大区电网实测负荷建模及仿真验证的研究

论文摘要

由于受到安全运行的限制,一般要通过模拟系统来研究电力系统的动态特性。因此,电力系统仿真的可信程度直接关系到系统的运行、规划、设计等方面。为使仿真可信,就必须保证仿真中使用的模型和参数有效,这需要通过系统发生扰动后现场记录的实测数据与后验仿真结果相比较,进而对模型和参数进行验证并校核。而电力系统是高维强非线性系统,且实际系统中网络结构复杂、元件众多等情况,使后验仿真的准确与否以及模型和参数的有效性验证、校核等至今仍是十分困难的工作。在长期负荷建模经验的基础上,本论文充分利用某电网的扰动数据,首次提出了应用于大区电网的实测负荷建模的聚类准则和概念,同时提出了其他实用方法,从变电站角度和电网角度两个方面对实测负荷建模的有效性和泛化能力进行了验证。为量化仿真误差,本论文根据电力系统的时域和频域的特点,基于相似理论、层次分析法等方法,提出了适用于电力系统的分时分段的仿真误差指标评价体系,依此评价仿真的准确度、衡量模型和参数的有效性。当仿真结果与实测数据不一致时,本论文利用基于变阻抗法的混合动态仿真,提出了将电力系统分层次、分区域、分元件进行解耦的思路及方法,缩小寻找仿真误差的空间,实现误差定位。电力系统元件可有多种模型和参数表示,而实测响应对模型中各参数的灵敏程度却不同。因此,在实现了仿真误差定位后,本论文利用轨迹灵敏度法分析了实测数据对综合负荷模型和发电机模型参数的灵敏度,进而探讨了参数的可辨识性以及根据参数的灵敏程度进行校核等问题。上述的模型和参数有效性验证及校核等工作是利用确定性方法进行分析的。实际上,由于模型的近似表示和算法上的近似处理等,电力系统中还存在着大量的不确定性。而传统的不确定性分析方法存在仿真次数多、时间长等缺点,很难应用于电力系统动态仿真的不确定性分析中。为此,本文首次将概率分配法和随机响应面法应用于综合负荷模型参数的不确定性分析中,定量估计了系统响应的统计信息,并分析了模型结构和参数的变化对系统响应的影响;提出了根据参数的不确定度寻找影响系统稳定的关键参数和关键节点的构想,从而缩小仿真验证的范围。综上所述,提高后验仿真的准确度从而使得模型和参数有效最终是为了提高电力系统仿真的可信度。而本论文遵循着建模-误差评价-误差溯源-模型和参数校核-不确定性分析的步骤,分别提出了适用于大区电网的相应解决思路和方法。仿真算例和实际系统算例分析验证了上述思路的正确和方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 电力系统模型与仿真验证的重要意义
• 1.2 仿真验证与负荷建模的国内外研究发展和现状
• 1.2.1 国内外仿真验证的研究概述
• 1.2.2 国内外负荷建模研究进展
• 1.2.3 电力系统模型与仿真验证研究概述
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第二章 大区电网的实测负荷建模
• 2.1 引言
• 2.2 基于实测的综合负荷模型简介
• 2.3 大区电网实测负荷建模的实用方法
• 2.3.1 负荷聚类的方法和准则
• 2.3.2 负荷模型参数库的建立
• 2.4 实测负荷建模的有效性验证
• 2.4.1 变电站角度的验证
• 2.4.2 电网角度的验证
• 2.5 本章小结
• 第三章 动态仿真验证的误差指标体系
• 3.1 引言
• 3.2 基于相似理论的误差指标
• 3.2.1 相似度基本原理
• 3.2.2 电力系统动态稳定特性
• 3.2.3 幅值相似度
• 3.2.4 频率相似度
• 3.2.5 阻尼相似度
• 3.2.6 算例分析
• 3.3 数值型误差指标
• 3.4 实测负荷模型的有效性验证
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于混合动态仿真的电力系统仿真验证
• 4.1 引言
• 4.2 混合动态仿真基本原理及实现
• 4.2.1 基本思想
• 4.2.2 工程实现的基本途径
• 4.3 分区域的混合动态仿真验证
• 4.4 大区电网的仿真误差回溯及模型校验
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于轨迹灵敏度法的模型参数校核
• 5.1 引言
• 5.2 轨迹灵敏度法原理
• 5.3 综合负荷模型中电动机参数的灵敏度分析
• 5.3.1 电动机模型参数的轨迹灵敏度推导
• 5.3.2 算例分析
• 5.4 大区电网的模型参数的校核
• 5.5 本章小结
• 第六章 模型结构和参数的不确定性分析
• 6.1 引言
• 6.2 基于概率分配法的不确定性分析
• 6.2.1 概率分配法基本原理
• 6.2.2 概率分配法的适用性分析
• 6.2.3 概率分配法在动态仿真中的应用
• 6.3 基于随机响应面法的不确定性分析
• 6.3.1 随机响应面法基本原理
• 6.3.2 随机响应面法的有效性分析
• 6.3.3 电力系统动态仿真的不确定性分析
• 6.4 大区电网中负荷模型参数的不确定性分析
• 6.4.1 负荷模型结构的不确定性分析
• 6.4.2 实测负荷模型参数的有效性验证
• 6.4.3 临界运行状态下的不确定性分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论及展望
• 7.1 论文的主要研究成果
• 7.2 论文工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 附录1 IEEE3机9节点系统
• 附录2 IEEE10机39节点系统
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 攻读博士学位期间参加的科研工作