发电机阻尼和参数扰动对系统稳定性的影响

摘要

以超高压、长距离输电、大范围互联为特征的现代电力系统，其运行环境日趋复杂。而受环境、经济等因素的制约，电网运行日益趋近其稳定极限，系统出现大范围停电事故的威胁长期存在，近年来世界范围内频频出现的大停电事故即为例证，因此电网安全稳定问题长期以来都受到研究人员和运行企业的高度关注。小扰动稳定性是指系统在正常运行过程中受到微小扰动后能够自行恢复的特性，是电力系统正常运行必须满足的最基本条件，因此在电力系统各类稳定性研究中尤为引人关注。传统的小扰动稳定性研究以特征值分析方法为基本手段，而非线性动力系统分岔理论的引入，使得人们可以从全局的角度关注参数变动和非线性环节对系统小扰动稳定性的影响，大大丰富了电力系统小扰动稳定性的研究内容和研究手段。本文将借助分岔分析方法，研究发电机在采用非线性和线性阻尼模型时系统动态行为的异同，并进一步讨论了发电机阻尼模型对电力系统小扰动稳定性的影响；同时研究了设备参数扰动对电力系统稳定性的影响以及相关参数的最大允许扰动范围。本文主要工作如下： 1、研究了发电机采用线性和非线性阻尼模型时系统动态行为的异同：发电机阻尼与其运行工况、转速等存在较复杂的非线性关系。但在电力系统各类稳定性研究中，往往采用线性阻尼模型以方便研究，即假设发电机阻尼与其转速成正比，而这种简化处理是否影响电力系统稳定性分析结果却鲜有讨论。为此，本文采用一个简单的三节点系统，深入分析了发电机采用线性阻尼模型和Liwschitz非线性阻尼模型时的系统分岔情况，研究发现：当发电机采用非线性阻尼模型时，在引入非线性参数后，系统的分岔过程较线性阻尼模型时有明显变化；同时发现，该系统无论采用何种阻尼模型均存在混沌现象，但混沌现象出现的区域却有较大不同，采用Liwschitz模型会导致系统混沌现象延后出现。 2、研究了参数扰动对系统稳定性的影响：借助一简单电力系统，通过仿真计算，分析了在平衡状态下，励磁放大系数KA受扰后系统的稳定性状况，并进一步求解了不同负荷水平下KA的最大允许扰动范围，即系统的受扰稳定域。随后，运用特征值和分岔方法对稳定区域边界的特性进行了分析。 本文研究对于在稳定分析中选择合理的发电机阻尼模型和确定系统关键参数的扰动范围具有一定帮助，但鉴于时间有限，相关的工作尚很初步。

目录

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第一章绪论

1.1引言

1.2电力系统稳定性

1.2.1电力系统小扰动稳定性及其研究方法

1.2.2分岔理论在电力系统小扰动稳定性研究中的应用

1.3本文的主要工作

第二章非线性动力学理论

2.1平衡点的稳定性

2.2极限环及其稳定性

2.3系统的结构稳定性

2.4分岔理论简介

2.4.1鞍节点分岔SNB

2.4.2 Hopf分岔HB

2.4.3环面分岔TB

2.4.4分岔理论在电力系统稳定性研究中的应用

2.5分岔分析软件AUTO97

第三章电力系统模型

3.1电力系统的DAE模型

3.2发电机的数学模型

3.3励磁调节系统的数学模型

3.4负荷的数学模型

3.5电力网络的数学模型

3.6本文研究的电力系统模型

第四章发电机阻尼模型对系统小扰动稳定的影响

4.1阻尼模型为线性的电力系统稳定性分析

4.1.1系统稳定性的分岔分析

4.1.2环面分岔后系统的仿真研究

4.2阻尼模型为非线性的电力系统稳定性分析

4.2.1系统稳定性的分岔分析

4.2.2环面分岔后系统的仿真研究

第五章初始扰动下系统平衡点稳定域初探

5.1系统受扰后平衡点稳定域的仿真研究

5.2平衡点稳定区域下界变化原因探究

第六章总结及对下一步工作的展望

6.1全文总结

6.1.1阻尼模型对系统稳定的影响

6.1.2参数扰动下平衡点稳定区域的研究

6.2未来工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢