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电力系统动态稳定分析的元件建模新方法

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发表于 2013-5-23 14:29:46 | 显示全部楼层 |阅读模式
在电力系统动态稳定分析中,已有许多方法可用来描述发电机、网络及相关的控制系统[1,2]。一些新的元件模型也相继提出[3,4]。但有些问题尚可进一步探讨,具体体现在:(1)尽管采用格式化矩阵形式来形成状态空间方程可提高程序的效率和算式的清晰度,但限制了变化的灵活性。(2)增加新类型元件时,程序改动量较大。(3)限制了输入、输出信号的任意选取。(4)有些方法虽基于多机系统表达,但仍假定无穷大母线存在。(5)限制了特征根分析方法的充分利用。
  在本文所介绍的PMT方法中,不是将控制系统的传输模块转化为微分、代数方程,而是将所有系统元件及网络方程转化为两类基本的传输模块,然后与控制模块混合形成整个系统的状态空间方程。首先以发电机和SVC为例介绍PMT方法,然后分析其特点及应用。
2 元件模型http://www.sznya.com  
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  在电力系统动稳分析中,各元件的总体联接关系如图1所示,即任一元件均通过有限的边界信号与电力网络相联,因此,在保留电力网络边界信号的前提下,可将每一元件独立地转化成一个基本传输模块子集。
2.1 电力网络
  电力网络常以节点电压方程[Y][ΔV]=[ΔI]来描述。由于图1中的网络“输出”即元件的“输入”,为方便起见,可将网络中的节点分为三类:(1)该类节点上所联元件习惯于表达成电流输入型,如发电机节点,此类节点以下标“G”表示;(2)该类节点上元件适宜于表达为电压输入型,以下标“C”表示;(3)该节点上无元件,可在网络简化时消去。由于同一节点上的不同元件应有相同的电压,而电流则相加,所以大部分的元件节点应属(2)类。
  消去了(3)类节点后的线性化网络方程可表达为式中 各系数矩阵的表达式为
  A=S(KbF-Ka),B=SKbG,E=SKtG,
  C=L4+L6HL7,D=L5+L6HL8;
  S=(I-KtF)-1,F=L1+L3HL7,G=L2+L3HL8,
  H=(I-L9)-1,I,为单位阵,Li=KL′i (i=7,8,9)。
  在一般的状态方程表达式中,并不出现式(11)右端的E项。但该项的存在并不会带来任何解析表达上的困难。
4 PMT的特点及应用
4.1 基本特点
  (1)元件模拟灵活。不论何种系统元件,只要将其传输函数转化成以ΔVC为输入,ΔIC为输出以适配网络方程(2),则可方便地插入网络。
  (2)可自由选择输入/输出信号以便于控制器设计。输入/输出矢量不需要在程序中预先设定,允许使用者选用任意的局部变量,例如电压、电流、有功功率、无功功率及视在功率等。
  (3)有利于特征根分析的充分利用。与传统的特征根分析方法相比较,PMT更有利于状态方程与系统参数之间的相关分析,如模式分析、灵敏度分析等。
4.2 模式分析
  对于任何与特征根λ=α+jω相关的变量,其模式形状都可以方便地由CU确定。其中U为右特征矢量,而C为式(12)中的系数矩阵。
  由于式(12)中的Y可以包含任意的系统变量或其组合,为模式分析提供了更大的灵活性。基于电磁功率的模式分析已应用于发电机的转矩分量研究。http://www.jilinkaifapiao.info
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4.3 灵敏度分析
  特征根对任一参数的灵敏度可表达为对传输块参数的灵敏度表达只是一个简单的前向过程。但当一系统参数,如网络参数或节点注入功率发生变化时,许多传输块将受其影响。幸运的是,受影响的全都是图6a所示的零阶传输块[10,11]。为表达方便起见,将所有此类传输块归纳为
M=[M1, M2, M3]  (14)
式中 M1由随节点电压而变的参数构成,M2由式(2)中的子矩阵Y′GG、CGC、CCG 及Z′CC中的元素构成;M3为其它恒定参数所构成的列矢量。如此处理后,即可分类推导出所需的A/κ表达式[5]。当κ为VR、VJ时的λ/κ已应用于计及负荷波动的概率特征根分析[10];κi为VR或VJ,κj为PSS增益时的二阶灵敏度2λ/(κiκj)已用于概率特征根灵敏度分析[11]。
5 结论
  本文介绍了一种适用于电力系统动态稳定分析的系统建模方法。该方法允许系统元件及相关的控制设备可以被描述到任意希望的复杂程度。系统元件,如发电机、SVC、TCSC、PS、HVDC,联络线及FACTS装置等,均可作为独立子模块而插入电力网络。PMT技术的明显特点是状态方程为系统参数的显函数,且输入、输出变量可任意选取。从而为模式(特征根)分析提供了直观的物理理解。

 楼主| 发表于 2013-5-23 14:30:33 | 显示全部楼层
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