基于电子电力变压仪电力平台稳定性概述

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1、基于电子电力变压仪电力平台稳定性概述1绪论1.1课题背景与意义电力工业是国民经济发展和社会建设必不可少的基础性公用事业。改革开放以来，我国经济快速发展，电网建设也迅速增强。自进入二十一世纪以来，我国迈入重工业化时代，工业用电迅速增长，对供电质量要求很高的高精尖产业越来越多，同时国民生活水平迅速提高，居民用电增长较快，对供电可靠性及供电质量都提出了较高要示。为了满足不同用户的用电需求，我国己实行区域电网互联，全国大联网给电力系统稳定性带来了很多不利影响，使区域电网间的低频振荡频繁发生，使影响系统稳定的因素增多，事故处理难度增大。传统煤炭、石油等储量有限，我

2、国能源供需缺口不断扩大，2008年缺口己达2.5亿吨标准煤，如今石油对外依存度己超过50%。同时，当今世界对环境保护与可持续发展问题越来越重视。在这种背景下，各类分布式清洁能源系统如风电、太阳能发电及小水电等大量应用于电网。如何实现其同步并网，并解决并网后可能出现的谐波及稳定问题成为各电力工广泛关注的课题。在欧美国家，智能电网的建设己上升到国家战略层面，成为国家级的能源政策。进入21世纪以后，随着我国经济和社会的发展，智能电网建设的理念逐步趋于统一，智能电网在优化能源结构、提高能源配置能力的同时，还应实现经济高效以及与用户的友好互动，对供电灵活性提出了很

3、高的要求。变压器作为电力系统的基本元件之一，是电力系统中应用数量最多的输变电设备。传统变压器因其体积大、功能单一、谐波污染严重、能耗高等特点己不能适应上述各方面的要求。因此，研究新型的变压器己成为趋势。随着大功率电力电子器件的发展，越来越多的学者关注于电子电力技术与传统变压器的结合，因此诞生了电子电力变压器(ElectronicPoer，EPT)。1.2电力系统稳定性分析方法从不同的角度对电力系统稳定性进行分类可得到不同的定义。按其研究对象可分为功角稳定性、频率稳定性及电压稳定性；按稳定性问题涉及的时间可分为短期稳定性、中期稳定性和长期稳定性；按系统受到

4、扰动的大小可分为暂态稳定性(大干扰稳定性)和静态稳定性(小干扰稳定性)；根据我国电网运行与控制标准化技术委员会于2001发布的《电力系统安全稳定导则》[1]，电力系统稳定性又可分为静态稳定性、暂态稳定性和动态稳定性。本文主要研究基于电子电力变压器的电力系统暂态稳定性、小干扰稳定性以及其对系统阻尼的影响。电力系统暂态稳定性是指系统在正常运行状态下受到较大的干扰时，能否达到一个可以接受的稳定运行状态并在该状态继续运行的能力。目前针对电力系统暂态稳定性的分析方法主要有以下三种：时域仿真法、直接法以及混合法。时域仿真法将电力系统中发电机、负荷、输电线等元件用相应

5、的数学模型进行描述，根据各元件之间的拓扑关系写出电力系统暂态微分方程组，设置扰动后求解该微分方程组，得出系统各变量随时间的变化曲线，并根据系统中发电机功角、母线电压、有功无功等的变化情况对系统稳定性做出判断；直接法是从系统能量的角度研究暂态稳定问题，可分为基于扩展等面积准则法和基于暂态能量函数法，该方法的思想源于单机无穷大系统中的等面积定则，通过构造恰当的暂态能量函数及选取合适的临界能量值来判定系统稳定性及分析稳定裕度；混合法综合了上述两种方法，首先对电力系统进行时域仿真，再用能量函数法对仿真结果进行分析并得到稳定裕度，可靠性较强。本文采用时域仿真法对基

6、于电子电力变压器的电力系统稳定性进行分析。2EPT潮流计算2.1引言潮流计算是电力系统其他一切计算与控制的基础，研究系统的运行方式、控制特性、暂态稳定性及小干扰稳定性等均需以系统潮流计算为基础。EPT潮流计算需完成系统中各电压幅值、相角的计算及EPT各控制变量、状态变量稳态值的确定。EPT中包含有直流环节，与统一潮流控制器(UPFC)及新一代基于电压源换流的高压直流输电(VSC-HVDC)系统在结构上有一定的相似性。针对含有UPFC的电力系统及VSC-HVDC交直流混合系统的潮流计算国内外己有研究。文献[17]最早将牛顿潮流算法引入VSC-HVDC潮流计

7、算[20]；文献[18]针对多端VSC-HVDC潮流计算推导了电压源换流器数学模型，并针对不同的控制方式提出了相应的交直流潮流交替求解方法；文献[19]将VSC-HVDC对系统的作用等效为注入功率，基于该方法设计了交直流交替求解潮流算法，并利用PSASP/UPI功能对该算法进行了实现；文献[20]对VSC-HVDC的稳态特性及潮流算法做了较详细的介绍，对文献[17][18]存在的容量约束，模型不统一等问题进行了完善，基于PSASP的UPI功能实现了VSC-HVDC交直流混合电力系统的潮流计算。但是针对EPT潮流计算数学模型及基于EPT的电力系统潮流计算方

8、法的文献还较少见。本章首先分析了EPT的稳态功率特性，提出了其稳态控制方法，提出