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摘要：频率是交流电力系统运转的一个重要指标,反映了有功发电与负荷的平衡情况。频率稳定是电力系统稳定的重要组成部分,反映了电力系统在遭受严重扰动导致系统发电-负荷出现严重不平衡时频率能够保持或恢复到允许的范围内不发生频率崩溃的能力,包括短期暂态频率稳定和长期频率稳定两部分。早期小型区域电网备用有限,且与其他电网缺少互联,机组切除等故障容易导致频率发生严重偏移,频率稳定不足突出。随着低频减载等制约措施的普遍运用以及电网互联程度的提升,区域电网间互为备用,系统抗扰动能力逐渐增强,频率稳定一般不被认为是互联电网的重要不足。但是,近些年来,由于电力系统复杂度的提升,隐性故障、连锁故障等导致多处电网发生了频率崩溃事故,表明电力系统频率失稳的可能性依然有着,是电力系统安全稳定运转的重要威胁之一。此外,风电接入电网的规模越来越大,风电的间歇性和严重爬坡事件对系统频率响应和频率稳定的影响也日益显著,需要准确把握电力系统频率动态特性和深入探讨频率稳写作约措施。电力系统频率与有功平衡密切相关,频率稳定本质上是有功平衡不足。电力系统无功-电压动态会影响有功-频率动态,导致频率稳定与功角稳定和电压稳定相互耦合,频率稳定浅析难度较大。但是,在系统无功备用充裕且励磁系统调节能力较强时,有功不平衡故障导致的电压偏移较小,无功-电压动态对有功-频率动态的影响较小。为降低不足的复杂度,简化频率响应计算,本论文在暂态频率稳定评估与制约探讨中忽略无功-电压动态,以而更好地把握有功平衡与频率稳定之间的联系。本论文采取论述浅析与数值仿真的策略,对暂态频率稳定的评估与制约不足进行了深入探讨。论文的主要探讨工作和取得的革新性成果如下。(1)针对快速浅析电力系统有功-频率动态响应的要求,提出了一种基于直流潮流的频率响应模型。电力系统各处的频率响应具有分散与统一的特点,频率稳定与功角稳定、电压稳定具有耦合与独立的特点。目前,频率响应浅析策略主要有探讨频率响应分散性和频率稳定耦合性的全时域仿真法、探讨频率响应统一性和频率稳定耦合性的中长期动态模型以及探讨频率响应统一性和频率稳定独立性的平均系统频率模型。针对频率动态与有功动态密切相关的特点,提出了一种基于直流潮流的频率响应模型,以探讨频率响应的分散性和频率稳定的独立性。忽略无功-电压动态对有功-频率动态的影响,简化负荷、发电机组、高压直流输电和双馈感应风力发电机组等模型,并采取直流潮流模型模拟网络以近似考虑频率时空分布特性,能够在浅析系统频率响应的同时浅析机组和支路有功动态。该模型采取微分-代数方程组模拟,求解算法成熟,能够根据需要扩展低频减载、机组低频保护、超速保护、锅炉、自动发电制约等模型。编制了基于改善欧拉法的仿真程序,并在3机9节点系统和福建电网上进行仿真。仿真结果表明,该模型能够有效浅析机组切除、负荷突变和线路切除等故障。该模型能够准确浅析系统有功-频率动态,且计算量小,为电力系统有功-频率动态浅析提供了一种新策略。(2)针对暂态频率稳定评估的需求,提出了一种考虑机组低频保护的暂态频率稳定裕度指标和评估策略。频率稳定的核心是有功平衡。严重的频率下降会威胁系统设备的安全运转,为保证机组安全,机组一般配置有低频保护继电器,以在系统频率严重下降时切除并保护机组。然而,机组低频跳闸会恶化系统功率不平衡,并导致系统频率进一步下降,甚至可能引发其他机组连锁跳闸,造成频率失稳。由此,本论文认为机组因低频保护跳闸是电力系统暂态频率失稳的必要条件,并据此提出了一种考虑机组低频保护的暂态频率稳定裕度指标与评估策略。利用暂态频率偏移安全性定量计算机组低频保护的临界扰动量,通过比较实际扰动功率缺额与临界扰动量定义暂态频率稳定裕度指标。为提升暂态频率稳定评估的在线实用性,本论文对再热汽轮发电机组进行适当简化,推导了计及机组旋转备用的频率响应剖析解,以快速求取系统频率响应并计算暂态频率稳定临界扰动量。以新英格兰10机39节点为例评估了系统在正常运转状态下的暂态频率稳定性,并浅析了部分区域因功角失稳与主网解列后的暂态频率稳定性。仿真结果表明,该指标具有较好的线性度,反映了频率稳定与有功平衡密切相关的特点,能够较好地评估系统暂态频率稳定性,对于指导系统安全稳定运转具有重要作用。(3)在暂态频率稳定评估的基础上,提出了一种基于暂态频率偏移安全性的低频减载优化决策策略。低频减载是电力系统频率稳写作约的重要手段,是第三道防线的重要内容。基于启动频率和动作延时的传统低频减载案例运用广泛,但传统整定策略在无备用检测设下进行整定,案例较为粗糙,适应性差。为提升低频减载案例的适应性,本论文将基本轮的启动判据视为频率安全二元表,提出了一种基于暂态频率偏移安全性的低频减载优化决策策略。对于基本轮,利用暂态频率偏移安全性定量计算各轮次的临界扰动量和切负荷量上限,利用启发式搜索策略优化整定基本轮各轮次的切负荷量,满足系统最大扰动功率要求；对于特殊轮,在基本轮整定案例的基础上利用静态频率特性计算特殊轮切负荷量上下限,并合理整定特殊轮轮数和各轮次的切负荷量。为克服忽略无功-电压动态的缺陷,提升低频减载案例的有效性,浅析了电压偏移对低频减载的影响,提出了一种综合频率-电压启动判据,利用动态历程中的频率和电压信息指导低频减载动作。以山东电网为例进行低频减载整定。仿真结果表明,该整定策略由于计及系统运转方式和暂态、稳态频率约束,能够有效地整定低频减载,避开过切和欠切,满足系统频率制约要求；考虑频率-电压耦合特性的综合频率-电压判据能够改善低频减载的动作特性,提升低频减载的适应性。关键词：频率响应论文暂态频率稳定论文机组低频保护论文低频减载论文电力系统论文
摘要16-19
ABSTRACT19-23
第1章 绪论23-39
1.1 背景与作用23-26
1.2 暂态频率稳定的探讨近况26-36
1.3 暂态频率稳定探讨有着的不足36-37
1.4 本论文的主要探讨工作37-39
第2章 基于直流潮流的有功-频率动态浅析39-61
2.1 引言39-40
2.2 元件模型简化40-48
2.3 基于直流潮流的频率响应模型与求解48-52
2.4 算例仿真52-59
2.5 小结59-61
第3章 考虑机组低频保护的暂态频率稳定评估61-81
3.1 引言61-62
3.2 暂态频率失稳的机理62-64
3.3 暂态频率稳定裕度指标64-66
3.4 暂态频率响应的剖析计算模型66-76
3.5 算例仿真76-80
3.6 小结80-81
第4章 基于暂态频率偏移安全性的低频减载优化决策81-103
4.1 引言81-82
4.2 模型简化检测设82-83
4.3 基本轮和特殊轮的优化决策策略83-92
4.4 电压波动对低频减载的影响92-93
4.5 算例仿真93-100
4.6 小结100-103
第5章 结论与展望103-105
附录105-115