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水电站动态过程及其对电力系统稳定性的影响

李艳军  
【摘要】:随着大型水电站和抽水蓄能电站的不断兴建和投入运行,水电在我国电力系统中的比重逐年增大,水力系统(包括输水系统和水轮机)动态过程对电力系统稳定性的影响日益突出。目前在电力系统稳定计算中,水力系统通常采用简单输水管道刚性水击和理想水轮机假设下的简化模型。由于地质和地理条件的差异,不同的水电站和抽水蓄能电站输水系统及水轮机结构形式和系统参数各不相同。复杂输水系统常包括多条输水渠洞、多条压力钢管、调压井和尾水管道等单元,以往分析中所采用的水力系统简化模型已不能适应电力系统暂态稳定计算的需要,同时也无法反映过渡过程中水电站的水压和流量等水力变量的变化规律。所以建立复杂水力系统详细数学模型,进行水电系统动态过程仿真计算,分析大扰动过渡过程中水电站水力变量的变化规律以及水力系统动态过程对电力系统暂态稳定计算的影响具有重要的意义。 本文提出了一种利用电力系统分析综合程序的复杂水电系统大扰动过程水机电联合仿真方法。电力系统分析综合程序(PSASP)是一功能强大的电力系统分析软件包,但其模型库所提供的水电站水力系统模型仅为最简化的简单输水管道刚性水击—理想水轮机模型。为进行复杂水力系统水电站动态过程分析,需要利用PSASP的用户自定义模型接口功能调用用户建立的水力系统详细模型或利用其用户程序接口功能调用用户编制的水力系统动态计算程序。本文灵活运用PSASP的这些功能,提出了一种复杂水电系统大扰动过程的水机电联合仿真方法,特别是提出了一管多机输水系统情况下采用PSASP用户自定义模型接口进行水电系统动态过程仿真的方法。该方法可以对水电站水力系统的动态过程以及复杂水力系统的详细模型对电力系统的暂态稳定计算的影响进行有效地分析。 本文推导建立了均匀无损输水管道的非线性贝杰龙等值电路模型并应用于水电系统动态仿真。通过分析均匀无损输水管道中的水力波动方程与均匀无损输电线路的电磁波动方程的相似性,推导了水电站输水系统中均匀无损输水管道的非线性贝杰龙模犁,提出了建立均匀无损输水管道非线性贝杰龙等值电路的方法。与计算大扰动下水电站水力过渡过程的传统特征线法相比,这种模型更易于电力系统稳定研究人员理解和使用。以分段均匀输水管道所构成的水力系统为对象,采用Visual C++开发软件编制了用户程序,利用PSASP程序的用户程序接口计算功能,对多机水电系统的大扰动动态过程进行仿真计算,取得了合理可信的结果。


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