动态电力系统第5章.pptx
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1、第五章电力系统动态等值主要内容同调等值同调等值 模式等值模式等值 估计等值估计等值 一、一、概论概论动态等值动态等值 (dynamic equivalent)(dynamic equivalent)对一个动态电力系统或其一部分进行简化对一个动态电力系统或其一部分进行简化或降阶的处理。或降阶的处理。经动态等值简化处理的电力系统,对于所经动态等值简化处理的电力系统,对于所研究的物理问题,应保持主要动态特性基本不研究的物理问题,应保持主要动态特性基本不变。动态等值简化后的新系统称为原系统的等变。动态等值简化后的新系统称为原系统的等值系统。值系统。动态等值目的动态等值目的 现代电力系统规模的不断扩大和
2、互联程度现代电力系统规模的不断扩大和互联程度的日益提高给系统稳定分析带来很大的困难,的日益提高给系统稳定分析带来很大的困难,表现在系统模型选择和数据收集,计算机分析表现在系统模型选择和数据收集,计算机分析的机时和内存要求,大系统分析时数值方法的的机时和内存要求,大系统分析时数值方法的局限性,计算结果的分析与综合,以及在线稳局限性,计算结果的分析与综合,以及在线稳定分析的快速性要求等方面。定分析的快速性要求等方面。如果对系统先进行动态等值,并以对简化如果对系统先进行动态等值,并以对简化的等值系统的分析来代替对原来复杂系统的分的等值系统的分析来代替对原来复杂系统的分析,则不仅可以在保证系统主要动态
3、性能基本析,则不仅可以在保证系统主要动态性能基本不变的前提下,大大节省人力、物力,克服上不变的前提下,大大节省人力、物力,克服上述一系列困难;还可以突出主要矛盾,以研究述一系列困难;还可以突出主要矛盾,以研究系统的主要特征和根本问题。系统的主要特征和根本问题。动态等值时,一般可将系统划分为三部分:动态等值时,一般可将系统划分为三部分:研究系统研究系统 即被研究的区域。它在等值过程中保即被研究的区域。它在等值过程中保持不变。持不变。外部系统外部系统 即与研究区域毗邻并相互有一定影响即与研究区域毗邻并相互有一定影响的区域。由于对外部系统的细节并不感兴趣,而的区域。由于对外部系统的细节并不感兴趣,而
4、只侧重于它对研究系统的影响,应在不影响研究只侧重于它对研究系统的影响,应在不影响研究系统主要动态特性的前提下予以简化,是动态等系统主要动态特性的前提下予以简化,是动态等值的主要对象。值的主要对象。剩余系统剩余系统 即与研究区域相距很远,影响极小,即与研究区域相距很远,影响极小,可作高度简化的区域。一般以一台可作高度简化的区域。一般以一台(或几台或几台)等值等值机机(或等值负荷或等值负荷)表示。表示。完全系统保留结构模型不变动态等值研究系统外部系统剩余系统网络化简模态压缩高度简化动态等值可按原理分为三类:基于发电机转子同摆的同调等值;基于线性化系统模型和特征值分析的模态等值;基于在线量测量和参数
5、估计方法,主要用于在线动态分析的估计等值,又称在线等值。应用场合应用场合:离线暂态稳定分析离线暂态稳定分析 特点:系统结构和参数已知,分析大扰动下电力系统的暂态过程,系统呈强非线性。要求:等值前后的研究系统有接近的摇摆曲线。离线动态稳定分析离线动态稳定分析 特点:系统结构和参数已知,小扰动下,动态系统模型可用线性化微分方程描述。要求:等值前后的研究系统应有接近的模式(modes)或模态分布(modal shape)。在线动态安全分析在线动态安全分析 特点:系统运行工况时变,结构多变,但有大量实测信息可以利用。要求:快速对外部系统进行辨识等值,使等值前后的研究系统的安全分析结果有接近的态势。二、
6、同调等值二、同调等值 在进行暂态仿真时,若在仿真计算时间t0,内,两台机的相对转子角偏差在任一时刻都不大于一个给定的标准(0),则判断这两台机关于时间区段为同调。即:同调等值机:主要用于离线暂态稳定分析。要求等值前后研究系统在大扰动下有接近的转子摇摆曲线,同时要求等值系统中的元件应为实际系统元件,以便可直接用暂态稳定程序分析。通常可取510,13秒。则根据上式的准则,可将全部发电机分成若干同调机群。另外系统中有一台机设计为平衡机,这样做可使等值前后系统的参考相位一致。同调等值过程可分为如下步骤:将待等值系统划分为研究系统及外部系统。进行简化模型时域仿真,获得系统中各发电机转 子摇摆曲线。同调发
7、电机组判别。同调发电机母线合并。非线性网络化简。同调发电机动态聚合。(1 1)系统划分原则)系统划分原则 研究系统外部系统剩余系统距离扰动地点近较远(但对研究系统仍有较大影响)很远(对研究系统影响很小)等值要求保留不予简化适当等值简化可作高度等值、简化(母线等)(2)同调机组判别 具体判别同调机组的方法有多种,如基于时域仿真、根据转子摇摆曲线判同调的方法;基于富氏变换和拉氏变换,根据频域特征判同调的方法等等。本节主要介绍基于时域仿真的同调判别法,这是使用较广泛的方法。基本假设:同调机组的划分应与扰动大小无关,从而可以把系统线性化,化为增量形式的方程组表示,用它的动态行为判别同调;同调机组的划分
8、与发电单元的细节描述无关,所以同调判别时可以忽略调速器、励磁系统动态,用经典二阶模型来描写发电机;同调机组的划分与负荷模型关系较小,则同调判别时负荷化为等值阻抗描述,并入导纳阵;设系统具有高X/R比值,从而有功与无功潮流可以近似解耦计算。在上述假定基础上,系统大大简化,有利于快速作同调机组判别,并仍能满足正确判别同调机组的要求。进行同调判别的具体步骤如下:系统模型的建立系统模型的建立 设系统有N台发电机,用经典二阶模型描写,线性化转子动态方程为:设 后的内电势为 ,为定常,、为由发电机内电势节点向网络注入的有功和无功功率,内电势节点可看作 节点,可并入节点导纳阵。但有一台发电机为平衡机,其内电
9、势节点作节点。设负荷化为等值阻抗 ,并入导纳阵,从而正常运行时负荷节点注入网络的有功和无功功率值为“零”。网络节点导纳阵在并入发电机暂态电抗和负荷等值阻抗后设为Y。根据牛顿拉夫逊潮流计算的数学模型可知,网络线性化后可采用雅克比矩阵形式表示为:若设系统有高 比值,则有功无功潮流可近似解耦,再进一步假定H阵为定常(负荷母线 ),近似取 为已知,从而网络方程只由有功潮流部分给出:其中H为定常,从而大大简化了系统模型及计算工作量。全系统模型由上式和线性化转子动态方程共同构成,其中设有N台发电机和M个负荷节点,包含2N个微分方程和NM个代数方程,含有4N2M个变量,若有NM个边界约束条件,就可求解。这N
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