高、低压电网动态行为耦合特征及解耦处理方法

发布时间：2020-10-30 05:24

　　 随着分布式电源大量接入以及电动汽车快速增加,配电网动态行为愈加复杂。为了保证低压电网安全、稳定运行,对于配电网运行状态的实时监测显得尤为重要。但是,配电网所监测到的动态是高压主网动态与就地动态的耦合,其既能反映主网动态又存在就地动态行为,这一现象已被山东大学所研发的轻型广域测量系统(Wide-area Measurement System Light,WAMS Light)所证实。为了提高配电网量测数据的可用性,将数据中反映不同动态的数据用于不同的分析控制场景,需要研究高、低压电网动态行为的耦合特征和解耦处理方法。本文的主要研究内容如下:(1)为了揭示低压电网量测数据反映主网动态的能力,从理论分析和数理统计两个层面分析了大扰动后高、低压电网频率、电压和相角响应的相关性。基于动态频率的定义和传输矩阵理论,提出了大扰动后高、低压电网之间频率、电压和相角的函数关系式;通过一个算例验证了理论分析的有效性,并通过相关系数和线性回归方法再次量化分析了高、低压电网动态响应相关性。(2)基于叠加定理和补偿电流法分析了高、低压电网动态行为的耦合机理。基于耦合机理和传输矩阵理论,分析比较了高、低压电网电压和相角对于大扰动和低压电网就地扰动的响应幅度;通过全局灵敏度分析,提取了影响高压电网对就地扰动响应幅度的主要因素,即就地扰动类型、高压母线短路容量和扰动点低压母线负荷量;建立了高、低压电网动态响应的数学模型,阐述了模型各部分的物理意义,讨论了在不同就地扰动、不同电网参数条件下各部分的特点;通过算例仿真验证了耦合机理和响应幅度分析结果的有效性。(4)分析了低压电网对于大扰动和就地扰动的响应特征。分析了多种典型的大扰动和就地扰动发生后低压电网动态响应的轨迹特征;提出了一种扰动传播范围参数,能够准确地反映扰动在低压电网中的传播范围,并量化分析了两类扰动在低压电网的传播范围;通过算例仿真验证了低压电网响应特征分析结果的有效性。(5)考虑多次就地扰动发生的场景,提出了一种的针对电压和相角的高、低压电网动态行为解耦算法。结合问题特征,分析了电压、相角解耦问题的数学本质;根据大扰动和就地扰动在传播范围特征上的明显差异将该问题转化为矛盾方程组的求解问题,再采用复最小二乘法估计其解得到各扰动的相量、电压和相角响应,实现解耦。通过一个算例验证了解耦方法的有效性。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM76
【部分图文】：

电压和频率不变，但当ｔ／（〇和＜５〇（〇的变化速度较快时，将出现同一周波内的电压和??相角的大幅度变化，在一个周波内波形己非正弦，其最严重的情况即电压和相角突变，??如图２－１所示。??－－…［＼ＺＷｖｗ??（ａ）电压、相角突变?（ｂ）电压快速下降??图２－１电压波形的快速变化??本文以机电暂态中母线动态频率／（〇、正序电压同步相量的幅值以（／）和相角火／）??（下文中简称频率、电压和相角）来描述电网的动态行为。??２．２电网动态响应相关性的理论分析??２．２．１多电压等级电网的结构??通常，高压电网是指２２０ｋＶ及以上电压等级的输电网络，其网络结构多为多回??路的环网式结构。配电网是指ｌ］０ｋＶ及以下电压等级的电网，并分为高压配电网??（１１０／６６／３５ｋＶ）、中压配电网（１０／６ｋＶ）和低压配电网（０．４ｋＶ）。高压配电网存在辐??射状结构且中、低压配电网一般均为辐射状运行。中、低压配电网距离负荷较近，且??电压水平最低，通常被称为低压电网。但是低压配电网（０．４ｋＶ）为三相四线制，需??考虑负荷多相不平衡所带来的诸多问题。本文选取１０ｋＶ电网作为低压电网研宄对象，??并选取２２０ｋＶ电网作为高压电网。??图２－２展示了一个典型的无源多电压等级电网，其配电网通过２２０ｋＶ变压器和母??线与大电网相连。其主要元件为输电线路、变压器、负荷以及无功补偿元件。为了简??化描述，本文将２２０ｋＶ母线和变压器也作为配电网的一部分。??１２??

和队分别为２２０ｋＶ和ｌＯｋＶ节点，分别代表高、低压电网，二者的??连接通路中存在众多分支。为了简化分析，可将辐射状网络的某些分支用等效负荷代??替，并用双绕组变压器代替三绕组变压器，得到如图２－３所示的直线型电网。??，?＇亡ｈ?ＵＬ??２２０／１１０?线路］１１＾５?线路２?３５（１０?线路３?线路４??大电网?ＧＤ?ＧＤ?ＱＤ?＿????ＹＮｙｎ?Ｈ?ＹＮＤ１１?Ｈ?ｔ?ＹＮＤ１１?Ｈ?Ｍ?Ｍ??Ｂｈ?Ｂ，＼??Ｉ?ｔ?Ｘ?▼?▼?▼??负荷１?负荷２无功补偿?负荷３?负荷４?负荷５??图２－３多电压等级直线型电网??２．２．２高、低压电网频率的相关性??根据式（２－５），高、低压电网节点电压分别为??ｕＨ?（〇?＝?ｙｆ２ＵＨ?（／）ｃｏｓ（２＾－／〇／?＋?Ｊ〇?２Ｍ／Ｗ?（ｔ）ｄ／?＋?Ｓ０Ｈ?（／））?（２－１０）??ｕＬ（ｔ）?＝?＼ｆ２Ｕ，Ｘｌ）ｃｏｓ（２７ｒ／〇ｔ?＋?ｆ?２＾Ａｆ，Ｘｔ）ｄｔ?＋?Ｓ〇，Ｘ〇）?（２－１１）??Ｊ〇??其中，ｔ；ｗ（〇、ｆ／Ａ（／）为高、低压电网电压有效值，４／＾（０、４／１（０为动态频率偏移量，??５〇ｗ（Ｚ）、为初相。??对于／〇时刻，节点及／频率为／以／〇）。若在［／。，１／／以／（））＋／。］时段内，％（／）基本不??变且＆；ｙ（／）无突变

?ｌＯｋＶ??３５ｋＶ??图２－２多电压等级辐射型电网??上图中，和队分别为２２０ｋＶ和ｌＯｋＶ节点，分别代表高、低压电网，二者的??连接通路中存在众多分支。为了简化分析，可将辐射状网络的某些分支用等效负荷代??替，并用双绕组变压器代替三绕组变压器，得到如图２－３所示的直线型电网。??，?＇亡ｈ?ＵＬ??２２０／１１０?线路］１１＾５?线路２?３５（１０?线路３?线路４??大电网?ＧＤ?ＧＤ?ＱＤ?＿????ＹＮｙｎ?Ｈ?ＹＮＤ１１?Ｈ?ｔ?ＹＮＤ１１?Ｈ?Ｍ?Ｍ??Ｂｈ?Ｂ，＼??Ｉ?ｔ?Ｘ?▼?▼?▼??负荷１?负荷２无功补偿?负荷３?负荷４?负荷５??图２－３多电压等级直线型电网??２．２．２高、低压电网频率的相关性??根据式（２－５），高、低压电网节点电压分别为??ｕＨ?（〇?＝?ｙｆ２ＵＨ?（／）ｃｏｓ（２＾－／〇／?＋?Ｊ〇?２Ｍ／Ｗ?（ｔ）ｄ／?＋?Ｓ０Ｈ?（／））?（２－１０）??ｕＬ（ｔ）?＝?＼ｆ２Ｕ，Ｘｌ）ｃｏｓ（２７ｒ／〇ｔ?＋?ｆ?２＾Ａｆ，Ｘｔ）ｄｔ?＋?Ｓ〇，Ｘ〇）?（２－１１）??Ｊ〇??其中
【参考文献】

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本文编号：2862047