分布式发电系统建模及稳定性仿真(4)

天津大学博士学位论文第一章绪论对称部分进行分离，对称部分采用序分量法（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ

ｍｅｔｈｏｄ－ＳＣＭ）表示，而不对称部分采用相分量法（ｐｈａｓｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｍｅｔｈｏｄ－ＰＣＭ）表示，两者采用矩阵变换相结合。这些处理方法比较适合于输电系统，是一种扩展故障分析方法。文献【４５］在不增加网络节点的条件下，把网络中相应元件的导纳用相分量特征导纳代替，用于故障计算。文献【４６］基于相分量法，建立了横向、纵向故障接口电路的通用相分量模型，推导了三相元件与平行线路的相分量阻抗矩阵。文献［４７］推导了跨线接地和不接地故障的通用相分量模型。文献【４８］推导了同杆双回线断相故障相分量模型。

由于不对称问题突出，动态元件和网络的机网接口也需要修正。在不平衡电网中，旋转电机一般采用所谓的三相【Ｙ纛】导纳矩阵和网络接ＣＩ，【Ｙ０】是采用动态元件的序分量构成，再通过对称分量变换和三相网络进行接口。文献［４９］［５０】给出了在不平衡网络、不对称故障情况下，同步发电机和异步电动机的『Ｙ＾。１建模方法。文献【５１】提出了一种新的异步电动机模型，该模型与三相网络接口的『Ｙ＾。１中不显式含有滑差，因此在每一时步计算过程中全系统节点导纳矩阵不需要随滑差更新，降低了网络的非线性程度，加快了仿真计算时间。文献【５２］讨论采用相分量模拟的不对称故障和文献【５ｌ】提出的异步电机模型在不对称暂态稳定性仿真的使用情况，仿真结果表明某种情况下忽略不平衡因素会造成较大仿真误差。文献【５３］讨论了在不平衡配电系统中对开断电容器和并联型故障的模拟方法。文献【４０］［５４］基于以上提出的『Ｙ＾。１导纳矩阵动态元件模型、以及相坐标系下元件模型和故障模拟方式，给出了大规模不平衡配电系统暂态稳定性仿真算法的一般流程，采用是显式交替求解数值计算方法。

３）分布式发电系统稳定性算法概述

分布式发电系统稳定性仿真计算关注的重点是系统的慢动态过程，由于忽略电网内部快速电磁暂态过程，因此网络元件采用准稳态模型进行描述１５５１，同时对电力电子器件忽略开关动态过程，采用准稳态模型描述ｍ】。对于分布式发电系统稳定性建模与仿真，目前主要针对以下两种情况进行研究：

第一种情况，分布式电源设备采用交流电机直接并入电网的稳定性仿真计算研究【４】【５】【６】，以燃气轮机和风力发电系统最为普遍，这种稳定性仿真算法中动态元件的建模和网络的建模方法和原有输电系统暂态稳定性算法没有本质的区别，主要是网络电压等级和拓扑结构有所不同，比较适合于中高压配电系统接入分布式电源的稳定性仿真研究。．

第二种情况，分布式电源或者储能装置接入低压配电系统的稳定性仿真研究ＩＴ］Ｉ引。这种情况下，分布式电源和储能装置一般采用电力电子设备并入配电网络，电力电子设备的使用减少了系统中的旋转储能，同时光伏发电、燃料电池等静止

天津大学博士学位论文第一章绪论型电源具有很小的惯性，在系统发生大扰动时无法提供有效的功率支撑，需要配合储能元件共同维持系统的全局稳定性。在分布式发电系统中，储能系统主要有三方面作用：（１）尽可能使分布式电源运行在一个比较稳定的输出水平，对系统起稳定作用；（２）对于太阳能和风能这样的可再生能源，由于其固有的间歇性，相关发电系统的输出随时变化，甚至可能停止发电。此时，储能系统可起到过渡作用，保持对负荷的正常供电；（３）ｆｌ邑够使不可调度的分布式发电系统作为可调度机组并网运行１５７］。这与传统大电网主要依靠发电机和电动机的旋转备用储能来维持系统稳定性的方式截然不同。文献［７】探讨了电力电子设备接入之后系统的“零惯性”特征，以及电力电子装置与分布式电源、电网之间的交互影响过程。文献【８】［５５】着重探讨了逆变器主导型低压微网（Ｉｎｖｅｒｔｅｒ

ＬＶＤｏｍｉｎａｔｅｄＵｎｂａｌａｎｃｅｄＭｉｃｒｏｇｒｉｄｓ）稳定性算法，“逆变器主导’’的含义是指网络的主导动态过程由逆变器的控制系统决定，在这种情况下可以将逆变器视为一种特殊的发电机，其系统稳定性主要由并网逆变器的控制策略决定，如恒功率控制１５６１、恒频恒压控制１５８］、下垂控制１５８］等，由于仅仅对逆变器动态进行建模，系统刚性程度不高，因此文中采用显式交替求解算法进行仿真求解，若考虑将稳定性仿真算法扩展到分布式电源或者储能装置的动态建模，需要采用数值稳定性更高的数值计算方法。

分布式发电系统结构特殊性导致了其稳定性计算方法需要解决新的问题，分布式发电系统网络模型的复杂性导致了动态元件和网络接口方法更加复杂，如果采用隐式算法，ＤＡＥ系统的联立方程对应迭代雅克比矩阵求取异常困难。当所涉及的模型或函数具备较强的变结构或变参数特征时，将使仿真系统的开发工作大大复杂化。为了解决雅克比矩阵求解问题，众多学者提出了很多新方法，例如文献【５９］采用自动微分法，可以直接给出函数对各变量的导数值，计算效率较高，但要求原函数能够分解为初等函数以及初等运算，当被仿真的系统结构发生显著变化时，形成雅克比矩阵的计算量大为增加；文献【６０］［６１】提出了利用Ｋｒｙｌｏｖ子空间方法中的通用最小留数法－－ＧＭＲＥＳ方法研究电力系统暂态稳定性仿真算法中的线性方程组迭代求解问题，实质上是采用一种不精确牛顿法计算线性方程组的解，不需要显式求解系统的Ｊａｃｏｂｉａｎ矩阵，而是采用有限差分的方式实现Ｊａｃｏｂｉａｎ矩阵和向量乘积计算，但是对于矩阵需要进行预处理，才能提高迭代的收敛性能。此外在小扰动稳定性分析中，可以采用数值微分法求取雅克比矩阵【６２】。

天津大学博士学位论文第一章绪论１．４分布式发电系统稳定性仿真软件开发

针对于分布式发电系统不同的时间尺度下的模型，需要采用不同的计算工具进行仿真研究。目前国内外主要采用的是以电磁暂态为主的仿真工具，如ＥＭＴＰｌ６３１，ＥＭＴＰ．ＲＶ、ＡＴＰ、ＰＳＣＡＤ、ＭｉｃｒｏＴｒａｎｇｌＭａｔｌａｂ／ＳｉｍＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ等离线电磁暂态仿真软件，分析扰动前后分布式电源与网络中其它元件在故障或操作过程中及其后详细的快速动态响应特性。

随着时间快速衰减，快速变化过程消失后，在更长的时间框架中机械传动过程、热力学动态以及化学和电化学反应这些较大时间常数的动态过程逐渐成为系统稳定性的主导因素【５引。考虑到网络规模、电磁暂态仿真计算速度等因素１６４１，采用稳定性仿真程序分析这些慢动态过程是合适的选择。

传统的ＰＳＳ／Ｅ｜６５１，ＢＰＡ［２０］等机电暂态分析软件已经内置了典型风力发电系统、以及燃汽轮机的原动调速装置的部分模型，ＤＩｇＳＩＬＥＮＴｌ６６１计算分析软件提供了相对比较完整的电力电子装置控制系统模型，但是这些软件对分布式电源建模仍然是以用户自定义方法为主，比较适合对于传统输电系统大容量发电机组、大型风电场建模研究。考虑到分布式发电系统电压等级、接入容量的限制，微网控制策略的特殊性，以及电源本身、电力电子装置控制系统的特点，以上提到的这些传统软件并不十分适合于分布式电源稳定性仿真计算研究。

稀疏存储技术被广泛用于软件的开发过程以解决计算规模和计算效率的问题１６¨；但是大多数商业软件如ＢＰＡ、ＰＳＳ／Ｅ中对于稀疏矩阵的处理是基于ＦＯＲ …… 此处隐藏：2632字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……