低惯量电力系统的模式分析与同调识别研究

发布时间：2019-07-17 16:01

【摘要】：随着风电等新能源在电网中渗透率的提高以及交直流电网的接入,发电机的惯量不断下降,并随系统运行方式和控制方式的调整时刻变化。发电机惯量下降甚至时变导致系统对扰动更加敏感,系统内部的固有振荡模式受到影响,振荡频率和模态都会发生变化。为了深入探究发电机惯量变化对电力系统稳定性的影响,本文围绕振荡模式及发电机间的同调关系展开研究,重点关注发电机惯量的变化导致的系统振荡模式摄动问题,进而在模式及其模态的基础上,分析发电机间的同调关系。论文主要包括以下几个方面:首先,详细分析了电力系统发电机同调识别的研究意义及研究现状,重点阐明了慢同调理论在发电机同调性研究中的作用和意义。在传统慢同调分群算法的基础上,结合聚类算法,提出了一种灵活的发电机最优分群方法。该方法为低惯量系统中发电机慢同调研究提供了重要的分析工具。其次,在研究发电机惯量变化对系统振荡模式的影响时,为避免每次参数变化后特征解的重复计算,本文采用了矩阵摄动理论来近似分析。在保证精确度的同时,揭示发电机惯量对系统振荡模式的影响机理。为了综合考虑所有情况,本文将基于矩阵摄动理论的模式分析分为两个模块进行研究,不仅考虑一般情况下的非共振模式,同时也考虑了较为少见的共振模式。对于传统的非共振模式,采用孤立特征值矩阵摄动理论研究发电机惯量变化对模式特征值以及特征向量的影响,分别推导了一阶摄动和二阶摄动,并对精确度进行了检验;对于特殊的共振模式,本文首先讨论了共振模式的现象及出现的原因,同时解释了传统的孤立特征值矩阵摄动理论在研究共振模式时失效的原因,在此基础上,采用密集特征值矩阵摄动理论分析发电机惯量变化导致的模式共振情况下,特征值和特征向量的变化趋势。最后,在低惯量系统模式分析的基础上,讨论发电机惯量变化对发电机同调性的影响。由于矩阵摄动理论在模式分析时有精确度的限制,因此,本文借鉴分段线性化的思想,将发电机惯量的变化范围进行分区,从而得到惯量任意变化范围内发电机的同调性。基于发电机慢同调分群算法,以IEEE-118节点系统为例,分别讨论非共振现象、共振现象、跃变现象三种情况下发电机同调性的变化。综上所述,论文对低惯量电力系统的振荡模式及发电机的同调性进行了深入的研究。在传统的慢同调理论的基础上,增加了对发电机间同调程度和分群质量的讨论。在系统振荡模式的分析中,引入了矩阵摄动理论,并对目前国内关注较少的共振模式进行了深入的探究,形成了一套较为完善的电力系统振荡模式摄动分析的方法。论文研究成果为低惯量系统的稳定性研究奠定了基础,同时为电力系统的参数摄动研究提供了参考。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM712

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本文编号：2515525