中广泛接入的分布式电源对电网的影响，有必要在对这些分布式电源的并网运行外特性进行分析的基础上，构建能满足适合主网仿真需要的等值模型。 研究动态 一、分布式电源建模方面 小水电建模方面，由于小水电采用的机组绝大多数是同步发电机，电源技术非常成熟，理 论研究也对小水电电源特性研究得也比较透彻 [13]。 二、含分布式电源配网综合负荷建模方面 含分布式小水电配网综合建模方面，由于小水电发展趋于饱和，以往对小水电的重视程度不够，因此对于小水电配网综合建模的具体实用方法提得不多，但以往用于主网机组参数确定和简化的方法可以值得借鉴 [46]。 在一般性的含分布式电源配网综合负荷建模方面，就模型结构来看，目前已有一些文献就含分布式电源配网综合负荷建模方面进行了相关研究。 文献 [7]在简单仿真网络中运用总体测辨的建模方法从参数辨识拟合效果的角度分析了分布式电源接入容量 对传统负荷模型适用性的影响。 文献 [811]分析了在分布式电源接入情况下，不同负荷模型结构各自的优缺点和适用场合。 就综合等效模型参数确定方法来看，最常用的是统计综合法和总体测辨建模法。 在这些研究中并没有就具体的分布式电源的等效特性做出解释和说明，由于分布式电源的特性各异，研究结果的准确性和适用性都有待检验。 因此为评估这些具体的分布式电源并网对系统的影响，构建含小水电的配网侧综合负荷模型并获取相应模型参数成为研究人员亟需解决的重要课题之一。 小水电综合等效建模及含小水电的配网综合负荷等效建模 小水电机组特点 及其等效建模思路 小水电机组特点 小水电数目众多，接入方式多种多样，为了更加系统和规范地去研究小水电，在对小水电这种分布式电源建模之前，有必要对小水电的特点做出说明。 以小水电丰富武汉大学东湖分校本科毕业论文 7 的郴州地区为例，通过对资兴、桂阳两地电网的小水电进行调查，发现小水电具有以下特点： （ 1）小水电站采用的机组类型比较集中，小水电站发电机机组采用的绝大多数是凸极同步发电机，少数采用异步发电机。 （ 2）小水电站装机容量分布比较广，单机容量从几十千瓦到几十兆瓦不等。 （ 3）小水电站一般为径流式水电站，没有库容，调节能力很弱，在丰水期满发 、在枯水期少发或停机不发，出力受季节性影响很大。 含小水电配网综合等效建模思路 在小水电分散区域，在变电容量允许的情况下，一般直接通过附近的配电网络上网发电，在小水电集中的区域，则是通过专变升压后送入主网。 另外受小水电所在区域地理环境、流域、库容以及电网网架结构的影响，小水电并网发电所接入的配电网络层面会有所不同，上网点的电网电压等级可以从 10kV、 35kV 到 110kV 不等，其接入的方式如图 所示。 3 5 / 1 0 k V2 2 0 k V 1 1 0 k V1 1 0 / 3 5 k V10/0.4kV110/10kV10/0.4kV1 0 / 0 . 4 k V系 统 网 络1 1 0 k V小 水 电小 水 电小 水 电 图 小水电各个电压等级接入示意图 由图 可以看出，同一个节点既可能是负荷接入点，又可能是小水电并网点，分布式小水电和负荷是交织在一起的，因此本研究提出按照电压等级分层等效的原则来对我们的含分布式小水电的综合负荷模型结构和参数进行分析。 按照电压等级分层武汉大学东湖分校本科毕业论文 8 对小水电集群进行等效的具体思路和方法说明 见附录 A。 对小水电集群进行等效后， 整个含分布式小水电的综合等效负荷模型结构 如图 所示， 由三个部分组成：等值小水电、传统负荷、网络等值阻抗，其中等值小水电是对网内所有小水电机群的一个总体等值。 系 统1 1 0 k V2 2 0 k V等 值 小 水 电传 统 负 荷等 值 阻 抗 图 综合等效负荷模型结构 分布式小水电的综合等效建模 基本原理和方法 由于小水电数量多、地理位置分布广、容量大小不一、运行方式具有类似的季节性等特点，本课题采用统计综合和仿真反演检验相结合的方法来对小水电机群的综合等效进行研究，其流程图如图 所示。 等 值 小 水 电 模 型 结 构基 于 统 计 综 合 法 的 模 型 参 数 确 定模 型 有 效 性 和 适 应 性 检 验满 足 应 用 要 求模 型 参 数 调 整N应 用Y 图 综合模型等效研究流程图 （ 1）首先确定等值小水电发电机组的模型结构； 武汉大学东湖分校本科毕业论文 9 （ 2）在确定模型结构的基础上寻找模型参数的确定方法； （ 3）检验模型的有效性； （ 4）调整模型参数最终满足模型 应用要求。 以下几个小节将分别对上述的操作步骤和方法进行详细原理说明。 等值小水电机组模型结构的研究 对于等值小水电发电机组，通过上述章节中所述的小水电机组的特点，本研究对单个小水电机组的描述采用传统凸极同步发电机模型来进行等效。 针对凸极机的特点，加之小水电发电机结构简单，忽略阻尼绕组动态特性，进而小水电机组可以用三阶微分模型进行等效描述，方程如式 （ ） 所示。 000[ ( ) ( 1 ) ]( ( ) ) ( ) 2( 1 ) 2qd fd q d d d G qTJ q q d q d qdET E E x x I K EdtPdT E I x x I I D fdtd fdt                    （ ） 式中： xd、 x′d、 xq分别为发电机 d 轴同步电抗、 d 轴暂态电抗、 q 轴同步电 抗； T′d0、 TJ分别为 d 轴励磁绕组定子开路时间常数、转子惯性时间常数； E′q、 ω、 δ分别为 q 轴暂态电势、转速、转子位置角； Efd 为励磁绕组在定子绕组产生的电势； D 为阻尼系数； KG为饱和系数；  为中心角频率； PT为原动机输入功率。 励磁调节器用来维持端电压的恒定，小水电采用的励磁系统相比大型水电机组而言比较简单，为简化起见，对励磁系统采用比例反馈模型，其输入输出特性可用公式（ ）来表示。 00()fd f vE E K V V   （ ） 调速器用来维持输出功率的恒定，由于小水电调速器的时间常数比较大，在暂态过程中，可以近似忽略其动态特性。 等值小水电机组模型参数的确定 在电力系统的动态等值方法中，基于发电机的同调等值法是最基本的一种，而在武汉大学东湖分校本科毕业论文 10 同调等值法的相关发电机群参数聚合中常用的是频域聚合法，但是聚合算法复杂，对于大系统等值时间长，针对配电网络结构复杂的特点，本研究采用加权聚合的方法对发电机集群参数进行聚合。 如式（ ）所示 ， G 表示待聚合的发电机集群集合； Sj表示第 j 台机组的容量； Xj表示待聚合机组的参数。 对于发电机的励磁系统也 采用式（ ）进行参数聚合。 jjjGGjjGSXX S （ ） 等值模型的验证 为了检验上述聚合方法的有效性，这里采取逐级等效验证的方法来进行对比分析。 首先是对合兴电站的两台机组进行分析，如图 所示为合兴电站两台机组等效示意图，利用 PSASP 仿真软件分别对原系统和加权等值后的系统进行暂态稳定仿真，在上网馈线距离 2080 母线 50%的位置处发生相同程度的三相短路故障，故障发生时间为 2~，持续时间为。 为了比较等效前后机组对系统暂态稳定影响，我们主要进行两个 方面的分析：摇摆曲线分析和功率外特性分析。 1 0 / 6 . 3 k V合 兴 2 1 0 / 6 . 3 k V合 兴 1 系 统 网 络1 1 0 k V3 5 k V3 5 / 1 0 k V其 它1 0 k V线 路1 0 / 6 . 3 k V其 它1 0 k V线 路等效合 兴2 0 8 0 2。