运行参数变化对电力系统小干扰稳定性的影响

【摘要】： 随着我国电力事业的发展、负荷需求逐年增加和电力企业对效益的追求,输电线路的输送功率不断增大,电力系统的运行条件变得日益紧张,小干扰稳定或称低频振荡问题频繁,已经成为制约联络线功率传输和互联电网安全稳定运行的最重要的因素。 电力系统稳定器(PSS)及FACTS装置对低频振荡的抑制作用已有很多研究成果,但是阻尼控制器的设计、制造、安装和投运过程很长,不解决运行过程中所发生和可能出现的问题;联络线功率交换破坏小干扰稳定性通常只限于短时间,增加新的控制器并非解决这一问题的最有效的途径;即使配置了合适的阻尼控制器,但总有一些运行条件会超出控制器设计范围,需要随运行条件变化加一些补救措施才能保证运行稳定。 实际电力系统的小干扰稳定与运行参数之间的关系非常密切。运行参数的变化将改变系统的潮流分布,从而影响小干扰稳定分析中线性化系统的状态矩阵,进而改变振荡模式。利用系统运行参数的特征值灵敏度可以进行更广泛的分析,以得到运行状态发生变化时振荡模式阻尼的变化趋势,利于采取措施改善系统的阻尼。因此,研究运行参数发生变化对电力系统小干扰稳定的影响是一项十分有意义的工作。 基于以上背景,本文对电力系统小干扰稳定领域的运行参数变化对低频振荡的影响等相关问题进行了深入研究。本文的主要研究成果可以归纳为以下几点: 1、以上海交通大学开发的SSAP小干扰稳定分析软件包为平台(该软件已经应用于南方电网低频振荡分析),根据统一元件连接建模法(UCM)的基本特点,推导了低频振荡模式的阻尼比对运行参数(如节点注入功率和PV节点的电压)的灵敏度。以IEEE标准系统作为算例,将公式推导的结果与不同扰动形式的仿真结果进行对比,结果吻合,误差在允许范围内,说明本文公式推导得到的运行参数灵敏度数值可以准确地反映运行参数对系统小干扰稳定的影响程度和趋势。 2、研究负荷不确定性对电力系统低频振荡模式阻尼的影响。用区间模型来描述负荷信息的不确定性,根据阻尼比极值处满足的必要条件,提出以阻尼比对负荷的灵敏度为寻优导向的迭代搜索算法。综合典型负荷状态下阻尼比极值的搜索结果,即可得到小干扰稳定振荡模式的阻尼比区间分布及相应的负荷状态。与蒙特卡罗模拟法所得结果对比证明区间算法的正确性。通过分析阻尼比变化区间所对应的负荷状态的改变,可以推断模式阻尼随负荷变化的规律,研究负荷波动对系统小干扰稳定的影响。 3、建立了电力系统区间不确定信息下小干扰稳定的阻尼比优化模型,研究了在发电机和负荷的变化区间内,电力系统潮流分布的改变对系统小干扰稳定的影响。提出采用连续线性规划法作为该非线性规划模型的求解算法。通过该算法可求得考虑负荷有功、无功和发电机有功出力、机端电压区间不确定性参数下的系统振荡模式阻尼比的区间分布及其区间限值处对应的系统运行状态。具体算例验证了本文方法正确有效。 4、通过将小干扰稳定阻尼比优化模型进行适当的简化和拓展,可使其应用于实际电网,得到改善网络弱阻尼振荡模式的发电机出力调度方案。模型以及算法以广东电网的数据为例进行了具体实现,证实了所提出的调度策略对低频振荡的改善效果。 5、分析了不同区域的发电机出力对低频振荡的影响,研究了考虑小干扰稳定约束的有功优化调度问题。建立了考虑小干扰稳定约束的有功优化调度模型,该模型以发电成本最小为目标,遵循网络常规安全约束和小干扰稳定约束。通过求解该模型可以得到不同小干扰稳定性水平的有功优化调度方案,既满足了系统稳定性的要求又兼顾了经济性的需要。