基于轨迹灵敏度的水电系统动态仿真及安全分析

摘要

随着三峡电站等一批大型水电站的不断兴建和投入运行，水电在我国电力系统中的成分逐年增大，水电系统的稳定性问题日益突出。而对水电系统安全稳定分析的基础是对系统动态特性的正确分析。至今，对于动态系统的稳定性研究的分析方法主要有两大类，即时域仿真法和直接法。时域仿真法是对电力系统进行安全评估的直接而可靠的方法。其最大优点就是它可以考虑任意复杂的系统模型，不足之处则在于仿真一次只能提供所仿真的情况下有关的信息，不能外推到其它情况。应用时域仿真法在分析系统参数及初始工况对其系统的动态影响时要通过反复仿真，计算耗时较多，同时不能进行稳定性指标分析。直接法虽然能弥补以上缺陷，但是不能满足复杂的动态模型，且可靠性不高，精度不够。而提出的规矩灵敏度方法是有效的研究方法。 轨迹灵敏度分析是微分动力系统研究领域的一个有力工具，它是通过研究动力系统的动态响应对某些参数或初始条件甚至系统模型的灵敏度，来定量分析这些因素对动态品质的影响。最初在电力系统研究方面，将轨迹灵敏度分析方法引入电力系统的暂态稳定分析中，用于计算电力系统轨迹对系统参变量的动态灵敏度，从而得出衡量扰动对系统动态特性影响程度的动态指标。因此轨迹灵敏度分析理论开始引起电力系统研究者的关注，逐渐成为电力系统分析的新工具。 目前的研究大都集中在电力系统控制方面，且采用的轨迹灵敏度方法是围绕系统正常运行轨迹来线性化系统进行分析。然而，对水电系统建模和动态过程分析的研究至今都很少，且当所分析的摄动参数发生较大偏移时，采用传统的轨迹灵敏度方法来线性逼近会产生较大的误差，这将不利于分析非线性强而又复杂的水电系统，因此本文提出了轨迹灵敏度的二阶灵敏度方法，通过计算摄动参数在微分代数方程动态解的泰勒展开多项式中的二次项，获得求取电力系统动态二阶灵敏度方程，采用的轨迹灵敏方法是围绕系统正常运行轨迹来非线性化系统进行分析，从而可以避免当系统参数或初始运行工况发生较大偏差时对计算结果精度的影响。 本文将轨迹灵敏度方法应用于水电系统动态仿真及安全分析。研究建立的水机电联合系统动态模型及其轨迹灵敏度模型；分析系统的参数轨迹灵敏度及初始状态轨迹灵敏度；提出对系统安全运行影响较大的参数及初始运行状态特点、参数的安全调整范围及有效的参数调控方式。当控制系统参数或系统初始运行工况发生较大偏移时，采用轨迹灵敏度二阶灵敏度的方法分析其控制系统和初始运行工况的不确定性对水电系统动态过程产生的影响并与传统的轨迹灵敏度方法作比较，精度更高。