【摘要】：近幾年以來(lái),由于電力系統(tǒng)頻率發(fā)生大范圍偏移所引起的頻率崩潰以及國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)大停電的事故不斷增加。隨著大規(guī)�？稍偕茉唇尤腚娏ο到y(tǒng),同一擾動(dòng)的情況下,電力系統(tǒng)的頻率偏移范圍將變得更大。當(dāng)頻率偏移超出電力系統(tǒng)允許范圍時(shí),由于頻率偏移導(dǎo)致電力系統(tǒng)連鎖故障的可能性大大增加,嚴(yán)重情況下甚至將出現(xiàn)頻率崩潰的現(xiàn)象。目前對(duì)頻率的相關(guān)研究大多是基于頻率響應(yīng)曲線的求取,全時(shí)域仿真模型和簡(jiǎn)化頻率響應(yīng)計(jì)算模型是獲取電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)最常用的方法,但是簡(jiǎn)化模型無(wú)法考慮頻率和鍋爐/輔機(jī)設(shè)備動(dòng)態(tài)特性之間的相互影響。由于火力發(fā)電廠中有大量的輔機(jī)設(shè)備,其出力與頻率密切相關(guān),而輔機(jī)的出力又會(huì)影響發(fā)電機(jī)的出力。因此,為了更好的闡述頻率大范圍偏移時(shí)電力系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性,需要建立考慮頻率偏移對(duì)鍋爐/輔機(jī)影響的頻率響應(yīng)擴(kuò)展模型。全時(shí)域仿真模型隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,求解所需的時(shí)間漸漸無(wú)法滿足快速求解的需求。因此,需要保證在可接受的精度范圍內(nèi),通過簡(jiǎn)化模型來(lái)快速求解電力系統(tǒng)的頻率響應(yīng)曲線。全時(shí)域仿真已經(jīng)在許多商業(yè)軟件中得到了廣泛的應(yīng)用,但是目前仍然缺少簡(jiǎn)化模型頻率響應(yīng)計(jì)算軟件包,因此研發(fā)一個(gè)綜合的電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)計(jì)算軟件包對(duì)研究頻率的安全穩(wěn)定與緊急控制具有十分重要的意義。本文的主要內(nèi)容如下:首先,針對(duì)鍋爐,汽輪機(jī)-調(diào)速系統(tǒng),發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子方程以及發(fā)電廠輔機(jī)(給水泵)的特點(diǎn)及其動(dòng)態(tài)行為,建立了考慮頻率偏移對(duì)鍋爐/輔機(jī)影響的頻率響應(yīng)擴(kuò)展模型。模型考慮了鍋爐汽包壓力及主蒸汽壓力的控制系統(tǒng),"爐跟機(jī)"協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和主蒸汽流量及給水泵給水流量的調(diào)節(jié)過程。本文研究了模型中參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,通過對(duì)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和數(shù)據(jù)擬合,將擴(kuò)展模型中的各參數(shù)之間建立數(shù)學(xué)聯(lián)系。其次,研究了系統(tǒng)頻率響應(yīng)擴(kuò)展模型對(duì)系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性的影響。通過擴(kuò)展模型,在考慮頻率對(duì)電廠輔機(jī)(給水泵)影響的情況下,分析了系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性。擴(kuò)展模型中以給水流量為主要控制量,通過頻率對(duì)給水流量的影響控制鍋爐燃料的輸入,進(jìn)而達(dá)到間接控制發(fā)電機(jī)輸出功率的目的。通過模型仿真,闡述當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生大范圍頻率偏移時(shí)系統(tǒng)的頻率特性。然后,為了進(jìn)一步分析系統(tǒng)頻率的靜態(tài)特性,以前述的頻率響應(yīng)擴(kuò)展模型為研究對(duì)象。通過施加固定的負(fù)荷突增擾動(dòng),仿真得到下一個(gè)功頻運(yùn)行點(diǎn);重復(fù)上述的步驟,最終得到更大頻率范圍內(nèi)的發(fā)電機(jī)機(jī)組的靜態(tài)功頻特性曲線。依據(jù)得到的機(jī)組靜態(tài)功頻曲線,提出了靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域和穩(wěn)定區(qū)域邊界,并進(jìn)行了頻率靜態(tài)穩(wěn)定性分析和暫態(tài)穩(wěn)定性分析,進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)并提出"頻率不穩(wěn)定"平衡點(diǎn)的概念。最后,全時(shí)域仿真已經(jīng)有較為成熟的商業(yè)軟件,并且已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。然而目前仍缺少軟件支持基于簡(jiǎn)化方法的頻率響應(yīng)計(jì)算軟件包,開發(fā)一個(gè)涵蓋這些簡(jiǎn)化模型的軟件包可以大大增加頻率動(dòng)態(tài)分析的系統(tǒng)性和靈活性。軟件包程序使用常用的高級(jí)語(yǔ)言(Python)及編譯器,程序結(jié)構(gòu)具有模塊化結(jié)構(gòu)。程序應(yīng)用接口的應(yīng)用能較好的體現(xiàn)出軟件包可編程化和開放性的特點(diǎn),程序應(yīng)用接口不僅能實(shí)現(xiàn)基本的程序功能,還能實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的高級(jí)應(yīng)用。已實(shí)現(xiàn)的功能和高級(jí)應(yīng)用包括:頻率響應(yīng)計(jì)算、低頻減載整定、頻率安全評(píng)估和緊急切負(fù)荷臨界量。
[Abstract]:In recent years, the frequency crashes caused by the large frequency shift of the power system and the large blackout at home and abroad are increasing. With the large-scale renewable energy access to the power system, the frequency offset of the power system will become greater when the power system is connected to the power system, and the frequency offset is beyond the power system permission. In the range, the probability of the cascading failure of the power system is greatly increased because of the frequency offset, and the frequency collapse may even occur in serious cases. Most of the researches on the frequency are based on the frequency response curve, and the full time domain simulation model and the simplified frequency response model are the most effective ways to obtain the frequency response of the power system. But the simplified model does not take into account the interaction between the frequency and the dynamic characteristics of the boiler / auxiliary equipment. Because there are a large number of auxiliary equipment in the thermal power plant, its output is closely related to the frequency, and the output of the auxiliary machine will affect the generator's output. Therefore, the power system is better described in a large frequency range migration. The frequency response characteristic of the system needs to set up a frequency response expansion model considering the effect of frequency offset on the boiler / auxiliary engine. With the continuous expansion of the system scale, the time required for the whole time domain is gradually unable to meet the demand for rapid solution. Therefore, it is necessary to ensure that the model can be fast through the simplified model in the range of the acceptable precision. The frequency response curve of the power system is solved. The full time domain simulation has been widely used in many commercial software, but there is still a lack of the software package for the simplified model frequency response calculation. Therefore, the development of a comprehensive software package for the frequency response calculation of the power system is very important for the study of the safety and stability of frequency and the emergency control. The main contents of this paper are as follows: firstly, based on the characteristics and dynamic behavior of the boiler, steam turbine speed control system, generator rotor equation and power plant auxiliary machine (feed water pump), a frequency response extended mode considering the effect of frequency offset on boiler / auxiliary engine is established. The model takes into account the boiler drum pressure and the main steam pressure. The control system, the coordination control system of the "furnace heel machine" and the regulation process of the main steam flow and feed water flow rate of the feed pump. This paper studies the corresponding relation of the parameters in the model. By analyzing the actual running data and fitting the data, the mathematical connection between the parameters in the extended model is established. Secondly, the extended mode of the system frequency response is studied. The influence of the type on the frequency stability of the system. Through the expansion model, the frequency stability of the system is analyzed in the case of the influence of frequency on the auxiliary engine (feed water pump). In the extended model, the water flow is the main control quantity, the input of the boiler fuel is controlled by the effect of frequency on the water flow, and then the output of the generator is controlled indirectly. The purpose of power is to describe the frequency characteristics of the system when a large frequency shift occurs in a power system. Then, in order to further analyze the static characteristics of the system frequency, the frequency response expansion model described above is the research object. By applying the fixed load sudden increase disturbance, the next power frequency operation point is simulated and repeated. The above steps finally get the static power frequency characteristic curve of the generator set in a larger frequency range. Based on the static power frequency curve obtained, the static stable operation region and the stable region boundary are put forward, and the static stability analysis and transient stability analysis are carried out, and the "frequency instability" leveling is further discovered and proposed. In the end, full time domain simulation has more mature commercial software and has been widely used. However, there is still a lack of software support for frequency response computing packages based on simplified methods. Developing a software package that covers these simplified models can greatly increase the systematicness and flexibility of frequency dynamic analysis. The software package program uses the common advanced language (Python) and compiler, the program structure has the modular structure. The application of the program application interface can better reflect the features of the programmability and openness of the software package. The program application interface can not only realize the basic program function, but also realize the more complex advanced application. The application of the program application interface is realized. Functional and advanced applications include frequency response calculation, low frequency load shedding, frequency safety assessment and critical load shedding.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM712;TP311.52

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本文編號(hào)：2125269