电解铝负荷建模及对电压稳定影响研究

作     者：孙震龙 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：徐衍会;司大军

授予年度：2023年

学科分类：080603[工学-有色金属冶金] 080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0806[工学-冶金工程] 

主      题：电解铝负荷 负荷建模 参数辨识 电压稳定 

摘      要：电力系统数字仿真是电网制定规划和运行策略的基础,负荷模型的选择对仿真结果影响显著,不准确的负荷模型会导致计算结果与实际严重不符,致使电力系统运行中存在潜在风险或在规划阶段造成资源浪费。近年来,随着云南省水电铝产业迅猛发展,电解铝负荷用电占比已达全省总量的20%。考虑到云南电网作为异步联网的送端,网架结构相对复杂,加之电解铝负荷大规模集中接入,其负荷特性与区域电网的电压稳定问题联系日益紧密。若负荷模型不能准确描述其用电特性,将导致电网运行的安全性及供电可靠性大幅降低。针对上述问题,本文主要从电解铝负荷特性及数学模型、参数辨识算法及方案、电解铝负荷模型对电压稳定的影响这几个方面开展研究:(1)对于电解铝的负荷特性及数学模型,本文从用电机理入手,分析了电解铝生产采用的供电回路及恒电流控制系统原理并建立各元件的等值电路。推导了电解铝动态负荷数学模型并结合电网实测数据进行验证。考虑其在仿真软件中的应用场景,对动态模型加以简化与改进,提出了电解铝实用负荷模型,为参数辨识和大电网仿真工作提供了模型结构基础。(2)对于电解铝负荷模型的参数辨识工作,本文提出采用基于NSGA-Ⅱ算法的双目标优化方法以分别获取有功、无功最优参数;针对辨识工作中由负荷时变性及实测数据不足引发的模型参数一致性问题,提出了多曲线拟合原理下的单点化和统一化辨识方案。对实测数据进行预处理后开展基于实用负荷模型的参数辨识工作,构建了用于大电网仿真的电解铝负荷模型参数。(3)在电解铝负荷模型对电压稳定的影响研究中,本文分析了负荷模型的静态、动态部分对电压稳定的影响机理并结合IEEE-9节点算例加以验证。基于实际工程背景下云南电网的网架结构及典型运行方式,应用PSD-BPA软件从静态、暂态两方面开展仿真研究,分析了电解铝实用负荷模型与云南电网经验模型对电网电压稳定影响上的差异。结果指出,本文提出的实用负荷模型及参数有利于提高区域电网的电压稳定裕度,在暂态过程中的电压稳定水平较高。