适用于电力系统动态稳定分析的元件建模新方法钟志勇　谢志棠　王克文摘　要：介绍一种高度通用的电力系统元件建模新方法，简称为插入式模拟技术(Plug-inModelingTechnique或PMT)。其基本出发点是先将所有的系统元件转化为两类基本的传输模块，然后混合形成整个系统的状态空间方程。其中，任一系统元件均对应于一组子模块，通过联接界面而直接“插入”网络方程。基于此，可任意选取观测、控制信号，并易于处理状态方程与系统参数之间的关系。而对系统稳定性的分析则可采用时域/频域响应、特征根分析、模式分析及灵敏度分析。
关键词：动态稳定；电力系统；元件模拟。
分类号：TM712　文献标识码：A
文章编号：0258-8013(2000)03-0030-04ANOVELMODELINGTECHNIQUEFORMODERN
POWERSYSTEMDYNAMICSTUDIESZHONGZhi-yong　XIEZhi-tang　WANGKe-wen
(DepartmentofElectricalEngineering,TheHongKongPolytechnicUniversity)ABSTRACT：Ahighlyversatilemethod,knownasthePlug-inModelingTechnique(PMT),suitableformodelingstandardpowersystemcomponentsisintroduced.Componentmodulescanbeeasily`plugged''intoformthestatespacemodeloftheentiresystemirrespectiveofthesizeandcomplexityofthesystem.Anylocallyavailablevariablemaythenbeselectedasacontrolsignal.TheadvantagesofPMToverconventionalmodelsarediscussed.
KEYWORDS：dynamicstability;powersystem;modeling▲1　引言　　在电力系统动态稳定分析中，已有许多方法可用来描述发电机、网络及相关的控制系统^［1，2］。一些新的元件模型也相继提出^［3，4］。但有些问题尚可进一步探讨，具体体现在：(1)尽管采用格式化矩阵形式来形成状态空间方程可提高程序的效率和算式的清晰度，但限制了变化的灵活性。(2)增加新类型元件时，程序改动量较大。(3)限制了输入、输出信号的任意选取。(4)有些方法虽基于多机系统表达，但仍假定无穷大母线存在。(5)限制了特征根分析方法的充分利用。
　　在本文所介绍的PMT方法中，不是将控制系统的传输模块转化为微分、代数方程，而是将所有系统元件及网络方程转化为两类基本的传输模块，然后与控制模块混合形成整个系统的状态空间方程。首先以发电机和SVC为例介绍PMT方法，然后分析其特点及应用。2　元件模型　　在电力系统动稳分析中，各元件的总体联接关系如图1所示，即任一元件均通过有限的边界信号与电力网络相联，因此，在保留电力网络边界信号的前提下，可将每一元件独立地转化成一个基本传输模块子集。
2.1　电力网络
　　电力网络常以节点电压方程［Y］［ΔV］＝［ΔI］来描述。由于图1中的网络“输出”即元件的“输入”，为方便起见，可将网络中的节点分为三类：(1)该类节点上所联元件习惯于表达成电流输入型，如发电机节点，此类节点以下标“G”表示；(2)该类节点上元件适宜于表达为电压输入型，以下标“C”表示；(3)该节点上无元件，可在网络简化时消去。由于同一节点上的不同元件应有相同的电压，而电流则相加，所以大部分的元件节点应属(2)类。
　　消去了(3)类节点后的线性化网络方程可表达为　　(1)式中　ΔV、ΔI分别为元件的电压、电流偏差列矢量。并可进一步整理成　　(2)式中　ΔI_G、ΔV_C提供了所有元件所需的输入信号，而ΔV_G、ΔI_C则为元件输出信号。
　　由于负荷功率可表达成等值阻抗而加入节点导纳矩阵，负荷的电压特性可采用任意表达形式。例如，式(3)所示为指数函数表达形式。S＝P＋jQ＝P₀(V/V₀)^a＋jQ₀(V/V₀)^b　　(3)图1　总体联接图
Fig.1　OverallviewofPMTconnection2.2　发电机
　　在派克变换的dqo坐标系统下，发电机可用一组六阶模型的方程来描述。将这些方程线性化后,可表达成图2所示的由简单模块组成的传输图(含EXC、GOV及PSS)^［5］。加上表达坐标变换的传输模块后，发电机模块即可直接与网络相联。
2.3　静态无功补偿器(SVC)
　　对图3所示的典型SVC，其电抗及电压方程为^［6］，　　(4)
　　(5)　　将式(4)代入式(5)，线性化后得式(6)，并可生成图4所示的传输图。图4中的“控制器”模块详细表达于图5。图5中的BL为控制回路的输出，V_SVC和I_SVC则分别为SVC端点处的电压、电流量。　　(6)　　其它系统元件，如晶闸管串联补偿器(TCSC)、移相器(PS)、高压直流联接(HVDC)及相关控制部分、联络线等，均可方便地表达成对应的传输模块形式。3　系统构成　　参照图2、图4和图5，PMT仅使用图6所示的两类基本传输块和5类基本参数k、a、b、T_a及T_b。图6中的m和x分别代表非状态、状态变量。而每一传输块两端的节点编号则提供了各块之间的联接关系。图2　六阶发电机模型
Fig.2　Sixthordermachinemodule图3　SVC结构图
Fig.3　ConfigurationofSVC图4　SVC模块
Fig.4　SVCmodule[1][2][3]下一页