交直流混联电力系统暂态仿真及其稳定性分析与参数优化

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随着西电东送和全国联网工程的实施,已建和在建直流输电系统不断增多,大规模交直流混联电力系统已经成为我国电网输电的基本格局。交直流混联系统所呈现的稳定性特性十分越复杂,迫切需要一套快速有效的数学工具用于研究和分析混联电力系统的稳定特性及其控制方法。本论文根据直流输电系统的数学模型及其与交流系统的耦合关系,从交流和直流系统的接口技术入手,探索了交直流混联电力系统数字计算的新方法,取得的主要成果如下:对现有的交直流混联电力系统潮流计算方案提出改进,将直流输电系统数学方程变换为一组具有明确概念的约束方程,在保证收敛精度和收敛速度的前提下,简化了程序设计。并根据互联电力系统的联网特性,将交流和直流联络线进行分割,得到一个不连通的根结点和若干个由区域电网组成的叶结点,实现互联电力系统分区潮流计算。设计了一套可用于大规模交直流混联电力系统静态电压稳定分析的实用化预测校正连续潮流算法。在交流系统连续潮流计算中,通过直流系统的约束方程改进预测环节和校正环节,并提出直流系统控制方式随交流电压变化的逻辑转换策略和实现方法,将直流输电系统嵌入到连续潮流算法中。在南方电网的方式数据上验证了该算法的效果和效率。发展了交直流混联电力系统机电暂态仿真方法,将交流系统仿真算法扩展为可计及直流输电系统调节器、VDCOL环节、功率调制、闭锁与重启动等复杂控制功能的仿真算法。在华中华东测试系统的方式数据上取得满意的效果。尝试采用时域仿真技术优化直流输电系统调节器参数,并提出一种新的目标函数,旨在抑制交流系统和直流系统受扰后的振荡。通过轨迹灵敏度方法,获得系统动态性能指标相对于直流系统调节器参数的梯度信息,求得更新调节器参数向量的搜索方向,找到改善系统功角稳定性参数配置方案。在四机双区域测试系统验证其效果。
中文摘要第3-4页
Abstract第4-5页
第一章 绪论第9-23页
    1.1 引言第9-12页
    1.2 交直流混联电力系统稳定分析方法综述第12-17页
        1.2.1 电力系统稳定性定义第12-13页
        1.2.2 交直流混联电力系统电压稳定第13-15页
        1.2.3 交直流混联电流系统暂态稳定第15-17页
    1.3 直流输电系统控制器设计与参数优化第17-21页
        1.3.1 直流输电系统控制器设计方法第17-19页
        1.3.2 直流输电系统控制器参数整定第19-21页
    1.4 本文的主要工作第21-23页
第二章 交直流混联电力系统双向迭代潮流算法第23-41页
    2.1 直流输电系统元件的数学模型第23-27页
        2.1.1 直流输电系统的基准值选取第24-25页
        2.1.2 换流器准稳态模型的数学方程第25-26页
        2.1.3 直流输电线路的等值电路第26-27页
        2.1.4 直流输电系统与交流网络的功率接口方程第27页
    2.2 交直流混联电力系统双向迭代潮流算法第27-31页
        2.2.1 交流系统潮流方程的修正方程第27-29页
        2.2.2 换流变压器母线电压电流约束方程第29-30页
        2.2.3 交直流混联电力系统双向迭代潮流计算第30-31页
        2.2.4 直流输电系统各参数的初值设定第31页
    2.3 交直流混联电力系统分区潮流算法第31-36页
        2.3.1 交直流混联电力系统网络分割第31-32页
        2.3.2 交流子系统潮流计算模型第32-33页
        2.3.3 联络线子系统潮流计算模型第33-35页
        2.3.4 交直流混联电力系统分区潮流计算第35-36页
    2.4 算例分析第36-40页
        2.4.1 华中华东电网潮流计算第36-37页
        2.4.2 南方电网分区潮流计算第37-40页
    2.5 本章小结第40-41页
第三章 大型交直流混联电力系统实用化连续潮流算法第41-61页
    3.1 交直流混联电力系统连续潮流计算模型第41-45页
        3.1.1 负荷型含参连续潮流模型第42-43页
        3.1.2 连续潮流参数化方法第43-44页
        3.1.3 负荷增长方式与发电机有功分配第44-45页
    3.2 交直流混联电力系统连续潮流非线性约束第45-51页
        3.2.1 考虑系统约束条件的PV曲线轨迹变化第45-47页
        3.2.2 发电机无功出力约束及其节点类型转变策略第47-48页
        3.2.3 直流系统变量约束及其控制方式转变策略第48-51页
    3.3 基于双向迭代的预测-校正连续潮流法第51-53页
        3.3.1 基于双向迭代的预测计算第51-53页
        3.3.2 基于双向迭代的校正计算第53页
    3.4 算例分析第53-59页
        3.4.1 广东电网增负荷增发电模式第54-57页
        3.4.2 广东电网增负荷区外增发电模式第57-58页
        3.4.3 南方电网全网增负荷增发电模式第58-59页
    3.5 本章小结第59-61页
第四章 交直流混联电力系统机电暂态仿真算法研究第61-81页
    4.1 直流输电系统的基本控制原理第61-66页
        4.1.1 直流输电系统的控制原理第62-63页
        4.1.2 直流输电系统的控制特性第63-64页
        4.1.3 直流输电系统的实用特性第64-66页
    4.2 直流输电控制系统的响应模型第66-71页
        4.2.1 换流器比例积分调节器模型第67-68页
        4.2.2 直流输电系统功率调制第68-69页
        4.2.3 直流输电系统低压限流控制功能第69-70页
        4.2.4 闭锁与重启动第70-71页
    4.3 交直流混联电力系统机电暂态仿真计算第71-75页
        4.3.1 交直流混联系统各元件的双向迭代模型第71-73页
        4.3.2 交直流混联电力系统双向迭代仿真计算第73页
        4.3.3 交直流混联电力系统双向迭代仿真流程第73-75页
    4.4 算例分析第75-80页
    4.5 本章小结第80-81页
第五章 基于轨迹灵敏度方法的直流系统调节器参数优化第81-97页
    5.1 轨迹灵敏度方法第81-84页
        5.1.1 电力系统轨迹灵敏度第82-83页
        5.1.2 电力系统结构参数的轨迹灵敏度模型第83-84页
    5.2 交直流混联电力系统各元件的轨迹灵敏度方程第84-89页
        5.2.1 交流系统各动态元件的轨迹方程第84-87页
        5.2.2 直流系统各动态元件的轨迹方程第87-88页
        5.2.3 输电网络和换流器模型的轨迹灵敏度方程第88-89页
    5.3 直流系统调节器轨迹灵敏度参数优化第89-93页
        5.3.1 轨迹灵敏度计算方法第89页
        5.3.2 目标函数与梯度向量第89-90页
        5.3.3 共轭梯度算法原理第90-92页
        5.3.4 轨迹灵敏度参数优化方法第92-93页
    5.4 算例分析第93-96页
    5.5 本章小结第96-97页
第六章 全文总结第97-99页
参考文献第99-110页
发表论文和参加科研情况说明第110-112页
致谢第112页
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