電力系統(tǒng)動態(tài)過程剛性分布特性與柔性化仿真方法研究.pdf

1、電力系統(tǒng)的不斷壯大，在帶來巨大規(guī)模效益的同時，不可避免地造成了電力系統(tǒng)運行復雜度的增加。電力系統(tǒng)發(fā)生級聯(lián)事故的可能性、波及范圍和危害性，會隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷增大而可能得到不同程度的擴大。如何正確高效地仿真電力系統(tǒng)受到擾動后的動態(tài)響應，是可靠掌握系統(tǒng)運行行為、針對安全隱患正確整定保護和控制系統(tǒng)的一項十分重要而基礎(chǔ)性的工作。由于構(gòu)成電力系統(tǒng)的環(huán)節(jié)和系統(tǒng)可能受到的擾動存在多樣性差異，因此，電力系統(tǒng)的動態(tài)過程往往既存在快慢速現(xiàn)象共存、又存在快慢

2、速變量集合構(gòu)成不斷發(fā)生變化的情形，使得電力系統(tǒng)的動態(tài)過程表現(xiàn)出明顯的剛性特征，嚴重制約了電力系統(tǒng)動態(tài)過程仿真的效率。本文通過對電力系統(tǒng)動態(tài)過程剛性分布的時空局部性的分析，研究了如何根據(jù)動態(tài)過程變化情況自適應地劃分系統(tǒng)變量組別以使系統(tǒng)剛性過程得到柔性化的措施。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了電力系統(tǒng)動態(tài)過程柔性化仿真算法，并將其應用于包含風電系統(tǒng)的電力系統(tǒng)長動態(tài)過程仿真。
　　作為電力系統(tǒng)動態(tài)過程剛性問題實施柔性化的理論基礎(chǔ)，論文首先通過對剛性含

3、義的闡述，界定了局部剛性與全局剛性的區(qū)別，并通過對系統(tǒng)動態(tài)過程剛性分布特性的分析，指出：剛性往往具有時間和變量空間上的局部分布特征，即剛性程度一方面會隨著時間而發(fā)生改變，系統(tǒng)可以由較強剛性向著弱剛性甚至柔性轉(zhuǎn)換；另一方面，如果某些時段系統(tǒng)表現(xiàn)出剛性，通常也只是在某些變量集合之間呈現(xiàn)剛性，而集合內(nèi)部的變量之間往往表現(xiàn)出良好的柔性特征。大型電力系統(tǒng)動態(tài)過程、特別是長動態(tài)過程，其剛性分布的時空局部性表現(xiàn)得更為明顯。這種特性為電力系統(tǒng)動態(tài)過程剛

4、性的柔性化提供了前提條件?；趧傂苑植嫉臅r空局部特性，論文分析了電力系統(tǒng)動態(tài)過程剛性問題柔性化的策略，為后續(xù)研究提供了技術(shù)支持。
　　變量分組是實施剛性問題柔性化的一種可行措施。在以往的仿真方法中，貫徹系統(tǒng)動態(tài)計算全過程的往往只是一種事先給定的固定變量分組形式，不同變量組別間的步長比例因子等賦定初值后也不再相機調(diào)整，此種方式對不同系統(tǒng)動態(tài)過程剛性分布的時空局部特征的適應性明顯不夠，制約了相應算法的計算效率。針對此現(xiàn)狀，本文提出了一

5、種綜合自適應柔性分組和具有自校正積分措施的變量組協(xié)調(diào)策略的電力系統(tǒng)動態(tài)過程柔性化仿真方法。方法由局部截斷誤差自適應地劃分變量組別、調(diào)整相對步長因子和最小積分步長，以達到自適應柔性分組的目的，并在慢變組步長時點處進行校正式積分，以提高計算精度。算例分析表明，所提出的方法，在保證計算精度的前提下，可顯著提高計算效率。
　　電力系統(tǒng)動態(tài)過程中的許多變量，在系統(tǒng)擾動對其影響衰減到一定程度后，進一步變化的幅度、特別是包絡(luò)值或包絡(luò)中心值進一步

6、變化的幅度將變得十分微小。此時，如果忽略這種微小變化，并使其自動退出積分計算，則對系統(tǒng)后續(xù)積分精度的影響不會超出工程允許的范圍，且可以明顯提高后續(xù)計算的效率；如果將這些變量繼續(xù)保留參與分組和積分運算，則會明顯制約積分步長的放大并影響計算效率的進一步提高。針對此問題，本文提出了一種變量適時退出機制，并形成了一種綜合變量分組和退出策略的柔性化仿真方法。仿真算例結(jié)果表明，融合變量退出機制的柔性仿真方法，可以在保證計算精度的前提下，進一步提高計

7、算效率。
　　目前，尚缺乏比較成熟的方法和計算程序?qū)Υ笮碗娏ο到y(tǒng)長動態(tài)過程行為進行高效計算，特別是大規(guī)模風電系統(tǒng)的并網(wǎng)運行，更加速了對相關(guān)仿真方法和計算程序需求的迫切性。針對此現(xiàn)狀，本文最后結(jié)合異步風力發(fā)電機和雙饋風力發(fā)電機模型，將柔性仿真方法應用于包含風電系統(tǒng)的大型電力系統(tǒng)長動態(tài)過程仿真，并針對不同風速變化模式和系統(tǒng)運行工況，對風電系統(tǒng)接入電網(wǎng)后的頻率、電壓等動態(tài)行為進行分析。算例結(jié)果表明，論文提出的柔性仿真方法能夠適應包含風電