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基于轨迹的轨迹灵敏度计算及电网仿真验证研究

作　者: 安军
导　师: 穆钢
学　校: 华北电力大学（河北）
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 电力系统轨迹灵敏度卷积法混合动态仿真参数校正
分类号: TM743
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

数值仿真是分析电力系统动态行为的重要工具,仿真精度对电力系统安全分析和控制具有重要影响。国内外多次事故后仿真复现结果均表明基于原有的模型参数库仿真结果与实测轨迹存在较大差异。因此,如何基于仿真误差寻找误差源,并对其进行有效校核,提高数值仿真可信度是提高电力系统安全分析水平,保证电力系统运行安全性和经济性的重要研究内容。轨迹灵敏度是数值仿真验证的重要工具,现有的轨迹灵敏度计算方法是基于电力系统模型和参数得到轨迹灵敏度的计算模型,进而采用数值积分的方法获得轨迹灵敏度,该方法不仅计算代价大,且计算结果依赖于所建立的模型和参数的准确性。本文基于电力系统高阶模型,提出了基于轨迹计算单机系统和多机系统的轨迹灵敏度的卷积法,仅根据轨迹即可计算得到轨迹相对于元件参数的灵敏度以及轨迹相对于故障切除时间的灵敏度,避免了由数值积分计算轨迹灵敏度的方法对模型和参数的依赖,充分揭示了轨迹灵敏度与轨迹之间关系的物理本质。该方法避免了参数的误差对计算精度的影响,且计算简单,极大地减小了轨迹灵敏度计算代价,为基于轨迹的电力系统动态分析提供了重要的理论支持。本文深入研究了电力系统数值仿真验证面临的困难,提出了基于轨迹分段的振荡模式识别方法。并基于轨迹特征给出了评价仿真精度的误差指标。给出了基于轨迹灵敏度确定仿真误差源的方法。最后通过对动模实验室两机系统的事故后仿真复现验证了本文提出的误差指标和误差溯源方法的有效性。本文基于电力系统分块仿真验证思想,深入分析了基于混合动态仿真的电力系统仿真解耦基本原理及实现方法,提出了基于实测电压轨迹的混合动态仿真方法,实现了电网的分块仿真验证。通过对实际电力系统和新英格兰10机系统的分块仿真验证,说明了该方法的有效性。为提高大区电网仿真验证的效率,本文开发了基于Matlab环境的电力系统模型参数校正软件。软件基于电力系统分析软件PSAT为计算内核,可自动实现对电力系统的分块解耦,确定仿真误差源,自动进行模型参数的校正,为实现大规模电力系统的仿真验证提供了有效的工具。

全文目录

中文摘要  5-6
英文摘要  6-10
第一章绪论  10-20
  1.1 电力系统数值仿真可信度研究的意义  10-11
  1.2 电力系统数值仿真验证的研究历程  11-14
  1.3 轨迹灵敏度研究及其在电力系统动态分析中的应用现状  14-17
    1.3.1 轨迹灵敏度计算方法的研究  15
    1.3.2 轨迹灵敏度在电力系统动态安全分析中的应用  15-16
    1.3.3 轨迹灵敏度在电力系统仿真验证中的应用现状  16-17
  1.4 本文的主要工作  17-20
第二章基于动态系统模型的轨迹灵敏度计算方法  20-25
  2.1 电力系统的数学模型  20-22
    2.1.1 混杂系统数学模型  20-21
    2.1.2 连续动态系统的数学模型  21-22
  2.2 基于模型参数的轨迹灵敏度计算方法  22-24
    2.2.1 混杂系统轨迹灵敏度计算方法  22-23
    2.2.2 连续动态系统轨迹灵敏度计算方法  23-24
  2.3 小结  24-25
第三章基于轨迹的轨迹灵敏度计算方法  25-48
  3.1 基于轨迹计算轨迹灵敏度的卷积法原理  25-27
  3.2 阶跃扰动下基于轨迹的轨迹灵敏度计算方法  27-38
    3.2.1 单机系统的轨迹灵敏度计算方法  27-30
    3.2.2 多机系统的轨迹灵敏度计算方法  30-33
    3.2.3 算例分析  33-38
  3.3 短路方式下基于轨迹的轨迹灵敏度计算方法  38-46
    3.3.1 单机系统中轨迹相对于系统参数的灵敏度计算方法  38-41
    3.3.2 单机系统中计算轨迹相对于故障切除时间灵敏度计算方法  41-42
    3.3.3 多机系统中轨迹相对于参数的灵敏度计算方法  42-43
    3.3.4 算例分析  43-46
  3.4 其他扰动形式下基于轨迹的轨迹灵敏度计算方法  46
  3.5 小结  46-48
第四章基于轨迹灵敏度的电力系统数值仿真模型参数校正  48-64
  4.1 数值仿真误差评价指标体系及其计算方法  48-54
    4.1.1 电力系统动态轨迹特征识别方法  48-52
    4.1.2 基于轨迹特征的数值仿真误差评价指标体系  52-54
  4.2 基于轨迹灵敏度的模型参数校正方法  54-56
    4.2.1 基于轨迹灵敏度的参数影响因素排序  54
    4.2.2 基于非线性最小二乘法的模型参数校正  54-55
    4.2.3 待校正参数的独立性分析  55-56
  4.3 算例分析  56-63
  4.4 小结  63-64
第五章基于实测轨迹的复杂电力系统仿真误差溯源  64-85
  5.1 复杂电力系统仿真误差溯源面临的困难  64-65
  5.2 基于轨迹的电力系统同调群识别  65-71
    5.2.1 主成分分析的基本思想  66
    5.2.2 主成分分析的数学模型  66-67
    5.2.3 主成分分析在电力系统同调分群中的应用  67-68
    5.2.4 算例分析  68-71
  5.3 基于轨迹的复杂电力系统解耦降维方法  71-83
    5.3.1 基于实测轨迹的电力系统解耦原理  72-74
    5.3.2 基于实测电压轨迹的解耦降维方法  74-76
    5.3.3 基于解耦降维的电力系统模型参数校正  76-83
  5.4 小结  83-85
第六章电力系统模型参数校正系统开发  85-97
  6.1 基于PSAT 的仿真平台基本功能  85-90
  6.2 基于PSAT 的电力系统模型参数校正系统  90-96
    6.2.1 软件结构  90
    6.2.2 软件的功能  90-96
    6.2.3 分析结果的输出方式  96
  6.3 小结  96-97
第七章结论  97-99
参考文献  99-107
致谢  107-108
附录  108-112
个人简历、在学期间参加的科研工作及学术论文发表  112-113

基于轨迹的轨迹灵敏度计算及电网仿真验证研究

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