基于分布式流体网络的电力系统机电扰动传播研究

作     者：马宁宁 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王德林

授予年度：2013年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：电力系统 机电扰动传播 分布式流体网络 解析解 暂态过程 DFIG PSS/E仿真 

摘      要：大区域电网互联已成为世界各国电网的发展趋势,区域电网互联在提高系统经济运行的同时,使系统遭受各种扰动的概率也逐步上升。正常运行的电力系统遭受扰动后,发电机的机械功率和电磁功率之间失去平衡,从而使发电机进入一个动态过程。借助基于全球定位系统的同步相量测量装置,人们观察到电网中不同位置的发电机转子角度变化并不同步,而是呈现出一个动态的传播过程。机电扰动在电力系统中以波的形式传播,还可能会引起电力系统发生其它故障,而且故障也有可能呈现出连锁反应的演化过程,最后导致电力系统失去稳定。另一方面,近年来随着风电装机容量的增加,风力发电机输出功率的间歇性和随机性对电网稳定性的影响也日趋严重,因此,需要准确把握风速变化引起的机电扰动在电力系统中的传播特性和深入研究机电扰动的抑制措施。 论文首先分析了机电扰动在电力系统中传播的研究现状,以及采用连续体模型研究机电动态的发展过程。基于流体管道网络时域建模的思想,提出了一种新的研究电力系统机电扰动传播的仿真模型。该模型能够反映电力系统的拓扑结构,合理地考虑发电机的内电抗。将该模型应用于5台发电机组成的仿真系统,并与PSS/E仿真结果对比,证明了电力系统分布式流体网络模型的正确性及发电机内电抗对机电扰动传播影响的显著性。接着,从描述机电扰动传播的基本方程出发,通过解析解的形式研究了机电扰动传播的暂态过程。当初始扰动为阶跃函数形式时,机电扰动在传播过程中是由一系列经过一定延迟的阶梯波线性叠加而成,并且经历暂态过程后,逐渐趋于稳态值。此外,论文在包含双馈异步发电机(DFIG)的电力系统中研究了机电扰动的传播特性,借助仿真软件PSS/E,自定义了适用于机电动态分析的空气动力模型和风速模型,分析了以风速变化作为初始扰动时,DFIG对机电扰动传播的影响。仿真结果表明,由于DFIG采用解耦控制策略,机电扰动在传播过程的时间特性受到DFIG影响很小,但是使扰动幅值变大。接入DFIG的母线电压相角变化速度比接入普通发电机的母线电压相角变化速度快,可能会给系统带来严重的后果。 电力系统分布式流体网络模型是研究机电扰动传播的一种新的思路和方法。通过解析解的形式分析影响机电扰动传播的因素,更能洞悉电力系统机电动态的本质,为抑制机电扰动的传播提供一定的参考。研究机电扰动在含风力发电机的电力系统中的传播,为分析风电机组对电网的冲击特性具有一定的理论价值。