复杂电力网络的动力学行为及关键节点识别研究

发布时间：2019-10-03 02:52

【摘要】：结合复杂网络理论进行电力网络非线性动力学行为研究已成为当下学术研究的新方向。通过研究网络结构特性,可以更好地理解电网上的各种动力学行为,更好地解释电网中的大规模停电事故,从而采取保护电网中脆弱性环节的有效措施来降低连锁故障发生概率,维持电网可靠运行。考虑电网拓扑结构和网络动力学特性,本文对电网同步模型、电网关键节点识别和分布式电站入网方式等几个问题进行了深入研究,具体研究内容如下:1、结合模型动力学表达式的推导过程,比较基于负荷等效的电网模型:EN模型、SM模型和二阶类Kuramoto模型之间的建模差异和网络动力学行为的异同,研究发现SM模型与二阶类Kuramoto模型都是将负荷节点建模为电动机节点,这二者的区别在于是否忽略电网的部分实际特性,比如线路阻抗、节点电压。忽略电网部分实际特性时,SM模型简化为二阶类Kuramoto模型。EN模型在建模时将负荷节点等效为常阻抗,因此只对发电机节点建立动力学方程,所得的方程个数比SM模型少,计算量小。从网络动力学角度来看,用同一个IEEE标准测试系统研究电网同步特性时,实验仿真表明采用EN模型时电网工作在工频上,采用SM模型时电网工作在工频附近的某一频率处,虽然用不同模型对电网建模时体现出电网的动态行为有差异,但都能描述电网稳定运行时的频率同步状态。2、为了有效地识别网络中的关键节点,本文提出一种综合考虑网络的局部和全局特性的节点重要性识别综合指标,依据此指标对加权标准测试系统IEEE39和IEEE118中的节点进行了重要性排序,并将排序的结果与基于介数法和点权法对节点重要性进行排序的结果进行了对比研究,基于结构的网络效能分析和基于动力学的失同步扩散时间、同步能力比较均表明,本文提出的基于综合指标的节点重要性排序更合理,优于基于介数和点权的节点重要性识别方法。3、分布式电站通过接入原电网中负荷节点的方式接入电网。根据负荷节点到原电网中各发电机节点的平均距离情况,提出两种分布式电站并网方式,一种方式是新增分布式电站从离原发电机节点平均距离值最小的负荷开始接入,并按照平均距离值的升序顺序依次接入,简称A方式;另一种方式是新增分布式电站从离原发电机节点平均距离值最大的负荷开始接入,按照平均距离值的降序顺序依次接入,简称B方式。从电网统计特性和同步动力学角度进行比较,发现分布式电站采用B方式接入电网,网络节点分布更分散,网络同步能力越好,同时对小功率扰动所引起电网失同步波的扩散速度较慢,有利于失同步波的扩散抑制。此研究对分布式电站并网时提高电网可靠性运行有一定的指导意义。
【图文】：

我们对导纳矩阵｝；中各元素值做了如下规定：所有非对角线元素取负值，即－｝＾．，对角线逡逑元素卜，：／邋＋邋Ｖ夺），其中｜为连接节点／和节点７的线路等效成疋模型（传输线；ｒ模型逡逑％如图３．１所示）时的对地导纳。从上述对导纳矩阵Ｆ。元素的规定来看，导纳矩阵｝；中每逡逑一行的总和不为０。逡逑（Ｔ＾Ｕ—￣￣Ｕｆ＾Ｔ）逡逑２邋２逡逑７７７＂逦／／／逡逑图３．１传输线；Ｔ模型逡逑因为节点电压Ｆ与电流／之间满足欧姆定律：／邋＝邋７。，所以导纳矩阵｝；满足逡逑（ｎ邋Ｙ0逡逑＂＿邋ｕ？ｗ逦ｎ逦ｒ邋ｒｊ逡逑0邋￣邋Ｙ邋Ｙ邋Ｖ逡逑其中，，／，，表示；７个发电机节点的输出电流所组成的向量矩阵，匕表示／７个发电机节点逡逑的电压所组成的向量矩阵，Ｋ表示，个非发电机节点的电压组成的向量矩阵，ｒｆｌ￣表示ｎ个逡逑发电机节点之间相连时形成的导纳矩阵，｝＾表示《个发电机节点与ｒ个非发电机节点相连逡逑时形成的导纳矩阵。逡逑从式（３．１）可以看到，所有非发电机节点的输出电流为０，因此只有发电机节点向负逡逑荷节点输送电功率。利用Ｋｒｏｎ还原法消除式（３．１）中的所有非发电机节点的电压可逡逑得：逡逑匕逦（３－２）逡逑由式（３．２）可得电网等效导纳矩阵ｙ的表达式为：逡逑（３．３）逡逑利用上述知识推导ＥＮ模型的等效导纳矩阵ｙ￡＂、ＳＭ模型的等效导纳矩阵ｙｗ。逡逑假定在含有Ｗ个节点的电网中，包含＼个发电机，个负荷节点，《，个变压器节点，逡逑满足ｊＶｚｔ＋Ａ＾＋Ｗ，．。发电机与负荷节点个数和为／？邋＝邋＆＋？，。发电机等效成电源与电抗的逡逑串联形式

丨邋％、逡逑由图３．邋２可知，基于电网结构的导纳矩阵为逡逑ｙ］４邋0邋0邋｜邋－ｙ］４邋00000逡逑Ｉ逡逑０逦ｙ２１逦０邋Ｉ邋０逦０逦０逦－ｙ２１逦０逦００逦０逦少３９逦１逦０逦０逦０逦０逦０逦－ｙ－ｙ＾＼逦０逦0邋［逦＾４４逦－＾４５逦＿少４６逦０逦0邋３邋0逦0逦0邋；－少５４逦４逦0邋－ｙ５Ｖ逦0逦０逦０逦０逦；邋－少６４逦０逦匕逦0逦０邋－０逦－ｙ１２邋0邋［逦０逦－ｙ１５邋0邋Ｙｖ邋－ｙｎ邋００逦0逦０逦！逦０逦０逦０逦＇Ｖ８７逦＾Ｒ８逦－＾８０逦０逦－少０３逦！逦0逦０逦￣ｙ％逦0逦＿少９８逦４：逡逑逦＋邋ｙＡｓ＋邋ｙ＊６＋邋ｊ＇邋＋邋ｊ邋＋邋ｊ逦ｙｓｓ邋＝邋ｙａ邋＋邋ｙ￥ｉ＋邋Ｊ￣＾￣＋逡逑
【学位授予单位】：广西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O157.5;TM711

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本文编号：2545234