幻灯片 1
电力系统建模理论与方法 第七章 电力系统的其他建模
幻灯片 2
谢辉煌 第七章 电力系统的其他建模
第 4 章到第 6 章分别介绍了同步发电机组、动态等值、电力负荷的建模，这些是电 力系统建模的主要研究对象。电力系统建模还有许多研究方面，比如输电线路和动力系统。 近年来，可再生能源发电方兴未艾，微电网的研究日益增多，其建模问题也需要关注。所以， 本章介绍电力系统的其他建模问题。
首先，通用化建模需要在可行性的基础上进行。在建模时需考虑不同简化程度的元件 才有通用化建模的必要，如发电机模型，发电机可以用 3 阶、5 阶等不同详细程度的模型来表示，因此就需要考虑采用 1 种相对合理的模型，改 变成通用模型，以简化仿真分析；对于风力发电机中的常用结构传动系统也可以建成通用模 型进行分析；特别对于采用变流进行控制的风力发电机，对不同厂家的变流器模块需要考虑 其共有功能和特有功能，并需具有一定的可扩展性，且能满足不同风机模型的控制要 求，以达到通用化目的。
幻灯片 6 第七章 电力系统的其他建模
当分析参数的可观测性时，需要确定量测方程的独立性。所有的注人功率量 测(包括有功注人量测和无功注人量测)都可以由相应的支路功率量测线性表示。 因此就功率量测而言，每个支路只有式(7-5 )和式(7-6 )两个独立方程。由于高压输电网中 的电压量测一般精度较高，因此在参数估计时可以将电压量测值直接作为电压已知量。假定 支路电抗已经估计出来，则可以将式(7-6)代入式(7-5)以便消去支路角度差，从而可以求出 支路电容，方程如下
风资源概述： （1）风能的基本情况[1]
风的形成乃是空气流动的结果。风向和风速是两个描述风的重要参数。风向是指风吹来 的方向，如果风是从东方吹来就称为东风。风速是表示风移动的速度即单位时间内空气流动 所经过的距离。
风速是指某一高度连续 10min 所测得各瞬时风速的平均值。一般以草地上空 10m 高处的 10min 内风速的平均值为参考。风玫瑰图是一个给定地点一段时间内的风向分布图。通过它 可以得知当地的主导风向。
电力系统的其他建模
7. 2. 2 系统方程
幻灯片 20
第七章 电力系统的其他建模
Байду номын сангаас
幻灯片 21
第七章 电力系统的其他建模
幻灯片 22
第七章 电力系统的其他建模
幻灯片 23
第七章 电力系统的其他建模
幻灯片 24
第七章 电力系统的其他建模
幻灯片 25
第七章 电力系统的其他建模
幻灯片 26
第七章 电力系统的其他建模
如果电网中有许多参数都偏离了准确值，则参数的原始值将不能作为伪量测参与估计， 需要进一步研究这种恶劣局面下的参数估计。分析了单个电网数据断面下的参数可观测性， 提出了线路电容及电抗参数的估计方法。为提高电网参数的可观测性，引入了多个电网量测 数据断面及 PMU 相角量测，从而实现了电网参数的完全可观测估计。该方法对电网中的 PMU 配置要求较低，对于环网线路，只需要在每一个圈基组中有一至两个 PMU 配置点即可，下面
第七章 电力系统的其他建模
幻灯片 32
第七章 电力系统的其他建模
幻灯片 33
第七章 电力系统的其他建模
幻灯片 34
第七章 电力系统的其他建模
幻灯片 35
第七章 电力系统的其他建模
幻灯片 36
第七章 电力系统的其他建模
幻灯片 37
第七章 电力系统的其他建模
幻灯片 38
第七章 电力系统的其他建模
幻灯片 39
幻灯片 27
第七章 电力系统的其他建模
幻灯片 28
第七章 电力系统的其他建模
幻灯片 29
第七章 电力系统的其他建模
幻灯片 30 第七章 电力系统的其他建模
7.3 水电厂动力系统的建模 在以往的研究中，水电厂动力系统与电力系统经常是相互独立地进行。这样水、机、电
系统之间的相互影响的简化可能是不适当的，因此有必要把水、机、电 3 个方面结合起来进 行研究。
第七章 电力系统的其他建模 7. 1. 2 单电网断面下的参数可观测性分析
输电网中常规的 SCADA 量测包括功率量测和电压量测。首先分析输电线路两端的 有功及无功量测方程
上述四个功率方程分别受到除状态量外的电阻、电抗和电容三个参数的影响。由于高压输电 网的电阻参数很小，因此在式(7-1)和式(7-2 )中可以将和电导 g 有关的项直接略去。将式(7-3 ) 和式(7-4)相加，从而得到不含电导的无功方程表达式
为了求取电抗值，可以将式(7-9)代人式(7-10)消去角度，得到只含电抗参数未知量的 方程
根据这一方程组， 可以得到关于常规 SCADA 量测下单电网断面参数可观测性的几点结论:①不含连枝(圈基)的 电网其参数不可估计;由于辐射型电网不含任何环路，因此其参数不具备可观测性(何桦等， 2007d)。②只有当错误参数的数量不大于电网连枝数(即圈基数)时，参数估计才具有可观测 性。③只有当正确参数构成的支路能够生成电网的一棵树时，即错误参数恰好分布在电网的 连枝上时，参数估计才具有可观测性。 幻灯片 8
④ 造价低，运行维护简单，实际占地面积小；
⑤ 发电方式多样化，既可并网运行，也可以和其他能源如柴油发电、太阳能发电、水利发 电机组形成互补系统，还可以独立运行； ⑥ 单机容量小 幻灯片 55
第七章 电力系统的其他建模 7.4.2 风力发电系统通用化建模思路
风力发电系统通用化建模的目的是要将风电场中不同型号、不同参数的风机用一个 通用化模型表示。在仿真分析中运用该模型模拟不同风机的特性，从而有利于简化风电场建 模及其相关的仿真分析。因此，在进行风力发电系统通用化建模时，需 考虑下列问题：
第七章 电力系统的其他建模 7.1 输电线路的建模 7.1.1 概述
输电网参数的准确性是各种电网分析计算软件的基础。由于各种原因，线路及变压器 的参数往往存在一些错误或偏差，从而影响到在线及离线计算程序的可信度。随着电网量测 覆盖率及精度的提高，输电网参数估计的在线应用成为可能。
如果电网中只有少数参数错误时，可以借助 EMS 中的 SCADA 量测来进行参数估计，将具 有较高精度的 PMU 测量向量引人参数估计中，从而有可能取得更好的估计效果，但是其对 PMU 的配置要求较高。
传统上，分析电力系统的低频振荡时，都不考虑动力系统，因为动力系统的时间常数大， 即对应的频段低，与电力系统低频振荡的频段不重合(王青等，2006)。但是，随着电力系统 规模的扩大乃至全国联网，电力系统的振荡频率不断降低，乃至会出现 0. 1Hz 左右的超低
频。这时，动力系统的动态过程中有可能存在着与超低频振荡的周期具有相近时间常数的环 节，所以动力系统与电力系统超低频振荡的交互影响是一个值得研究的问题。
第七章 电力系统的其他建模 7.1.4 基于 PMU 的线路参数估计 每个圈基组需增加一个关于支路电抗的估计方程。目前许多省网都建设有
幻灯片 13
第七章 电力系统的其他建模
幻灯片 14
第七章 电力系统的其他建模
幻灯片 15
第七章 电力系统的其他建模
幻灯片 16 第七章 电力系统的其他建模 7.2 火电厂动力系统的建模
幻灯片 7 第七章 电力系统的其他建模
假定电网有 N 个节点，B 条支路，则式(7-9)的个数为 B 个。为了考察式(710)的个数，引人图论中的树枝和连枝的概念。树被定义为包含所有节点且不含闭合路径的 连通子图。构成树的支路称为树枝，而不属于树的支路称为连枝。只含一个连枝的回路称为 独立回路，或称圈基，对应线性空间中的线性无关向量。由树枝和连枝的定义可知，树枝的 数量为节点数减 1，连枝的数量为支路数减去树枝数，即 B-N 十 1，这也就是式(7-10)表示 的线性无关方程的个数。
第七章 电力系统的其他建模
幻灯片 40
第七章 电力系统的其他建模
幻灯片 41
第七章 电力系统的其他建模
幻灯片 42
第七章 电力系统的其他建模
幻灯片 43
第七章 电力系统的其他建模
片 44
第七章 电力系统的其他建模
幻灯
幻灯片 45
第七章 电力系统的其他建模
幻灯片 46
第七章 电力系统的其他建模
具体介绍该方法。
电力系统同步相量测量装置 Phasor Measurement Unit (PMU)用于进行同步相量的测量 和输出以及进行动态记录的装置。PMU 的核心特征包括基于标准时钟信号的同步相量测量、 失去标准时钟信号的守时能力、PMU 与主站之间能够实时通信并遵循有关通信协议。 幻灯片 5
第七章 电力系统的其他建模 7. 1. 3 多电网断面下的参数估计
为了进一步提高可观测的参数数量，可以利用多个电网数据断面进行参数估计。电网参 数值在很长的一段时间范围内基本不会有大的变化，因此，每增加一个电网断面，就增加了 如式(7-11)所示的一组方程组。由于未知量不变，而方程数量不断增加，因此就有可能不断 增加独立方程的个数，从而使得可求解的参数数量增加。以下就几个关键问题进行详细阐述。 7. 1. 3. 1 参数佑计原理
本节介绍了火电厂动力系统模型，应用特征根分析方法，计算分析火电厂动力系统与电 力系统超低频振荡的交互影响。 幻灯片 17
第七章 电力系统的其他建模 7. 2.1 火电厂动力系统模型
幻灯片 18 第七章
7. 2.1 火电厂动力系统模型
电力系统的其他建模
幻灯片 19 7. 2. 2 交互影响计算分析
第七章
风能的特点主要有：能量密度低、不稳定性、分布不均匀、可再生、须在有风地带、无 污染、分布广泛、可分散利用、另外不须能源运输、可和其它能源相互转换等。 幻灯片 52
第七章 电力系统的其他建模
幻灯片 53 第七章 电力系统的其他建模
风力发电的基本原理 风能具有一定的动能，通过风轮机将风能转化为机械能，拖动发电机发电。风力发电的原理 是利用风带动风车叶片旋转，再通过增速器将旋转的速度提高来促使发电机发电的。依据目 前的风车技术，大约 3m/s 的微风速度便可以开始发电。风力发电的原理说起来非常简单， 最简单的风力发电机可由叶片和发电机两部分构成如图 1-1 所示。空气流动的动能作用在叶 轮上，将动能转换成机械能，从而推动片叶旋转，如果将叶轮的转轴与发电机的转轴相连就 会带动发电机发出电来。