【摘要】：近幾年以來,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內外電網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),同一擾動的情況下,電力系統(tǒng)的頻率偏移范圍將變得更大。當頻率偏移超出電力系統(tǒng)允許范圍時,由于頻率偏移導致電力系統(tǒng)連鎖故障的可能性大大增加,嚴重情況下甚至將出現(xiàn)頻率崩潰的現(xiàn)象。目前對頻率的相關研究大多是基于頻率響應曲線的求取,全時域仿真模型和簡化頻率響應計算模型是獲取電力系統(tǒng)頻率響應最常用的方法,但是簡化模型無法考慮頻率和鍋爐/輔機設備動態(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設備,其出力與頻率密切相關,而輔機的出力又會影響發(fā)電機的出力。因此,為了更好的闡述頻率大范圍偏移時電力系統(tǒng)的頻率響應特性,需要建立考慮頻率偏移對鍋爐/輔機影響的頻率響應擴展模型。全時域仿真模型隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大,求解所需的時間漸漸無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,通過簡化模型來快速求解電力系統(tǒng)的頻率響應曲線。全時域仿真已經在許多商業(yè)軟件中得到了廣泛的應用,但是目前仍然缺少簡化模型頻率響應計算軟件包,因此研發(fā)一個綜合的電力系統(tǒng)頻率響應計算軟件包對研究頻率的安全穩(wěn)定與緊急控制具有十分重要的意義。本文的主要內容如下:首先,針對鍋爐,汽輪機-調速系統(tǒng),發(fā)電機轉子方程以及發(fā)電廠輔機(給水泵)的特點及其動態(tài)行為,建立了考慮頻率偏移對鍋爐/輔機影響的頻率響應擴展模型。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"協(xié)調控制系統(tǒng)和主蒸汽流量及給水泵給水流量的調節(jié)過程。本文研究了模型中參數(shù)的對應關系,通過對實際運行數(shù)據進行分析和數(shù)據擬合,將擴展模型中的各參數(shù)之間建立數(shù)學聯(lián)系。其次,研究了系統(tǒng)頻率響應擴展模型對系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性的影響。通過擴展模型,在考慮頻率對電廠輔機(給水泵)影響的情況下,分析了系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性。擴展模型中以給水流量為主要控制量,通過頻率對給水流量的影響控制鍋爐燃料的輸入,進而達到間接控制發(fā)電機輸出功率的目的。通過模型仿真,闡述當電力系統(tǒng)發(fā)生大范圍頻率偏移時系統(tǒng)的頻率特性。然后,為了進一步分析系統(tǒng)頻率的靜態(tài)特性,以前述的頻率響應擴展模型為研究對象。通過施加固定的負荷突增擾動,仿真得到下一個功頻運行點;重復上述的步驟,最終得到更大頻率范圍內的發(fā)電機機組的靜態(tài)功頻特性曲線。依據得到的機組靜態(tài)功頻曲線,提出了靜態(tài)穩(wěn)定運行區(qū)域和穩(wěn)定區(qū)域邊界,并進行了頻率靜態(tài)穩(wěn)定性分析和暫態(tài)穩(wěn)定性分析,進一步發(fā)現(xiàn)并提出"頻率不穩(wěn)定"平衡點的概念。最后,全時域仿真已經有較為成熟的商業(yè)軟件,并且已經得到了廣泛的應用。然而目前仍缺少軟件支持基于簡化方法的頻率響應計算軟件包,開發(fā)一個涵蓋這些簡化模型的軟件包可以大大增加頻率動態(tài)分析的系統(tǒng)性和靈活性。軟件包程序使用常用的高級語言(Python)及編譯器,程序結構具有模塊化結構。程序應用接口的應用能較好的體現(xiàn)出軟件包可編程化和開放性的特點,程序應用接口不僅能實現(xiàn)基本的程序功能,還能實現(xiàn)更為復雜的高級應用。已實現(xiàn)的功能和高級應用包括:頻率響應計算、低頻減載整定、頻率安全評估和緊急切負荷臨界量。
[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.
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM712;TP311.52

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本文編號：2125269