面向过程测量数据的暂态稳定算法研究

论文摘要

暂态稳定分析与控制是电力系统运行中的重要问题之一,目前在这方面已经进行了较为深入的研究,并且取得了丰硕的研究成果。但是,近年来的事故记录表明,传统基于时间断面和系统模型的暂态稳定分析方法存在着较大误差,导致控制措施难以适应现代电力系统。广域测量系统(WAMS)在电力系统中的发展和应用,为电力系统分析与控制提供了新的技术支持。本文正是在这种条件下,提出了一种利用WAMS过程测量数据进行快速暂态稳定分析与控制的方法。该方法不仅体现了“基于测量,面向过程”的电力系统计算思想,而且对于提高暂态稳定计算的准确性与适应性具有重要意义。本文首先从分析基于时间断面和系统模型算法的误差入手,借助于矩阵分析理论,研究了传统电力系统计算方法中存在的误差来源以及它们对计算结果的影响。根据对计算的不同需求,本文将电力系统计算划分为面向短期目标的实时计算、面向中期目标的离线计算和面向长期目标的规划计算,并指出了各种计算对测量、模型以及算法的依赖性。其中,实时计算应该更多地依赖测量,离线计算应该更多地依赖模型,而规划计算则应更多地依赖算法。在研究如何利用WAMS过程数据进行快速暂态稳定分析之前,本文探讨了WAMS构建与PMU配置问题。分析了构建WAMS可能遇到的诸如通信、存储、管理、应用等技术难点;探讨了电力系统运行控制对WAMS的应用需求;得出了在当前经济技术水平下,构建WAMS应该考虑与现有SCADA系统互为补充的结论。讨论了在WAMS,SCADA互补系统中的PMU配置以及数据处理方法。传统暂态稳定分析方法是从故障前稳定平衡点开始的,然而实际系统总是处在或大或小的扰动之中,因此,这种分析方法不能准确地表现系统真实的运行情况。针对这种现状,本文提出了一种基于WAMS过程数据的快速暂态稳定预估方法。该方法利用故障前系统实际的WAMS过程测量数据,通过数值处理方法获得系统运行状态的初值和高阶导数,从而利用状态量的高阶Taylor级数展开式对预想故障后的系统状态进行快速预测。由于时间过程不仅是系统动态轨迹的体现,而且还是计算效率的累积,因此,该方法除了能够较好地符合系统实际情况外,还能够获得比常规高阶Taylor级数法暂态稳定快约一个数量级的计算速度。通过误差分析和计算量统计,证明了此方法的正确性和高效性。本文还给出了该方法在采用发电机双轴二阶模型和五阶实用模型时的具体实现步骤。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.2 电力系统常规计算方法研究综述
• 1.2.1 依托于计算机技术的算法研究
• 1.2.2 提高模型适应性和准确性的研究
• 1.2.3 提高算法计算效率的研究
• 1.2.4 其他计算方法研究综述
• 1.3 广域测量监控系统及其应用综述
• 1.3.1 WAMS 构建与PMU 配置问题
• 1.3.2 基于WAMS 的应用问题
• 1.4 电力系统自愈控制体系研究动态
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 基于传统模型的电力系统计算误差分析
• 2.1 引言
• 2.2 电力系统计算误差与误差来源
• 2.3 电力系统稳态计算误差分析
• 2.3.1 误差衡量方法
• 2.3.2 测量误差对计算结果的影响
• 2.3.3 网络结构及参数误差对计算结果的影响
• 2.4 电力系统暂态稳定计算误差分析
• 2.4.1 网络结构对暂态稳定影响
• 2.4.2 负荷大小及分布对暂态稳定影响
• 2.5 算例分析
• 2.5.1 稳态计算误差分析
• 2.5.2 暂态稳定计算误差分析
• 2.6 关于电力系统计算问题的探讨
• 2.7 本章小结
• 第3章 WAMS 构建及其PMU 配置与数据处理方法
• 3.1 引言
• 3.2 PMU 配置问题的由来
• 3.3 PMU 配置的原则与方法
• 3.3.1 PMU 配置的基本原则
• 3.3.2 与SCADA 互补的WAMS 中PMU 的配置方法
• 3.4 与SCADA 互补的WAMS 中数据处理方法
• 3.4.1 信息辐射法
• 3.4.2 曲线拟合法
• 3.5 实例分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于WAMS 过程量测数据的快速暂态稳定预估方法
• 4.1 引言
• 4.2 基于WAMS 过程量测数据的暂态稳定预估方法
• 4.2.1 恒定模型下的预估方法
• 4.2.2 五阶实用模型下的预估方法
• 4.3 误差分析
• 4.3.1 截断误差
• 4.3.2 导数误差
• 4.4 计算量分析
• 4.5 算例分析
• 4.5.1 WSCC3 机9 节点系统算例
• 4.5.2 新英格兰10 机39 节点系统算例
• 4.5.3 黑龙江电网算例
• 4.6 本章小结
• 第5章 基于WAMS 过程测量数据的发电机受扰轨迹预测方法
• 5.1 引言
• 5.2 发电机受扰轨迹预测方法
• 5.3 发电机受扰轨迹预测中的若干问题
• 5.3.1 单步预测与多步预测
• 5.3.2 系统稳定的判别方法
• 5.3.3 其他一些技术细节问题
• 5.4 算例分析
• 5.4.1 单步预测算例
• 5.4.2 多步预测算例
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A
• 攻读博士学位期间所发表的学术论文
• 哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明
• 哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书
• 哈尔滨工业大学博士学位涉密论文管理
• 致谢
• 个人简历