基于转子角度控制的发电调控理论研究

摘要

当前电网中源、荷特性日趋多样且呈现强不确定性，使集中式发电调度与控制方式逐渐面临挑战，依靠频率信号的集中式发电调度方式在决策效率、信道延迟以及频率信号的非同步性方面均出现问题，电网的集中式发电调度与控制手段需要做出改变，“分布自治与全局统筹”成为电网调度理论的一种发展方向。
　　近来，随着相角测量技术的迅速发展，一种基于PMU就地量测信息的同步发电机转子角度控制技术被提出并实现。这种控制方法利用GPS所提供的基准时标，构建全网统一的同步旋转坐标系，通过控制各台发电机转子在此坐标系中的位置，实现对发电机转子间相对角度的控制。这种依据局部转子角度量测信息对转子间相对位置实施控制技术的实现，为设计具有分散调控特征的电网调度机制提供了新的思路。
　　根据电网络理论，在一定电压水平下，对于给定的负荷需求，各台发电机的输出功率、电网中的潮流分布将由发电机转子间的相对位置（对应于发电机内电势间的相角差）所决定。因而，对发电机转子间相对位置进行控制，即调控各发电机转子角，也就等效地实现了发电在各机组间的分配。与此同时，不同于基于频率的发电控制方式，基于转子角度控制的发电方式具有功率的自平衡特性:发电机若可以在同步旋转坐标系下维持其转子角度的恒定，也就必然会保证电网频率的恒定，从而维持电力的供需平衡。可以看出，在该模式下，发电机仅需根据局部量测信息对其自身转子在同步旋转坐标系中的角度进行控制，便可以自动地实现电网功率的平衡与分配，从而，使基于转子角度的发电控制模式具有了分散控制的自然属性。
　　本文首先介绍了发电机转子绝对角度的定义方式，在由GPS标准时标建立的全球统一旋转坐标系中，利用PMU对发电机绝对转子角进行测量，并通过一个PID控制原理的转子角跟踪控制器来控制发电机转子追踪其角度目标值，数字仿真与动态模拟试验可以验证这种机制的可行性;其次，为快速确定含有角控发电机的电网中各个稳态电气量，需要与之相适应的潮流计算方法，通过分析角控模式下电网节点类型，确定了该模式下潮流方程的列写规则与雅克比矩阵的形成方式，最终形成角控模式下牛顿-拉夫逊潮流计算方法;最后，在潮流分析结果之上，罗列了角控模式下电网运行需要满足的典型运行约束，并以发电总成本最低为优化目标，构建角控模式下的电网发电调控模型。通过实例分析，表明本文所提潮流计算方法与发电调控模型的有效性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 课题研究现状及问题

1．2．1 发电调度理论研究现状

1．2．2 目前研究存在问题

1．3 本文的主要研究内容

第二章 发电机转子角度控制的基本概念

2．1 基于转子角跟踪的发电控制系统

2．1．1 发电机转子角的同步量测

2．1．2 转子绝对角度的跟踪原理

2．2 负荷在角控机组间的分配机制

2．2．1 负荷功率变化量在角控机组间的自动分配

2．2．2 角度控制目标值设置与潮流基态控制

2．3 动模验证

2．3．1 转子角度的可控性测试

2．3．2 转子角受控模式下的负荷跟踪

2．4 本章小结

第三章 定转子角下的潮流分析

3．1 参考节点的设定原则

3．2 角控模式下潮流方程的列写

3．3 牛顿-拉夫逊法求解潮流方程

3．4 算例分析

3．4．1 潮流计算收敛性检验

3．4．2 变动负荷在角控发电机组间的分配规则

3．4．3 IEEE 300节点标准系统测试

3．5 本章小结

第四章 转子角受控模式下的优化决策

4．1 角控模式下统筹决策的典型约束

4．1．1 节点功率平衡约束

4．1．2 角控发电机组的输出功率限制

4．1．3 角控发电机组的备用容量约束

4．1．4 系统静态稳定需求

4．2 模型描述及求解策略

4．2．1 目标函数

4．2．2 约束条件

4．2．3 优化变量及求解策略

4．3 算例分析

4．3．1 初始潮流状态下电网的运行经济性分析

4．3．2 发电机转子角优化后的电网运行经济性

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所发表的论文及参与的项目