基于微型PMU的配电网孤岛动态稳定性在线分析方法研究
发布时间：2020-04-05 13:42
【摘要】：随着大量电力电子变流器接口的分布式电源接入配电网中,配电网呈现出低惯量、控制复杂、抗扰动能力差等特点。当出现故障等紧急情况时配电网与输电网断开连接,可进入孤岛状态运行继续为重要负荷供电。但由于配电网孤岛缺乏大电网的支撑,其动态稳定性问题将突显出来。因此对配电网孤岛的动态稳定性进行检测分析具有非常重要的意义。传统的电力系统动态稳定性分析主要依靠基于小信号模型的特征根分析法进行,但这种方法需要大量精确的系统模型参数且只能离线分析。随着微型相量测量单元(Micro Phasor Measurement Unit,μPMU)的应用,大量精确同步的系统实时信息可以在线获取,为配电网孤岛的动态稳定性在线分析提供了有效支持。本文使用两种信号分析方法分别对配电网孤岛运行时微型PMU可采集到的两种典型信号——响应信号和类噪声信号进行分析,得到系统振荡的频率与阻尼比等信息,通过判断系统阻尼与稳定裕度,对配电网孤岛动态稳定水平进行评估。首先描述了配电网孤岛中动态稳定性问题的产生原因,搭建了基于PSCAD/EMTDC平台的配电网孤岛仿真模型算例,并对算例系统进行了小信号模型的构建,通过分析验证了配电网孤岛动态稳定性问题的存在。然后介绍了两种常用的信号分析方法——Prony方法和ARMA模型法的原理,使用Prony方法和ARMA模型法分别对孤岛仿真模型算例得到的响应信号和类噪声信号进行分析,将分析结果与小信号模型求得的特征根进行对比,比较了两种方法在配电网孤岛动态稳定性分析中的适用性。最后提出了一种将Prony方法和ARMA模型法结合使用对配电网孤岛动态稳定性分析的思路,根据功能将该模块划分为七个流程,设计开发了配电网孤岛动态稳定性在线分析模块,可应用于典型配电网孤岛仿真系统中,实现利用微型PMU采集的数据对系统动态稳定水平进行实时评估。
【图文】：
图１－２ＦＮＥＴ系统架构逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ＦＮＥＴ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑美国加州大学伯克利分校与电力标准实验室、劳伦斯伯克利国家实验室于逡逑２０１５年开始合作开展了应用于配电网的微型ＰＭＵ项目研究［２８］。他们的技术已经逡逑达到相角测量值的绝对误差小于０．０１°，幅值测量值的相对误差小于０．２％。他们研逡逑制的微型ＰＭＵ有更高的精确度，在配电网的检测与控制中有广阔的应用前景。借逡逑助于微型ＰＭＵ采集的数据，电网调度人员可以更好地了解配电网当前与过去的状逡逑态，立即采取特定的控制措施，为配电网的安全可靠运行提供了有力支持。逡逑我国从１９９５年开始有高校与科研院所进行ＰＭＵ相关领域的研宄。１９９７年清逡逑华大学研发的ＰＭＵ测量系统在黑龙江东部及辽宁的部分厂站试运行［２９］。经过多年逡逑的探索与发展，已有中国电力科学研宄院、南京南瑞继保、北京四方电气等厂商逡逑生产的较为成熟的产品，一些产品的性能己经达到世界领先，已在我国电网中进逡逑行大范围的应用。自２０１５年起，华北电力大学、北京理工大学、上海交通大学等逡逑高校的实验室团队开始设计研发用于配电网的微型ＰＭＵ，在理论研宄和小范围试逡逑验中取得了一些进展，但还没有在实际配电网中投入使用［３Ｇ，３１］。逡逑
并且可以通过设置不同的下垂斜率使得孤岛中各ＤＧ按照比例分配有功与无逡逑功功率［３６］。本文搭建的配电网孤岛仿真系统中的各ＤＧ采用有功／频率和无功／电压逡逑下垂控制策略，控制框图如图２－２所示，４台ＤＧ的主要控制参数如表２－２所示。逡逑Ｖ逦逦＋逦．＊逦＋逡逑逦＾￣＿邋－丨丨一逡逑ＶＵ逦—／逦ｉｕ邋—Ｌ／邋Ｌ＾ｌ逦￣Ｚ￣ｎ逡逑Ｙ逦Ｙ邋ｄｑ／ａｂｃ邋＼邋ＳＰＷＭ邋—逡逑ＶＬｑ逦逦＞ｆ＾ｃ］－ｊ＼逦ｉＬｑ———＞ｆ＾Ｍ＼逦ｒＨ邋ＰＨ邋Ｈ逡逑ｖｉ＝０逦＊ｆｐＴ｜＿逦±Ｈ§）ＪｐＴＩ——逦！（）（）（）逡逑Ｉ逦ａｂｃ／ｄｑ逦Ｔ逡逑ｒ邋１９逦」——￣￣ｎ逦ＨＩ逡逑／ｏ逦Ｋ—ｖｕｈｃ９４ｉｖ逡逑N一逦ｙ邋ｕ逦ａｂｃ／ｄｑ逦１逡逑．￣￣＜８）＾邋功率逦＿＿ｒ逡逑Ｌ—邋－邋－－１逦＆逦ｆ邋量测逡逑＋逦＾逦ｌｇｄ邋ａｂｃ／ｄｑ邋逦逡逑Ｆ°邋￣￣￣￣邋））（］逡逑公共母线逡逑图２－２下垂控制框图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－２邋Ｔｙｐｉｃａｌ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｄｒｏｏｐ邋ｃｏｎｔｒｏｌ逡逑表２－２各ＤＧ主要控制参数逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－２邋Ｐｒｉｍａｒｙ邋ｃｏｎｔｒｏｌ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ邋ｏｆ邋ＤＧ邋ｕｎｉｔｓ逡逑参数名称逦参数逦ＤＧ，逦ＤＧ２逦ＤＧ３逦ＤＧ４逡逑有功下垂系数ｚｎ，，（Ｈｚ／ＭＷ）邋６０逦４０逦４８逦８０逡逑无功下垂系数逦ｍ邋（ｋＶ／ＭＶａｒ）逦０．３８８逦０．２５８逦０．３１逦０．５１７逡逑有功容量逦Ｐ，＿ｍ＜？（ｋＷ）逦５３．３３逦８０逦６６．６７逦４０逡逑无功容量逦２
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM712
【图文】：
图１－２ＦＮＥＴ系统架构逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ＦＮＥＴ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑美国加州大学伯克利分校与电力标准实验室、劳伦斯伯克利国家实验室于逡逑２０１５年开始合作开展了应用于配电网的微型ＰＭＵ项目研究［２８］。他们的技术已经逡逑达到相角测量值的绝对误差小于０．０１°，幅值测量值的相对误差小于０．２％。他们研逡逑制的微型ＰＭＵ有更高的精确度，在配电网的检测与控制中有广阔的应用前景。借逡逑助于微型ＰＭＵ采集的数据，电网调度人员可以更好地了解配电网当前与过去的状逡逑态，立即采取特定的控制措施，为配电网的安全可靠运行提供了有力支持。逡逑我国从１９９５年开始有高校与科研院所进行ＰＭＵ相关领域的研宄。１９９７年清逡逑华大学研发的ＰＭＵ测量系统在黑龙江东部及辽宁的部分厂站试运行［２９］。经过多年逡逑的探索与发展，已有中国电力科学研宄院、南京南瑞继保、北京四方电气等厂商逡逑生产的较为成熟的产品，一些产品的性能己经达到世界领先，已在我国电网中进逡逑行大范围的应用。自２０１５年起，华北电力大学、北京理工大学、上海交通大学等逡逑高校的实验室团队开始设计研发用于配电网的微型ＰＭＵ，在理论研宄和小范围试逡逑验中取得了一些进展，但还没有在实际配电网中投入使用［３Ｇ，３１］。逡逑
并且可以通过设置不同的下垂斜率使得孤岛中各ＤＧ按照比例分配有功与无逡逑功功率［３６］。本文搭建的配电网孤岛仿真系统中的各ＤＧ采用有功／频率和无功／电压逡逑下垂控制策略，控制框图如图２－２所示，４台ＤＧ的主要控制参数如表２－２所示。逡逑Ｖ逦逦＋逦．＊逦＋逡逑逦＾￣＿邋－丨丨一逡逑ＶＵ逦—／逦ｉｕ邋—Ｌ／邋Ｌ＾ｌ逦￣Ｚ￣ｎ逡逑Ｙ逦Ｙ邋ｄｑ／ａｂｃ邋＼邋ＳＰＷＭ邋—逡逑ＶＬｑ逦逦＞ｆ＾ｃ］－ｊ＼逦ｉＬｑ———＞ｆ＾Ｍ＼逦ｒＨ邋ＰＨ邋Ｈ逡逑ｖｉ＝０逦＊ｆｐＴ｜＿逦±Ｈ§）ＪｐＴＩ——逦！（）（）（）逡逑Ｉ逦ａｂｃ／ｄｑ逦Ｔ逡逑ｒ邋１９逦」——￣￣ｎ逦ＨＩ逡逑／ｏ逦Ｋ—ｖｕｈｃ９４ｉｖ逡逑N一逦ｙ邋ｕ逦ａｂｃ／ｄｑ逦１逡逑．￣￣＜８）＾邋功率逦＿＿ｒ逡逑Ｌ—邋－邋－－１逦＆逦ｆ邋量测逡逑＋逦＾逦ｌｇｄ邋ａｂｃ／ｄｑ邋逦逡逑Ｆ°邋￣￣￣￣邋））（］逡逑公共母线逡逑图２－２下垂控制框图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－２邋Ｔｙｐｉｃａｌ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｄｒｏｏｐ邋ｃｏｎｔｒｏｌ逡逑表２－２各ＤＧ主要控制参数逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－２邋Ｐｒｉｍａｒｙ邋ｃｏｎｔｒｏｌ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ邋ｏｆ邋ＤＧ邋ｕｎｉｔｓ逡逑参数名称逦参数逦ＤＧ，逦ＤＧ２逦ＤＧ３逦ＤＧ４逡逑有功下垂系数ｚｎ，，（Ｈｚ／ＭＷ）邋６０逦４０逦４８逦８０逡逑无功下垂系数逦ｍ邋（ｋＶ／ＭＶａｒ）逦０．３８８逦０．２５８逦０．３１逦０．５１７逡逑有功容量逦Ｐ，＿ｍ＜？（ｋＷ）逦５３．３３逦８０逦６６．６７逦４０逡逑无功容量逦２
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM712
【参考文献】
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1 宋墩文;杨学涛;丁巧林;马世英;李柏青;王青;;大规模互联电网低频振荡分析与控制方法综述[J];电网技术;2011年10期
2 仲悟之;宋新立;汤涌;卜广全;吴国e
本文编号：2615090
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