快速暂态稳定计算方法研究

论文摘要

随着大规模交直流联合运行电力系统的形成,电网的结构和运行方式日趋复杂,为了保证在扰动或故障后的控制措施能够维持系统稳定,对电力系统暂态稳定分析速度提出了更高的要求。暂态稳定性的快速准确评估,对于电力系统的安全稳定运行具有重要的意义。数值积分法作为求解暂态稳定问题最可靠和应用最广泛的方法,其主要缺点是计算速度过慢,提高时域仿真速度是当前的研究难点,深入研究电力系统暂态稳定快速计算方法以提高时域仿真速度是本论文的主要研究内容。本文首先介绍了各种已有的暂态稳定计算方法,阐述了各种方法的特点及其存在的问题。根据暂态稳定计算解网络方程的特性,提出了基于发电机参数等值的快速暂态稳定计算方法。该方法在高阶模型中通过阻尼绕组的等效,在保证参数等式x″q=x″d成立的条件下,再采用粒子群算法优化其它与q轴相关的参数,从而在不迭代计算网络方程时,使得基于等值后参数快速计算出的发电机功角能够以足够的精度逼近原始发电机功角。单机无穷大系统仿真算例证明,优化得到的发电机参数具有较强的适应性,能应用于不同运行方式中。考虑了感应电动机负荷模型后,在无需迭代直接解网络方程时,IEEE-39节点系统算例也证明,单机无穷大系统中通过粒子群算法优化得到的等值参数,可以移植到多机系统中使用,即使在改变预想事故和调整运行方式的条件下,参数等值前后的发电机功角差别仍然很小,能有效的判定系统稳定与否,发电机参数仍然具有良好的适应性。文中还详细分析了各种解网络方程方法的差别,对采用不同积分步长、不同方法得到的暂态功角结果进行了具体的比较和说明,以证明本文提出的直接解网络方程方法的准确性和有效性,该方法能够大量减少暂态计算负担。此外,在每个迭代积分步对发电机功角初始值进行预测后,则能够进一步减少功角迭代次数和解网络方程次数,因此文中将基于神经网络的功角预测技术应用于暂态稳定快速计算。算例仿真证明,结合了发电机参数等值和功角初值预测技术的快速暂态稳定计算方法,在不同的系统运行方式下,都能显著减少解网络方程次数,判定系统所处的稳定状态。算法具有计算精度高和收敛性良好的特点,功角预测技术和参数等值方法有望应用于不同规模的系统中。最后,本文进行了总结,并指出了未来的研究发展方向和需要进一步继续的工作。

论文目录

• 独创性声明
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 暂态稳定计算方法及其应用
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 单机无穷大系统下的发电机等值模型
• 2.1 概述
• 2.2 系统暂态稳定数学模型
• 2.3 发电机参数等值原理
• 2.4 优化算法
• 2.4.1 粒子群优化算法
• 2.4.2 优化变量和目标函数
• 2.5 算例仿真分析
• 2.5.1 仿真条件和等值参数结果
• 2.5.2 参数等值前后的仿真结果
• 2.5.3 修改运行方式后仿真结果
• 2.5.4 仿真结果讨论
• 2.6 本章小结
• 第三章 多机系统下的发电机等值模型适应性
• 3.1 EPRI-36节点系统仿真
• 3.1.1 仿真条件和参数等值结果
• 3.1.2 不同故障下的仿真结果
• 3.1.3 仿真结果讨论
• 3.2 IEEE-39节点系统仿真
• 3.2.1 仿真条件和参数等值结果
• 3.2.2 不同故障和运行方式下的仿真结果
• 3.2.3 仿真结果讨论
• 3.3 本章小结
• 第四章 不同解网络方程方法的结果比较
• 4.1 网络方程与微分方程的形式
• 4.1.1 网络方程形式
• 4.1.2 微分方程形式
• 4.2 解微分代数方程组的一般步骤
• 4.3 不同解网络方程算法及其比较
• 4.3.1 解网络方程算法
• 4.3.2 结果比较
• 4.3.3 结果讨论
• 第五章 基于神经网络的发电机功角预测
• 5.1 功角预测原理
• 5.2 ANN技术原理
• 5.3 算例仿真分析
• 5.3.1 仿真条件和参数等值结果
• 5.3.2 仿真结果
• 5.3.3 仿真结果讨论
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 附录
• A 同步发电机的数学模型
• B 发电机励磁调节系统的数学模型
• C 感应电动机负荷的数学模型
• 作者简历