含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性分析中期報(bào)告.doc

燕 山 大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期報(bào)告課題名稱：含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性研究 學(xué)院（系）：電氣工程學(xué)院 年級(jí)專業(yè)：09級(jí)電力四班 學(xué)生姓名：張建春 指導(dǎo)教師： 王珺 完成日期： 2013.5.8 一 畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)展情況1.已完成部分: (1). 雙饋風(fēng)電機(jī)組穩(wěn)態(tài)計(jì)算模型已完成；(2).含雙饋風(fēng)電機(jī)組的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算在matlab程序中已完成；(3). Matlab的學(xué)習(xí)和算例的編程已完成。(注：從開(kāi)題報(bào)告到中期答辯的主要任務(wù))（4）.初步了解p-v曲線法的含義2.未完成部分: (1) 應(yīng)用P-V曲線法研究含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性；（2）計(jì)算結(jié)果的分析與p-v曲線的進(jìn)一步學(xué)習(xí)， 因?yàn)榇蟛糠謺r(shí)間都花在了matlab的編程上，因此，對(duì)部分知識(shí)的掌握還不太熟悉，望老師能夠諒解。二.畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體實(shí)施方案1.簡(jiǎn)介(1). 雙饋風(fēng)電機(jī)組穩(wěn)態(tài)計(jì)算模型；在開(kāi)題報(bào)告的答辯結(jié)束之后,我便開(kāi)始了中期答辯的準(zhǔn)備工作,通過(guò)查閱文獻(xiàn)對(duì)雙饋風(fēng)電機(jī)組穩(wěn)態(tài)計(jì)算模型增加了了解.雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的靜態(tài)模型定子回路和轉(zhuǎn)子回路電壓方程分別為: (1)其中，為定子端電壓，為定子電流，為轉(zhuǎn)子繞組外接電源的電壓，為轉(zhuǎn)子電流，和分別為定子繞組的電阻和電抗，和分別為轉(zhuǎn)子繞組的電阻和電抗，為轉(zhuǎn)差率。根據(jù)式（1）可得雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)等值電路，如圖1所示。圖中，為勵(lì)磁電流，為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。圖1 雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)等值電路由圖1可知： (2) (3) (4) (5)式中，定子電壓、定子電流與轉(zhuǎn)子電壓、轉(zhuǎn)子電流有關(guān).這個(gè)問(wèn)題與開(kāi)題報(bào)告時(shí)的問(wèn)題與解決方案近似.(2).含雙饋風(fēng)電機(jī)組的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算；目前雙饋風(fēng)電機(jī)組大多采用恒功率因數(shù)控制模式，故本文僅討論該控制模式下含雙饋風(fēng)電機(jī)組的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算。圖2 連續(xù)潮流計(jì)算過(guò)程示意圖連續(xù)潮流法計(jì)算步驟如圖2所示。從已知的解（A）開(kāi)始，以一個(gè)切線預(yù)報(bào)來(lái)估計(jì)對(duì)于一個(gè)規(guī)定P增長(zhǎng)方式的解（B），然后校正步，利用常規(guī)潮流法（系統(tǒng)P值不變）解出準(zhǔn)確解（C）；當(dāng)P進(jìn)一步增長(zhǎng)時(shí),根據(jù)新的切線預(yù)報(bào)電壓值。如果新的估計(jì)P值超出了準(zhǔn)確解的，則以P值固定的校正計(jì)算就不會(huì)收斂。因此采用固定監(jiān)控點(diǎn)電壓的校正（水平校正）計(jì)算來(lái)求準(zhǔn)確解（E）。當(dāng)接近電壓穩(wěn)定極限時(shí)，為了確定準(zhǔn)確的，在連續(xù)預(yù)報(bào)期間，應(yīng)逐步減少。連續(xù)潮流的優(yōu)點(diǎn)為魯棒性強(qiáng)，缺點(diǎn)為計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)。為同時(shí)解決收斂性和計(jì)算時(shí)間問(wèn)題，本文在計(jì)算中采用了常規(guī)潮流求解與連續(xù)潮流分析相結(jié)合的方法，即從初始運(yùn)行方式開(kāi)始，用常規(guī)潮流法求解，直到不能收斂為止，再采用連續(xù)潮流法計(jì)算。雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)注入系統(tǒng)總有功功率由定子繞組發(fā)出的有功功率和轉(zhuǎn)子繞組發(fā)出或吸收的有功功率兩部分組成。風(fēng)電機(jī)組處于超同步運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組發(fā)出有功功率；風(fēng)電機(jī)組處于亞同步運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組吸收有功功率；風(fēng)電機(jī)組處于同步運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等于于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組既不發(fā)出也不吸收有功功率。由式（1）（5）可以推出，轉(zhuǎn)子繞組的有功功率可用定子繞組有功功率和無(wú)功功率來(lái)表示，即 (6)式中，。則雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)注入系統(tǒng)總有功功率為 (7) 雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率也是由兩部分組成，一部分是發(fā)電機(jī)定子側(cè)發(fā)出或吸收的無(wú)功功率，另一部分是變流器在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)吸收的無(wú)功功率組成。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子外加電源電壓的幅值和相角，可以改變定子側(cè)發(fā)出或吸收的無(wú)功功率的大小。變流器在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)發(fā)出或吸收的無(wú)功功率相對(duì)較小，可以忽略，因而雙饋風(fēng)電機(jī)組的無(wú)功功率可以近似為定子繞組的無(wú)功功率。若風(fēng)電機(jī)組功率因數(shù)設(shè)定值為，則有： (8)代入式(7)，得： (9)（3）.p-v曲線法的學(xué)習(xí)P-V曲線：選定負(fù)荷和發(fā)電機(jī)出力的增加方式和方向，決定基態(tài)與電壓失穩(wěn)的距離. 通過(guò)增加負(fù)荷和發(fā)電機(jī)出力是評(píng)價(jià)電壓穩(wěn)定最常用的方法.完整的p-v曲線可以通過(guò)兩種方法產(chǎn)生：第一種是通過(guò)研究的區(qū)域中不斷增加負(fù)荷并不斷增加外部的發(fā)電量。第二種方法是不斷增加傳輸界面潮流，即把發(fā)電量從受電區(qū)域移到外部區(qū)域。外部區(qū)域電源有限時(shí)，可以單獨(dú)為了建立功率裕度而采用虛擬發(fā)電機(jī)，這臺(tái)發(fā)電機(jī)應(yīng)當(dāng)不提供無(wú)功功率。這兩種方法都是使一個(gè)區(qū)域逐步緊張起來(lái)，即從低負(fù)荷或輕的低界面潮流到高負(fù)荷或重的界面潮流，從而建立起完整的P一U曲線。 應(yīng)用P-V曲線法研究含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性.連續(xù)潮流分析法就是P-V曲線逐步追蹤極限點(diǎn)的方法，它在電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性研究方面有著廣泛的應(yīng)用。連續(xù)潮流分析法可以克服潮流方程在接近穩(wěn)定極限運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的收斂問(wèn)題。當(dāng)系統(tǒng)某一參數(shù)連續(xù)改變時(shí)，連續(xù)潮流算法可以跟蹤系統(tǒng)狀態(tài)的變化，從而得到系統(tǒng)的定常解曲線。本次編程是通過(guò)不斷增加負(fù)荷的方法來(lái)建立P一u曲線的，其基本步驟如下： 1）選擇一個(gè)研究區(qū)域，這個(gè)區(qū)域中負(fù)荷將逐步地增加，它是容易遭受或認(rèn)為可能遭受電壓崩潰的區(qū)域，區(qū)域的大小根據(jù)實(shí)際需要確定。要變化的量是區(qū)域內(nèi)負(fù)荷(功率因數(shù)不變)和外部發(fā)電量。 2）研究的區(qū)域中負(fù)荷模擬起始大約在預(yù)期峰荷的20%左右。這將有利于提供完整P一U分析，因?yàn)檫@預(yù)料了低于運(yùn)行點(diǎn)水平下建立P一v曲線的問(wèn)題。在低于運(yùn)行點(diǎn)時(shí)，外部送人區(qū)域的發(fā)電童應(yīng)當(dāng)減少以便和研究區(qū)域中成比例降的負(fù)荷相匹配。當(dāng)研究區(qū)域中負(fù)荷成比例上升時(shí)，將可捕捉到增加的負(fù)荷需求與研究區(qū)域中的電壓分布。3）調(diào)整研究區(qū)域內(nèi)部發(fā)電量。在P一v分析期間，內(nèi)部發(fā)電機(jī)的有功輸出應(yīng)當(dāng)維持不變。每一臺(tái)發(fā)電機(jī)的無(wú)功容量應(yīng)當(dāng)表示成機(jī)組的容量，其輸出的無(wú)功功率應(yīng)當(dāng)允許隨著P一u分析過(guò)程進(jìn)行調(diào)整。電壓崩潰將發(fā)生在研究區(qū)域的無(wú)功容量被耗盡的時(shí)候。4)選擇研究區(qū)域的節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)組，其電壓將傳送到研究區(qū)域的功率的增加得到監(jiān)視和記錄。作為電壓不穩(wěn)定初始的研究，工程師應(yīng)當(dāng)選擇幾個(gè)嚴(yán)重節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)視。監(jiān)視記錄的電壓就是P一V曲線Y軸的數(shù)據(jù)。5)選擇要仿真的系統(tǒng)條件。系統(tǒng)條件應(yīng)當(dāng)在為建立P一V曲數(shù)據(jù)成比例增加內(nèi)部負(fù)荷和外部發(fā)電量之前闡明。系統(tǒng)事故前的P一V分析提供研究區(qū)域可得到的最大負(fù)荷容量的指示。應(yīng)根據(jù)性能等級(jí)對(duì)事故進(jìn)行仿真以保證和電壓穩(wěn)定裕度相一致，并提供關(guān)于事故后可能發(fā)生的靜態(tài)運(yùn)行點(diǎn)的信息。2.基本模型建模(1). 算例的編程。算例中的含雙饋風(fēng)電機(jī)組的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算這部分的編程幾乎占用了從開(kāi)題報(bào)告到中期答辯這段時(shí)間的大部分,其中,通過(guò)上網(wǎng)和向老師求助學(xué)習(xí)了matlab軟件的編程功能,進(jìn)而通過(guò)文獻(xiàn)查閱和老師的解答并選擇了一個(gè)9節(jié)點(diǎn)的多機(jī)系統(tǒng)作為算例進(jìn)行研究，編寫(xiě)出了連續(xù)潮流部分的計(jì)算過(guò)程，并且成功仿真出了含雙饋風(fēng)電機(jī)的三機(jī)九節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)模型，如圖2所示。并成功繪制出了p-v曲線，如圖3所示。但是,由于自身的能力有限, 因此, p-v曲線部分的程序還有待于改善。 圖2 含雙饋風(fēng)電機(jī)的三機(jī)九節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)模型程序開(kāi)始部分的賦值程序如下：n=9;n1=9;isb=1;pr=0.00001;b1=1 4 0.0576i 0 1.05 1; 4 5 0.017+0.092i 0.158i 1 0; 5 6 0.039+0.17i 0.358i 1 0; 3 6 0.0586i 0 1.05 1; 6 7 0.0119+0.1008i 0.209i 1 0; 7 8 0.0085+0.072i 0.149i 1 0; 8 2 0.0625i 0 1.05 1; 8 9 0.032+0.161i 0.306i 1 0; 9 4 0.01+0.085i 0.176i 1 0; b2=0 0 1.05 1.05 0 1; 1.63 0 1.05 1.05 0 3; 0.85 0 1.05 1.05 0 3; 0 0 1 0 0 2; 0 0.9+0.3i 1 0 0 2; 0 0 1 0 0 2; 0 1+0.35i 1 0 0 2; 0 0 1 0 0 2; 0 1.25+0.5i 1 0 0 2;Y=zeros(n);其中，n和n1分別表示節(jié)點(diǎn)數(shù)和支路數(shù)，由于本人所選的算例是一個(gè)含雙饋風(fēng)電機(jī)的三機(jī)九節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)模型；isb表示平衡點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)號(hào)；pr為潮流計(jì)算的誤差精度；矩陣b1每一列依次為支路首端、末端、支路阻抗、對(duì)地電納、支路比和折算到哪一側(cè)的標(biāo)志（高壓側(cè)為1；低壓側(cè)為0）；b2矩陣的每一列分別表示節(jié)點(diǎn)的發(fā)電機(jī)功率、負(fù)荷功率、節(jié)點(diǎn)電壓值、PV節(jié)點(diǎn)電壓V給定值、節(jié)點(diǎn)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備容量和節(jié)點(diǎn)分類標(biāo)號(hào)。Y為雅克比矩陣，開(kāi)始時(shí)對(duì)其賦予nxn的零矩陣初始值。通過(guò)編程得出如下p-v曲線： 圖3 節(jié)點(diǎn)的p-v曲線圖 圖4常規(guī)輸出各節(jié)點(diǎn)的電壓值 圖5 常規(guī)潮流計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的輸出電壓三畢設(shè)過(guò)程中遇到困難和解決辦法問(wèn)題一：matlab的編程是如何進(jìn)行的因?yàn)檫@是在大學(xué)期間第二次使用matlab，所以比較生疏。在拿到課題有了大概的了解之后，剛開(kāi)始以為是通過(guò)建立仿真模型得出仿真結(jié)果。但是，通過(guò)詢問(wèn)老師知道是通過(guò)matlab的編程而得到。一開(kāi)始我覺(jué)得很棘手，最后經(jīng)過(guò)不斷地詢問(wèn)老師，并自己上網(wǎng)觀看matlab的基礎(chǔ)教程來(lái)進(jìn)一步了解matlab的編程。慢慢進(jìn)行摸索，得到了初步的了解。問(wèn)題二：如何獲得p-v曲線圖由于自身的能力有限，編程中的部分程序是參考網(wǎng)上的類似程序通過(guò)修改并通過(guò)導(dǎo)師的幫助來(lái)完成的。開(kāi)始的時(shí)候并不知道P-V曲線是要通過(guò)潮流計(jì)算得到的，經(jīng)過(guò)老師的提示與參考文獻(xiàn)周雙喜老師編的電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性及其控制這本書(shū)的閱讀與理解，最終，繪制出p-v曲線。但程序還有待進(jìn)一步完善問(wèn)題三：使用matlab進(jìn)行潮流計(jì)算時(shí)的問(wèn)題在進(jìn)行潮流計(jì)算時(shí)，通過(guò)每一步的編程增加了對(duì)matlab的了解，由于在編程過(guò)程中需要用到常規(guī)潮流計(jì)算和連續(xù)潮流計(jì)算的公式。在老師的推薦下，又將盧遠(yuǎn)老師編寫(xiě)的含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流算法在老師的講解下得到了理解，通過(guò)在程序中編寫(xiě)雅克比矩陣等，最終，匯編出了包括常規(guī)潮流計(jì)算和連續(xù)潮流計(jì)算在一起的程序。問(wèn)題四：編程時(shí)用到的主要參考文獻(xiàn)開(kāi)始編程時(shí)并不知道如何進(jìn)行，如編程中的公式和部分原理以及獲取p-v曲線的具體過(guò)程都不太了解。老師介紹了周雙喜老師編的電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性及其控制這本書(shū)，其中介紹了一些得到p-v曲線的一些方法及部分算例。并提到p-v曲線需要通過(guò)連續(xù)潮流計(jì)算得到。在吳義純，江岳文兩位老師關(guān)于含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的論文中，介紹了連續(xù)潮流的方法：用常規(guī)潮流程序可以確定網(wǎng)絡(luò)中不同點(diǎn)的電壓穩(wěn)定水平。然而這種方法是費(fèi)力的，而且不能提供作決策非常有用的靈敏度信息。此外，常規(guī)潮流在崩潰點(diǎn)外無(wú)解和在崩潰點(diǎn)附近不能可靠收斂(由于雅可比矩陣奇異)。四.畢業(yè)設(shè)計(jì)的下一步安排和時(shí)間進(jìn)度表根據(jù)學(xué)校對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間要求以及畢業(yè)設(shè)計(jì)完成情況的規(guī)定，畢業(yè)論文撰寫(xiě)將在五月中旬開(kāi)始，具體按排如下：1. 5月10日5月12日 完善編寫(xiě)的程序2. 5月13日5月16日 學(xué)習(xí)p-v曲線法分析算例的結(jié)果3. 5月17日 對(duì)知識(shí)進(jìn)行歸納與總結(jié)，準(zhǔn)備撰寫(xiě)論文五.撰寫(xiě)畢業(yè)論文工作的具體安排和打算1. 5月18日5月20日 將論文的大體結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)思，共分為幾個(gè)章節(jié)，每一個(gè)章節(jié)的具體內(nèi)容是什么。2. 5月21日5月23日 編寫(xiě)p-v曲線和連續(xù)潮流計(jì)算的理論部分，并包括摘要及英文翻譯；3. 5月23日5月25日 編寫(xiě)仿真部分，包括波形仿真圖，利用A型、D型測(cè)距方法測(cè)距過(guò)程結(jié)果；4. 5月23日5月25日 設(shè)置論文格式，仔細(xì)研讀畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告，更改錯(cuò)誤。六、參考文獻(xiàn)1 王承煦,張?jiān)础?風(fēng)力發(fā)電。 中國(guó)電力出版社2 周雙喜，朱凌志，郭錫玖等。電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性及其控制M北京：中國(guó)電力出版社，20043 Brucoli M., Scala M.L., Torelli F. 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