小干扰稳定分析软件包SSAP的完善和在交直流并行输电系统中的应用

论文摘要

现代电力系统正朝着大规模、甚至超大规模互联电力系统发展,小干扰稳定问题已成为危及电网安全运行、制约电网传输能力的主要因素之一。为了更好地研究大型电力系统的特性,快速、准确地对系统的稳定性进行分析,上海交通大学开发了小干扰稳定分析软件包Small Signal Stability Analysis Package(SSAP)。本文从大型互联系统小干扰稳定分析的实际需要出发,结合SSAP软件包,从特征向量计算方法、区域特征值搜索策略、特征值辨识和高压直流(HVDC)准稳态模型的验证这四个方面对软件包进行了改进和完善,并应用SSAP对南方电网多种运行方式进行了小干扰稳定分析。主要工作和成果如下:(1)对小干扰稳定分析中稀疏特征向量的计算方法作了研究。推导了适合于增广状态矩阵的稀疏逆迭代法,详细诠释了稀疏逆迭代法的实现,替代了稀疏牛顿法。通过算例比较了两种算法的性能,结论如下:稀疏逆迭代法具有“一次收敛”的性质,在计算效率、收敛速度上均优于稀疏牛顿法。(2)提出了一种基于用户自定义搜索阻尼比的区域特征值搜索策略。该搜索策略解决了参数设置不当引起的计算不全,强化了附加搜索策略。通过对新、旧策略搜索效果的比较,结果表明:新策略在绝对搜索区域的范围和计算可靠性上明显优于原策略。首次系统性地研究和总结了特征值辨识,解释了稀疏特征值计算中增根产生的原因,分析了具体的增根情况,提出相应的判别准则。(3)验证了SSAP中所建立的HVDC小扰动准稳态模型的准确性。采用EMTDC和MATLAB的时域仿真,对HVDC线性化准稳态模型用于低频小扰动分析的结果进行详细验证。通过和加拿大PowerTech公司开发的SSAT软件对大型电力系统计算结果的比对,对准稳态模型做了进一步验证。验证结果均表明:SSAP中所实现的HVDC准稳态模型是准确可靠的。(4)利用SSAP软件包对2010年南方电网多种运行方式进行了小干扰稳定分析。通过加入直流双侧频率调制、功率调制和熄弧角调制来抑制区间低频振荡。特征值计算结果表明:利用直流快速的调制功能可以有效提高交直流并行输电系统的阻尼,抑制区间低频振荡。从直流系统模型、直流系统输送容量、直流调制和小水电机组建模四个方面总结了南方电网小干扰稳定分析的影响因素。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 电力系统小干扰稳定问题
• 1.3 电力系统小干扰稳定分析软件现状
• 1.4 交直流小干扰稳定分析软件包SSAP 简介
• 1.4.1 SSAP 软件包的主要功能
• 1.4.2 SSAP 软件包的系统结构
• 1.4.3 UCM 模型连接算法
• 1.4.4 SSAP 软件包面临的改进问题
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 小干扰稳定分析中稀疏特征向量计算方法的研究
• 2.1 引言
• 2.2 稀疏逆迭代法
• 2.2.1 增广状态矩阵稀疏性和增广特征向量
• 2.2.2 逆迭代法
• 2.2.3 适合于增广状态矩阵的稀疏逆迭代法
• 2.2.4 稀疏逆迭代法实现过程中的几点说明
• 2.3 稀疏逆迭代法的性能研究
• 2.3.1 稀疏牛顿法
• 2.3.2 计算效果比较
• 2.3.3 收敛性比较
• 2.4 小结
• 第三章 区域特征值搜索策略的改进和特征值辨识的研究
• 3.1 引言
• 3.2 区域特征值搜索策略的改进
• 3.2.1 测试算例描述
• 3.2.2 原区域特征值搜索策略
• 3.2.3 基于用户自定义搜索阻尼比的区域特征值搜索策略
• 3.2.4 两种区域特征值搜索策略的搜索效果比较
• 3.3 特征值辨识的研究
• 3.4 小结
• 第四章 小干扰稳定分析软件包SSAP 的HVDC模型及测试验证
• 4.1 引言
• 4.2 HVDC 小扰动准稳态模型
• 4.2.1 HVDC 系统描述和直流量标幺系统
• 4.2.2 直流换流器方程
• 4.2.3 直流线路方程
• 4.2.4 直流控制器方程
• 4.2.5 完整的HVDC 准稳态模型方程
• 4.2.6 HVDC 调制模型
• 4.3 HVDC 小扰动准稳态模型的测试验证
• 4.3.1 CIGRE 标准模型测试验证
• 4.3.2 与SSAT 软件计算结果的比较验证
• 4.4 小结
• 第五章 南方电网小干扰稳定分析及直流调制抑制区间低频振荡的研究
• 5.1 引言
• 5.2 南方电网小干扰稳定计算分析
• 5.2.1 2010 丰大运行方式下的小干扰稳定分析
• 5.2.2 南方电网2010 年小干扰稳定问题的总体分析
• 5.3 直流调制对区间低频振荡的抑制作用
• 5.3.1 直流双侧频率调制
• 5.3.2 直流功率调制和直流熄弧角调制
• 5.4 南方电网小干扰稳定分析的影响因素总结
• 5.4.1 直流系统模型对小干扰稳定分析的影响
• 5.4.2 直流系统输送容量对小干扰稳定分析的影响
• 5.4.3 直流调制对小干扰稳定分析的影响
• 5.4.4 小水电机组建模对小干扰稳定分析的影响
• 5.5 小结
• 第六章 总结
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表或录用的论文