考虑静态电压稳定约束的概率最大输电能力快速计算研究

摘要

可用输电能力(ATC)是现代电力系统运行的重要参数，而最大输电能力(TTC)的计算则是整个ATC分析的基础和关键，也是当前研究的热点。此外，随着风力发电产业的迅速发展，越来越多兆瓦级的大型风电场直接连入输电系统，风力发电所具有的随机特性为输电能力研究提出了新的课题。本文针对静态电压稳定约束下包含大型风电场的电力系统概率最大输电能力快速计算方法进行了深入细致的研究，取得了如下一些成果： (1)给出了可用于概率输电能力快速计算的全注入空间电压稳定域边界切平面表达式，结合矢量量化聚类分析，采用多个切平面近似描述电压稳定域边界。在此基础上，发展了一种考虑负荷和发电机出力不确定性因素的概率TTC快速计算方法，并利用该方法进一步研究了负荷波动及其不同增长方式对概率TTC的影响。 (2)发展了一种能够计及线路故障的概率TTC分层快速计算方法。该方法针对因线路故障引起的电压稳定域边界的改变，利用阻尼牛顿法从故障前稳定域边界点直接计算得到故障后稳定域边界点，然后用切平面描述故障后稳定域的局部。针对线路连锁故障，发展了一种考虑线路故障相关性的Monte Carlo仿真方法，并以此分析了线路故障相关性对概率输电能力的影响。 (3)在完整的异步发电机π型等值电路基础上，建立了含异步风电机组的统一迭代连续性潮流计算模型，提出了电压稳定约束下包含风电场的TTC计算方法，并进一步研究了风速、风电穿透功率对TTC的影响。 (4)给出了可以直接反映风电场风速变化影响的扩展全注入空间相关定义，建立了加入异步风力发电机模型的含参潮流模型，推导出了含风电功率项的扩展全注入空间电压稳定域边界切平面解析式。在此基础上，提出了综合考虑风电场风速、负荷、发电机出力和线路故障不确定性因素的概率TTC分层快速计算方法。与传统概率性方法相比较，该方法不仅可以方便地考虑风电场风速波动随机性的影响，而且具有精度高、计算速度快、可在线应用的优点。

目录

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第一章绪论

1.1引言

1.2输电能力概述

1.2.1输电能力的基本概念

1.2.2输电能力计算方法分类

1.3输电能力研究的新进展

1.3.1更多稳定性约束的计及

1.3.2更多不确定性因素的考虑

1.3.3更快的计算速度

1.3.4市场环境下的ATC经济优化计算

1.4电压稳定下的输电能力计算--本文关注问题之一

1.4.1电压稳定约束的引入

1.4.2基于静态电压稳定约束的输电能力计算

1.5概率输电能力快速计算--本文关注问题之二

1.5.1概率输电能力研究回顾

1.5.2现有概率输电能力计算方法及其存在的问题

1.6含风电场的输电能力计算--本文关注问题之三

1.6.1世界风力发电产业现状与发展趋势

1.6.2大型风电场对电网及其输电能力的影响

1.7本文的主要研究工作

第二章概率输电能力快速计算的理论基础

2.1引言

2.2 Monte Carlo仿真

2.2.1 Monte Carlo仿真概述

2.2.2 Monte Carlo仿真分类

2.2.3常用随机变量的分布与模拟

2.3电压稳定域

2.3.1 "域"的方法及分类

2.3.2静态电压稳定域

2.4连续性潮流

2.5聚类分析方法

2.6小结

第三章考虑静态电压稳定约束的概率TTC快速计算

3.1引言

3.2基于Monte Carlo仿真的TTC概率模型

3.3故障前SVSR边界的近似

3.3.1 SVSR边界切平面解析式的推导

3.3.2结合聚类分析描述SVSR边界

3.4故障后SVSR局部边界的快速获取

3.4.1使用阻尼牛顿法计算故障后SVSR边界点

3.4.2针对极端情况的迭代算法

3.5概率TTC快速计算方法及算例分析

3.5.1算例概述

3.5.2仅考虑负荷、发电机出力不确定性因素

3.5.3同时考虑负荷,发电机出力和线路故障概率

3.6线路故障相关性对概率TTC的影响

3.6.1关联线路的非序贯Monte Carlo抽样

3.6.2算例分析

3.7小结

第四章静态电压稳定约束下含风电场的TTC计算

4.1引言

4.2用于静态电压稳定计算的风电场模型

4.2.1风力机模型

4.2.2尾流损失模型

4.2.3异步风力发电机模型

4.3含异步风电机组的连续性潮流计算模型

4.4电压稳定约束下含大型风电场的TTC计算分析

4.4.1算法流程

4.4.2算例概述

4.4.3算例1:方法有效性检验

4.4.4算例2:风速变化对TTC的影响

4.4.5算例3:风电场穿透功率对TTC的影响

4.5小结

第五章含大型风电场的概率TTC快速计算

5.1引言

5.2风电场风速模型

5.3扩展全注入空间的SVSR边界切平面解析式

5.3.1反映风速变化影响的扩展全注入空间

5.3.2加入异步风力发电机模型的含参潮流模型

5.3.3含风电功率项的SVSR边界切平面解析式推导

5.4含风电场的概率TTC快速计算方法

5.5含风电场的概率TTC计算与分析

5.5.1算例1:方法有效性检验

5.5.2算例2:风速概率分布参数对概率TTC的影响

5.6小结

第六章总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢