基于WAMS的电力系统仿真参数准确度研究

基于WAMS的

电力系统仿真参数准确度研究指导老师：童陆园 教授谢小荣 博士研究生：史东宇报告内容：问题背景及研究意义研究现状综述问题描述及解决方案初步仿真结果有待研究的几个问题工作计划问题背景及研究意义随着计算机技术的飞速发展，电力系统动态仿真技术开始大量运用。但是人们对于仿真本身的验证确是很少的。目前影响仿真结果准确度的主要因素有两个：一个是发电机组控制系统的参数和负荷模型及其参数；另一个是动态等值问题。模型与参数对于仿真结果起着同样重要的作用。而传统的观念却更加偏重于模型研究，这种偏见造成目前对获取准确参数的研究大大落后于对模型和方法的研究。问题背景及研究意义以1996年8月10日的美国西部电力系统大停电事故为例，研究人员把仿真结果与现场记录的数据进行了比较，发现两者相差很大。研究发现主要是模型和参数与实际不符，造成的仿真结果错误。经过修改电网中元件的模型与参数，最终使仿真曲线与实测曲线比较好的拟合上了。问题背景及研究意义可见，PSS参数的不正确使得仿真得出了与事实完全相反的结论。PSS参数整定错误也是由于负荷模型和参数不够准确造成的。问题背景及研究意义WSCC事故研究说明：

1、电力系统暂态仿真程序的算法是正确的，电网内元件模型和参数的选择会对仿真结果的准确性产生极大影响。

2、现有的模型和参数与实际之间可能存在非常大距离。研究现状综述离线试验方法难以得到元件各种工况下运行参数的准确值。比如发电机的离线试验就会忽略掉饱和、涡流等重要问题。在线参数辨识同样存在问题：在线辨识往往把外域系统等效为无穷大系统，或假设其参数已知。这在仿真中可以实现，而在显示中则不能适用。而且在线辨识还存在扰动太大，或自身抗干扰能力问题及收敛问题未能完全解决。目前，还没有在线辨识完全成功的报导。研究现状综述目前仿真参数准确度的研究还处于起步阶段。1999年8月才发表了第一篇真正意义上的关于仿真验证的文章。在国外，虽然还没有形成系统的理论。但是已经有了相关内容的研究报导。比如对美国西部系统1996年两次大事故的仿真研究等等。研究现状综述在国内，这方面的研究也不是很多。贺仁睦教授分别在2000年和2004年发表了《电力系统动态仿真准确度的探究》和《电力系统精确仿真与负荷模型实用化》两篇关于仿真准确度研究的文章，并且在第二篇文章中提出了具体的操作流程。贺仁睦教授的研究侧重点主要是负荷的模型与参数。研究现状综述贺仁睦教授所提出来的操作流程如下：

1、对所有的参数都测量或者校核一遍，建立本系统的动态模型参数数据库。

2、对每一个参数加以评估，并给定一个地位：不可变或可变及其可变范围。

3、用这个数据库的模型、参数进行仿真，并与实测数据比较。

4、根据灵敏度计算结果制定模型、参数的修正原则和策略。

5、根据仿真与实测数据之差，按修正原则和策略修正模型和参数。

6、记录每个参数每次修改的情况，得到参数修改轨迹。

7、如果每次修正都是单方向的，继续原来的修正员和策略，如果修正轨迹来回波动，则需要研究并修订修正原则和策略。问题描述及解决方案简单的说，就是在已知发生故障后的实测曲线情况下，通过修改仿真程序里面某些模型的参数，使得仿真曲线与实测曲线尽量一致。问题描述及解决方案大扰动动态过程数据采集（事故或试验）。对某一故障通过修改参数进行多次仿真，并做频谱分析。由频谱分析的结果，拟合出单一参数（例如负荷比例）对单一目标（例如曲线频谱在某频率下的幅值）的曲线。对实测曲线进行频谱分析，并以此为目标，用迭代法计算出各个参数的数值。问题描述及解决方案当然应该说明的是，从严格的意义上讲，只有完成电网对所有可能稳态情况下、所有可能出现故障的仿真计算，并且与实测数据拟合上，才能认为该电网现有的模型和参数与实际100％吻合，在这个基础上所做的仿真100％可信。而实际上，这显然是不可能的。我们所能做的是在现有数据的基础上，通过仿真来修改模型参数，提高其有效性。问题描述及解决方案在1990年全国电网计算讨论会上，负荷、励磁系统、发电机及原动机的调速器这四项模型和参数测试被列未当前电网计算中急需解决的课题，这就是所谓的“四大参数辨识”。它们的结果在电力系统稳定计算中起着至关重要的作用，对仿真结果影响最大。问题描述及解决方案发电机五阶模型方程及参数含义可考虑修改参数：D、Tj

问题描述及解决方案综稳程序1型调压器模型框图可考虑修改参数：Kf、Tf、Te问题描述及解决方案综稳程序PSS模型框图及参数含义可考虑修改参数：Kw、Tp、Kv问题描述及解决方案综稳程序调速系统（以水轮机为例）模型框图及参数含义问题描述及解决方案综稳负荷静态模型综稳负荷动态模型负荷静态分为静态模型和动态模型可考虑修改参数：静态模型参数和负荷比例初步仿真结果本算例是在IEEE的标准10机39节点系统下完成。所设故障为2-1线路2%处AB短路接地，时间为1-1.2秒。仿真的负荷模型采用的是阻抗加发电机的模型，阻抗比例分别采用0％、10％、20％、30％、50％、70％和100％。采集的数据包括故障最近的发电机功角、机端电压、电流、有功功率、无功功率以及几个主要发电机和负荷的电压。用来分析的数据均是结果中故障结束后的部分。从结果来看，发电机功角的效果最明显，所以主要用发电机功角进行说明。初步仿真结果IEEE的标准10机39节点系统接线图初步仿真结果发电机（节点30）电压曲线初步仿真结果发电机（节点30）有功功率曲线初步仿真结果发电机（节点30）功角曲线初步仿真结果发电机功角曲线经FFT分析结果初步仿真结果频率为零处幅值的变化：0％10％20％30％50％70％100％幅值9240.98172.78051.57981.77848.27724.17500.1频率为零处幅值的变化：0％10％20％30％50％70％100％频率1.23241.30551.34151.43301.51021.54011.5755初步仿真结果最小二乘法拟合结果（阶次为2）初步仿真结果初步结论：功角曲线主要集中在频率较低的部分，高频对应的幅值几乎为零，可以忽略。每条曲线的频谱里都有频率为零的部分，而且幅值很大。我理解这应该是仿真曲线中每个值的累加结果，可以代表仿真曲线均值的大小和走向。除了频率为零的分量以外，还有几个频率较低的主要分量，频谱的幅值都是在某个频率达到峰值。经对比可知，这个频率就在功角曲线振荡的频率附近，而且其大小可以反映曲线振荡的大小。特点是随着负荷中阻抗比例的提高，达到峰值对应的频率也逐渐增高，幅值逐渐变大。有待研究的几个问题进行频谱分析的算法有很多种，除了最基本的FFT以外，还有扩展Prony算法等等。需要选用合适的算法。进行迭代计算时，目标函数的确定。参数灵敏度问题的分析。不同参数之间相关性的问题。工作计划2004.9－2004.10完成文献综述与开题报告2004.10－20