基于单机能量函数的电力系统暂态稳定分析方法研究

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电力系统暂态稳定分析是安全稳定控制的重要依据,对提高电网运行可靠性具有重大意义。我国电网的大规模互联与新能源装机容量的不断提高,给电力系统的安全稳定运行带来严峻挑战。这就要求操作人员在故障发生后能及时识别系统的稳定状态,确定系统失稳的严重程度,准确快速地切除故障。因此,有必要对电力系统暂态稳定的快速计算方法进行研究,帮助操作人员迅速掌握故障后系统的稳定信息,以便于进一步采取措施清除故障。为此,本文以实现电力系统暂态稳定的快速计算为目标,借助单机能量函数和单机等面积法则(Individual Equal Area Criterion,IMEAC),提出了一种基于单机能量函数的电力系统暂态稳定分析方法。为分析多机电力系统中单机的稳定性特征,本文从滚球系统中的能量转换出发,通过一系列映射,验证了临界机-虚拟COI机系统的稳定性特征和IMEAC。在此基础上,分析了不同状态下单机的转子摇摆曲线和功角特性曲线,通过动态逸出点(Dynamic Liberation Point,DLP)或动态稳定点(Dynamic Stationary Point,DSP)的出现以及IMEAC来判别临界机的稳定性,实现了基于单台临界机判断多机电力系统的暂态稳定性。基于临界机的稳定性特征以及临界机的暂态能量在全局暂态能量中的占比分析,本文提出了用临界机稳定性判别系统稳定性的判据。之后,为判断系统失稳的严重程度,根据IMEAC计算了系统的稳定裕度。在此基础上,给出了基于稳定裕度的系统故障临界切除时间的计算方法。最后,通过对比时域仿真和暂态稳定计算结果,证明了基于暂态稳定计算求取故障临界切除时间的有效性,并通过对比指出了全局时域仿真求取故障临界切除时间所存在的问题。为实现电力系统暂态稳定性的快速判别,本文提出了一种基于虚拟线性轨迹的电力系统暂态稳定计算方法。首先,对故障切除后的单机的转子摇摆曲线进行线性假定。接着,基于虚拟线性轨迹,求解临界机在故障切除后的DLP点。最后,根据IMEAC计算系统的稳定裕度以及故障临界切除时间。通过算例分析,验证了基于虚拟线性轨迹的单机方法进行电力系统暂态稳定分析的可行性和有效性。最后,本文详细分析了分群等值方法中群内运动的机理,并建立了单机-等值机系统群内运动模型。通过算例分析,验证了IMEAC可有效判别群内运动的稳定性。
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