电力系统外部网络动态等值.ppt

电力系统外部网络动态等值及其网络等值方法的探讨,目录,1、应用背景 2、基本原理 3、动态等值方法 4、总结,一.应用背景,外部系统,内部系统,动态等值,静态等值,暂态过程,稳态潮流,应用动态等值的必要性： 1、为了提高输电的经济性和可靠性, 各电力系统迅速向多机，大电网 , 交直流联合输电及大区联网运行发展 , 这些发展的背后却带来了离线计算以及计算机分析的困难。 2、由于需要考虑调速器、励磁机、负荷等数量巨大的元件 , 给电力系统稳定分析、建模和控制也增加了新的难度。,动态等值,提高效率, 减小网络规模,二.基本原理,动态等值：把一个互联系统划分为两个子系统， 保留一个稳定运行的系统作为研究系统，对该系统作详细动态研究，而对距此系统较远的区域，研究中只考虑其对研究系统的影响，其内部不必详细描写，可作降阶及简化。 动态等值是通过消除母线、分支和发电机来化简复杂系统的过程 , 在这一过程中最重要的就是要保留原始系统的特性。,电力系统含有大量的动态元件：发电机、励磁系统、稳定器、原动机及调速系统和其它稳定控制器。元件的数学模型可以用如下公式表示：,其中， 是每个元件的状态量， 是每个元件注入网络的电流， 是每个元件的节点电压。,二.基本原理,元件的动态响应会改变网络的运行状态，因此上述代数方程式可以并入网络方程公式得： 则系统的数学模型可以表示为一阶微分方程组和代数方程组如公式,其中，XR是降阶前系统的所有状态量，V 是节点电压向量，I 是节点注入电流向量。,系统降阶简化后的数学模型如公式如下：,其中,Xr 是降阶后系统的状态量,其数目远小于降阶前原型系统的状态量, 即NrN。Vr是降阶系统的节点电压向量,Ir是降阶系统的节点注入电流向量。,二.基本原理,降阶系统的数学模型和原型系统的数学模型的区别： 系统的状态量和非线性微分方程数目远小于原型系统。,由于动态等值对外部系统进行等值简化,使得等值系统中的动态元件数目大大减少,所以大大降低了等值系统的状态量和微分方程数目。,三.动态等值方法,动态等值,估计等值法,模态等值法,同调等值法,在线计算,离线计算,纯数学方法，计算速度快,比较成熟,三.动态等值方法,1.同调等值法,（1）思路：同调是描述受扰动后互联发电机相位的振荡趋势的一个专有名词，一般通过观察时间段机器转子特性的相对误差来决定他们的同调性，具有同调性的发电机就可以用1台等值机代替，这样减少了元件数量，网络得到了化简。,（2）步骤: a)划分研究系统和外部系统, 等值过程中保留研究区域不变, 仅对外部区域作等值简化;,三.动态等值方法,b)判别外部区域中的同调(同摆)发电机群； c)对同调发电机母线作合并化简； d)网络化简； e)同调发电机作动态聚合，得聚合后等值机的参数。,（3）优缺点 优点：是物理透明度大，其等值系统元件模型均为实际电力系统元件模型，使用者可以估计等值的有效性及根据过去的经验为远方的电站提供近似的数据，等值机模型适应系统的非线性和大扰动, 可直接用于暂态分析。 缺点：依靠经验, 获得的等值模型依靠于选择的扰动地点、类型等因素来决定同调,很难为如何选择一个最合适的扰动制定指导方针。,三.动态等值方法,2.模式等值法,（1）思路：基于外部系统线性化模型和特征值性质进行降阶的等值简化方法。,（2）步骤： a)划分研究系统和外部系统，并假定研究系统内的扰动对外部系统影响不大，故外部系统可线性化； b)待等值的外部系统只要求保留对研究系统影响较大的特征根(一般是低频振荡类型的特征根)，而外部系统中那些频率较高，衰减较快的特征根可以忽略不计, 即认为其对研究系统的影响甚小，从而可形成一个低阶的外部等值系统。,三.动态等值方法,（3）优缺点 优点：克服了同调等值法的一些缺点, 不依赖于选择的扰动, 具有严格的数学基础, 能够观察在系统中呈现出来的各种振荡模式, 物理概念清楚, 可对外部系统作高度简化并保留其主特征根; 缺点：在等值过程中要形成外部系统的线性化模型, 但是线性化的方法并不能很好地捕捉系统的复杂动态特性, 另一方面, 很难决定哪些模式可以安全消除。,三.动态等值方法,3.估计等值法,（1）思路：基于参数辨识的技术，等值模型采用不含有物理等值元件形式的数学模型 , 如具有递推形式的线性方程，方程的系数未知 ，记录扰动过程中边界上的交换功率、电流、电压响应 , 采用数值拟合方法，求取方程系数，使得按照等值模型求得的物理量和实测量误差最小 。,（2）步骤： a)求系统的初始稳态值； b)施加扰动, 记录响应； c)预估参数值, 计算系统矩阵和输出矩阵，得出响应输出值，计算误差函数 ； d)根据算法修正参数值，使得误差函数达到最小，得到参数值的最优估计。,三.动态等值方法,（3）优缺点： 优点：适用于在线分析, 并不需要外部系统的详细数据。 缺点：选择外部系统的等值模型要有经验性(不要太精细, 也不要太简化)，每次迭代修正参数值时，步长要确保参数快速收敛，又要防止振荡性数值不稳。当采用随机或伪随机扰动进行系统等值时, 则要考虑噪声影响并作滤波及相关分析, 数学处理较为复杂。,四.总结,同调等值法和模式等值法近20年来得到了较快较深入的发展, 应用软件也趋于成熟, 但是它们只适用于离线等值。对于工况多变, 结构多变的系统, 要求实时或准实时对外部系统进行辨识等值，为此，研究了估计等值法。 估计等值法将是未来动态等值发展的大趋势, 如何提高估计等值法的计算精度和克服它依赖于初值的缺点是以后将要研究的方向。,参考