基于风险的电力系统小干扰概率稳定研究

摘要

随着互联电网的发展，电网规模扩大，互联大电网间的低频振荡问题不容忽视，同时随着风电等新能源的迅速发展、电力市场逐步形成，系统中电源侧和负荷侧不确定性因素逐渐增加，随机性参数对电网低频振荡的影响已不可忽略。研究计及随机性的低频振荡问题，以有效提高互联电网的电力输送能力和保障电网安全稳定运行，具有重要的理论研究意义和工程应用价值。
　　论文考虑系统风电、负荷等不确定性因素，建立小干扰概率稳定模型，基于风险评估理论对电力系统小干扰稳定的风险评估和优化控制策略等进行研究，主要研究内容包括:
　　(1)在考虑随机性的情况下，建立用于小干扰概率稳定分析和风险分析的系统模型，主要包括计及风速相关性的风电场建模和计及负荷相关性的负荷建模，以及全系统小干扰稳定模型及其线性化。基于Copula函数的相关性建模方法，生成风电和负荷随机数据，并应用于经典两区四机系统和华东电网算例。
　　(2)基于风险评估理论和风险评估方法，提出了一种基于阻尼比灵敏度的风险指标，建立了系统小干扰稳定风险评估模型。该模型有效地综合系统小干扰失稳概率和系统失稳后为了恢复小干扰稳定而调整的发电机有功功率，对系统进行风险评估，为保障系统安全稳定运行提供决策依据。
　　(3)基于风险模型，对系统进行小干扰概率稳定风险分析。介绍了风险分析流程，基于蒙特卡洛模拟根据所建系统模型和Copula函数模拟产生大量运行场景，在不同断面进行确定性小干扰稳定分析，形成关键振荡模式阻尼比的概率密度函数图，得到系统小干扰安全稳定运行的概率和风险分析相关数据，最后计算风险值，进行小干扰稳定风险分析。通过算例对系统进行建模、仿真和评估，验证了风险评估指标与评估方法的可行性和有效性。
　　(4)研究基于风险的低频振荡控制决策策略，为控制人员提供控制决策依据。在系统小干扰概率稳定分析和风险评估的基础上，研究最优预防控制决策策略，包括发电机减出力和减负荷的定位以及控制量的确定，以降低系统小干扰稳定风险。并研究了可应用于动态稳定时域仿真的动态模型降阶技术——基于奇异值分解的动态模型降价技术，该降阶方法通过提取特征发电机，将非特征发电机通过特征发电机来线性表示，提高大系统时域仿真的速度，为控制决策的研究提供更加高效的时域仿真方法。通过算例分析，当系统存在小干扰稳定失稳风险时，实施控制决策策略后提高了系统低频振荡特性，验证了考虑风险下优化控制决策策略的有效性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 低频振荡研究概述

1．2．1 低频振荡负阻尼机理

1．2．2 低频振荡分析方法

1．3 计及随机性的小干扰稳定研究现状

1．4 论文主要工作

第二章 计及随机性的电力系统小干扰稳定系统建模

2．1 引言

2．2 基于copula函数的相关性建模方法

2．2．1 多元随机变量相关性测度

2．2．2 Copula函数基本理论

2．2．3 常用Copula函数

2．2．4 最优copula函数的确定

2．3 多风电场出力模型

2．3．1 风电场出力模型

2．3．2 考虑风速空间相关性的风电模型

2．4 负荷模型

2．4．1 负荷模型

2．4．2 考虑相关性的负荷模型

2．5 电力系统小干扰稳定系统模型

2．5．1 电网结构

2．5．2 网络方程及线性化

2．6 算例系统介绍

2．6．1 相关性建模

2．6．2 两区四机系统

2．6．3 华东电网

2．7 本章小结

第三章 电力系统小干扰稳定风险模型

3．1 引言

3．2 电力系统小干扰稳定风险评估

3．2．1 关键阻尼比的概率密度函数

3．2．2 严重度函数

3．3 关键振荡模式阻尼比灵敏度

3．3．1 公式法求阻尼比灵敏度

3．3．2 摄动法求阻尼比灵敏度

3．4 本章小结

第四章 电力系统小干扰稳定风险评估与分析

4．1 引言

4．2 电力系统小干扰稳定风险分析流程

4．3 考虑不同分布特性的系统小干扰稳定风险分析

4．3．1 两区四机系统

4．3．2 华东电网

4．4 考虑不同相关性的系统小干扰稳定风险分析

4．4．1 两区四机系统

4．4．2 华东电网

4．5 本章小结

5．1 引言

5．2 低频振荡优化控制决策

5．2．1 基于风险的优化控制决策策略

5．2．2 均值优化控制数学模型

5．2．3 均值优化控制算法流程

5．3 动态模型降阶技术

5．3．1 基于奇异值分解的动态降阶技术

5．3．2 降阶技术特征发电机提取

5．4 算例分析

5．4．1 两区四机系统

5．4．2 华东电网

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的项目