大扰动下电网扰动传播与能量传递特性研究

摘要

我国电网大规模互联带来多方面互联效益的同时，也大大增加了电力系统发生连锁故障导致大面积停电事故的可能性。某一局部电网故障扰动产生的冲击容易通过大规模互联输电网络传播蔓延至大范围区域，严重时导致大面积停电、全国电网崩溃等事故。扰动冲击在电网中传播的本质为暂态能量的传递，故本文从能量角度出发，围绕暂态能量在电网中的传递特性展开研究分析。
　　本文首先基于已有的电力系统能量分析方法，给出合适的研究工具和手段。通过将电力系统的能量分析方法归纳为两类，并对两类中的支路势能和端口供给能量进行深入对比分析，从而选择端口供给能量（ESP）作为电网能量分析的有效工具。
　　基于对故障瞬间发电机受到不平衡功率的影响因素分析，构建了发电机不平衡功率分配系数Ki和发电机暂态动能分布差指标 K△i，并给出了计算线路ESP相对大小的新算式。Ki和 K△i分别用来描述不平衡功率在发电机上的分配情况和不同状态下发电机暂态动能差值的相对大小。指出了暂态能量的传播正是伴随着暂态能量分布的变化而产生的，K△i决定了暂态能量在电网中传递方向和大小；而由新算式计算所得的线路 ESP衡量了线路受扰动冲击的相对大小。所提指标和计算式均在IEEE-39节点系统中进行了有效性验证。
　　基于前文所提出的指标Ki和 K△i，以及电网暂态能量传递特性的分析结论，提出了一种不依赖于系统受扰轨迹的电网稳定性评估方法。该方法延续了前人认为系统受大扰动后的稳定性与暂态能量在输电网络上局部聚集密切相关的思路，只需利用电网拓扑结构信息、发电机惯量特性以及扰动前发电机初始有功信息，经过一系列简单计算便可得到故障扰动引起的暂态能量传递对电网元件造成的冲击大小。该评估方法快速简单，摆脱了前人方法中需要依赖于系统受扰轨迹的电网实际暂态能量计算，并在实际东北电网上进行了仿真验证。
　　最后，基于电力系统综合防御体系框架，从安全保障和稳定控制两方面，对所提出的指标和结论运用于具体控制措施进行了可行性分析和仿真验证。不平衡功率分配系数Ki定量指示了系统不平衡功率在发电机上的分布情况，可指导故障前合理安排系统发电机出力；发电机暂态动能分布差指标 K△i定量指示了故障清除后系统暂态能量流动方向和大小，可在系统采取切机措施时考虑优先切除 K△i绝对值较大的机组。支路ESP指标 lESP反映了线路l上受扰动冲击的大小，有助于识别系统脆弱环节。上述指标对具体措施的指导作用在IEEE-39节点系统中得到了有效性验证。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题的背景及意义

1.2 课题的研究现状

1.3 论文主要工作

第2章 电力系统的能量分析方法

2.1 引言

2.2 传统电力系统暂态能量的构造和表达

2.3 电力系统能量结构

2.4 支路势能与端口供给能量ESP的关系

2.5 本章小结

第3章 大扰动下电网扰动传播和能量传递特性研究

3.1 引言

3.2 不平衡功率分配规律研究

3.3 暂态能量传播规律研究

3.4 IEEE-39节点算例分析

3.5 本章小结

第4章 基于能量传递特性的电网稳定性评估方法

4.1 引言

4.2 电力系统暂态能量演变特性

4.3 电网暂态稳定性评估方法

4.4 实际东北电网仿真分析

4.5 本章小结

第5章 能量传递特性指标在安控措施中的应用

5.1 引言

5.2 电力系统安全稳定防控措施

5.3 能量传递特性指标在安控措施中的应用

5.4 本章小结

第6章 结论及展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢