近年來,我國電網(wǎng)大力發(fā)展特高壓輸電,電壓等級(jí)與電網(wǎng)規(guī)模逐年提升。在實(shí)現(xiàn)能源大規(guī)模、遠(yuǎn)距離輸送和大范圍優(yōu)化配置的同時(shí),直流閉鎖故障時(shí)有發(fā)生,從而引起大功率缺失事故,進(jìn)而可導(dǎo)致系統(tǒng)頻率急劇降低,使得低頻減載事故發(fā)生幾率升高。作為頻率控制的首道防線,快速頻率響應(yīng)是大功率缺失下阻止頻率大幅下降的關(guān)鍵措施。而系統(tǒng)中大量接入的風(fēng)電等新能源其本身缺乏頻率響應(yīng)能力,同時(shí)擠占常規(guī)機(jī)組的發(fā)電空間,進(jìn)而造成系統(tǒng)頻率響應(yīng)能力下降,因此必需合理補(bǔ)充和配置系統(tǒng)的快速頻率響應(yīng)資源。配置系統(tǒng)快速頻率響應(yīng)資源的首要問題就是要準(zhǔn)確分析常規(guī)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)及其調(diào)頻能力。在以往的機(jī)組頻率響應(yīng)能力分析中通常采用靜態(tài)觀點(diǎn)刻畫機(jī)組的狀態(tài)與調(diào)頻能力,即認(rèn)為機(jī)組頻率特性系數(shù)為定值,不隨外部工況變化。然而在不同運(yùn)行工況下,機(jī)組的真實(shí)頻率響應(yīng)能力較其靜態(tài)觀點(diǎn)下所描述的能力具有一定偏差,于是造成靜態(tài)觀點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)頻率響應(yīng)能力描述的不準(zhǔn)確。當(dāng)系統(tǒng)頻率響應(yīng)能力裕度較大時(shí),這種不準(zhǔn)確尚可接受;但裕度臨界時(shí),這種偏差則會(huì)引起較大問題,即在大功率缺失下系統(tǒng)頻率響應(yīng)能力緊張之時(shí),以靜態(tài)觀點(diǎn)描述機(jī)組的頻率響應(yīng)能力難以精準(zhǔn)體現(xiàn)其真實(shí)能力,不利于對(duì)系統(tǒng)頻率響應(yīng)能力的準(zhǔn)確估計(jì),也會(huì)影響系統(tǒng)頻率響應(yīng)備用的合理配置。因此,有必要從動(dòng)態(tài)的角度去描述機(jī)組頻率響應(yīng)能力。本文在分析現(xiàn)有水電機(jī)組靜態(tài)模型的基礎(chǔ)上研究了水電機(jī)組的全參數(shù)模型,并指出其傳遞系數(shù)計(jì)算復(fù)雜,求取困難等不適用于動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)特性研究的問題。針對(duì)大功率缺失下水電機(jī)組快速頻率響應(yīng)的需求,以水輪機(jī)運(yùn)行特性的若干簡化條件為出發(fā)點(diǎn),考慮水輪機(jī)外部參數(shù)變化的影響,通過相關(guān)公式推導(dǎo),建立體現(xiàn)水頭高度以及負(fù)荷大小動(dòng)態(tài)影響的水電機(jī)組改進(jìn)模型。該模型能夠相對(duì)快速并準(zhǔn)確地體現(xiàn)水電機(jī)組動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)特性,適用于水電機(jī)組快速頻率響應(yīng)動(dòng)態(tài)分析。在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出水電機(jī)組動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)特性系數(shù)的解析表達(dá)式,可直接描述水電機(jī)組快速頻率響應(yīng)頻率暫穩(wěn)值隨外部工況動(dòng)態(tài)變化的情形。仿真算例表明,所建立的動(dòng)態(tài)模型既能夠規(guī)避全參數(shù)模型傳遞系數(shù)求取復(fù)雜等問題,又能相對(duì)準(zhǔn)確地對(duì)水電機(jī)組快速頻率響應(yīng)動(dòng)態(tài)特性加以描述。以此模型應(yīng)用在快速頻率響應(yīng)的相關(guān)仿真計(jì)算中,可針對(duì)機(jī)組所處外部參數(shù)的不同,準(zhǔn)確估計(jì)水電機(jī)組的動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)能力,為頻率響應(yīng)資源的合理配置提供依據(jù)。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TV734
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 研究必要性
    1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 快速頻率響應(yīng)研究現(xiàn)狀
        1.3.2 水電機(jī)組快速頻率響應(yīng)研究現(xiàn)狀
    1.4 本文主要工作
2 快速頻率響應(yīng)機(jī)理分析
    2.1 負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性
    2.2 發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)頻率特性
    2.3 電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)節(jié)
    2.4 電力系統(tǒng)頻率的二次調(diào)節(jié)
    2.5 快速頻率響應(yīng)過程的動(dòng)態(tài)分析
    2.6 本章小結(jié)
3 水電機(jī)組頻率響應(yīng)相關(guān)模型結(jié)構(gòu)分析
    3.1 水電機(jī)組頻率響應(yīng)物理過程分析
    3.2 水電機(jī)組頻率響應(yīng)相關(guān)模塊基本模型研究
        3.2.1 水電機(jī)組發(fā)電機(jī)及負(fù)荷模型
        3.2.2 水電機(jī)組控制系統(tǒng)模型
        3.2.3 水電機(jī)組水輪機(jī)及其引水系統(tǒng)常用模型
        3.2.4 建立動(dòng)態(tài)模型工作重點(diǎn)聚焦
    3.3 本章小結(jié)
4 水電機(jī)組快速頻率響應(yīng)動(dòng)態(tài)模型的建立
    4.1 水輪機(jī)及其引水系統(tǒng)全參數(shù)模型
        4.1.1 全參數(shù)模型及水錘效應(yīng)
        4.1.2 全參數(shù)模型運(yùn)用于快速頻率響應(yīng)分析時(shí)的問題
    4.2 水輪機(jī)及其引水系統(tǒng)靜態(tài)模型
    4.3 水輪機(jī)及其引水系統(tǒng)改進(jìn)模型
        4.3.1 水輪機(jī)簡化假設(shè)分析
        4.3.2 改進(jìn)模型傳遞系數(shù)
        4.3.3 考慮外部參數(shù)的水輪機(jī)及其引水系統(tǒng)改進(jìn)模型
    4.4 水電機(jī)組控制系統(tǒng)調(diào)速器簡化模型
    4.5 水電機(jī)組快速頻率響應(yīng)改進(jìn)模型
        4.5.1 水電機(jī)組快速頻率響應(yīng)改進(jìn)模型結(jié)構(gòu)
        4.5.2 水電機(jī)組動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)特性系數(shù)的求取
    4.6 本章小結(jié)
5 模型正確性與可用性的仿真驗(yàn)證
    5.1 仿真方案及參數(shù)設(shè)置
    5.2 不同工況點(diǎn)下三種模型快速頻率響應(yīng)效果對(duì)比
    5.3 水頭H與負(fù)荷P對(duì)動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)及水錘效應(yīng)的影響
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

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