学号_20080403703107_
密级________________
武汉大学东湖分校本科毕业论文
分布式小水电对受端电网运行稳定性
的影响
院（系）名 称：电子信息工程学院 专 业 名 称 ：通信工程 学 生 姓 名 ：
指 导 教 师 ：朱秋萍 教授
二○一二年五月
BACHELOR'S DEGREE THESIS OF DONGHU COLLEGE WUHAN
UNIVERSITY
The distributed small hydropower influence on the operation stability of
power grid
College ：Electronic and Information Engineering Subject ：Communication Engineering Name ：
Directed by ：Zhu Qiupin Professor
May 2012
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郑 重 声 明
本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。
本人签名： 日期： 2012年5月
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摘 要
随着分布式小水电电源容量的不断增大，其对主网安全稳定运行的影响不容忽视。本文以湘南电网为研究对象，以电力系统综合分析程序（PSASP）为研究工具，研究了分布式小水电对电网暂态稳定性的影响。
首先，运用统计综合原理和加权平均方法，提出了一种小水电集群的集结等效方法和含分布式小水电的配电网综合负荷等效建模方法，并以现场实际调查信息为依据确定了小水电集群集结等效模型的参数；利用PSASP构建了含分布式小水电的仿真系统，经仿真反演验证了上述等效建模方法的有效性和模型的正确性。
其次，采用5种计算模型，就夏季小方式（小水电满发，取系统夏季最小负荷）和冬季大方式（小水电最小出力，取系统冬季最大负荷）进行典型短路故障条件下的暂态稳定计算，比较研究了分布式小水电对受端电网暂态稳定性的影响。研究结果表明：考虑小水电动态特性后，湖南主网的暂态稳定性水平、特别夏小方式下主网系统的暂态稳定水平有了较大提高。但夏小方式下系统的稳定性仍较冬大方式下主网系统的稳定性差，因此，在夏小方式下，应特别重视主力电厂的出力安排并制定有效的稳控措施。
关键词：电力系统；分布式小水电；综合负荷建模；暂态稳定性
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ABSTRACT
The power supply capacity of small hydropower distributed is increasing, whose influence to the safe and stable operation of the main power grid cannot be neglected. Based on the southern power grid as the research object, taking the electric power system comprehensive analysis program (PSASP) for research tools, the paper studied how the small hydropower distributed influenced the power grid transient stability.
First of all, using statistical comprehensive principle and weighted average method,the paper puts forward a equivalent method of the small hydropower cluster and the comprehensive load equivalent modeling methods of distributed small hydropower power network, and with the actual investigation information as the basis,the thesis determined the small hydropower cluster rally equivalent parameters of the model; built distributed small hydropower simulation system by using PSASP, and the simulation verified the equivalent inversion the efficiency of the modeling method and the validity of the model.
Second, the five kinds of calculation model have a transient stability calculation in the summer small way and winter big way under the condition of a typical short circuit, and comparatively study how the small hydropower distributed influence power grid transient stability. The results show that: considering the small hydropower dynamic characteristics,the transient stability level of Hunan power grid,especially in summer small way,have improved greatly. But in summer small way the stability of the system is not better than the system under the winter big way.Therefore, in summer small way, attention should be paid to the main power plant output arrangement and make effective stability control measures.
Keywords: Electric power system; Distributed small hydropower; Comprehensive load modeling; Transient stability
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目 录
摘 要 .................................................................................................................................... IV ABSTRACT .......................................................................................... V 第一章 引言 ....................................................................................... 1 1.1 湖南电网概况 ................................................................................................................ 1 1.2 湖南小水电分布式电源发展现状 ................................................................................ 1 1.3 湖南小水电分布式电源对主网运行影响概述 ............................................................ 2 1.4 研究意义 ........................................................................................................................ 3 1.5 本文的主要工作和章节安排 ........................................................................................ 3 1.5.1 本文的主要工作 ....................................................................................................... 3 1.5.2 本文的章节安排 ....................................................................................................... 3 第二章 考虑小水电影响的配网综合负荷建模 .............................. 5 2.1 小水电分布式电源模型研究综述 ................................................................................ 5 2.1.1 研究意义 ................................................................................................................... 5 2.1.2 含小水电分布式电源综合建模研究的必要性 ....................................................... 5 2.1.3 研究动态 ................................................................................................................... 6 2.2 小水电综合等效建模及含小水电的配网综合负荷等效建模 .................................... 6 2.2.1 小水电机组特点及其等效建模思路 ....................................................................... 6 2.2.2 分布式小水电的综合等效建模 ............................................................................... 8 2.2.3 含分布式小水电的配网综合负荷等效建模 ......................................................... 14 2.3 含小水电的综合负荷模型的典型参数及推广应用 .................................................. 19 2.3.1 典型机组容量的确定 ............................................................................................. 19 2.3.2 典型机组参数的确定 ............................................................................................. 21 2.3.3 地区小水电差异性分析 ......................................................................................... 21 2.3.4 模型适用性的调整 ................................................................................................. 21 2.4 本章小结 ...................................................................................................................... 24 第三章 考虑分布式电源综合负荷模型对电网稳定性影响分析 25 3.1 前言 .............................................................................................................................. 25 3.2 仿真计算条件 .............................................................................................................. 25 3.2.1 计算数据及计算负荷水平 ..................................................................................... 25 3.2.2 仿真计算工具 ......................................................................................................... 25 3.2.3 暂态稳定判据 ......................................................................................................... 26 3.2.4 发电机模型 ............................................................................................................. 26 3.2.5 负荷模型 ................................................................................................................. 26 3.2.6 具体仿真使用模型 ................................................................................................. 26 3.3 计算结果及分析 .......................................................................................................... 29 3.3.1 湘西北地区暂态稳定水平分析 ............................................................................. 29 3.3.2 湘中地区暂态稳定水平分析 ................................................................................. 29 3.3.3 湘西南地区暂态稳定水平分析 ............................................................................. 30 3.3.4 湘南地区最小开机分析 ......................................................................................... 30
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3.3.5 总体分析 ................................................................................................................. 31 3.4 本章小结 ...................................................................................................................... 32 第四章 总结与展望 ......................................................................... 33 4.1 总结 .............................................................................................................................. 33 4.2 下一步的研究方向 ...................................................................................................... 34 参考文献 ........................................................................................... 35
致 谢 .................................................................................................................................. 37 附 录 .................................................................................................................................. 38
附录A 电压等级分层等效原则 ...................................................................................... 38 附录B 湘中与湘西北地区暂态稳定性计算结果图表 .................................................... 40
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第一章 引言
1.1 湖南电网概况
截止2010年10月底，湖南电网统调机组214台（不计风力发电机组台数），统调装机容量21504.98MW，容量同比增长4.77%。按调度关系分，网调调度装机容量5910MW，占统调装机容量的27.48%；省调直调及委托和许可调度装机容量15994.98MW，占统调装机容量的72.52%。按接入系统电压等级分，接入500kV系统的装机容量8360MW，占统调装机容量的38.87%；接入220kV系统的装机容量2307.48MW，占统调装机容量的10.73%。按机组类型分，火电装机容量11890MW，占统调装机容量的55.29%，其中600MW级及以上的机组8台；水电装机容量8318.68MW，占统调装机容量的38.68%；抽水蓄能机组装机容量1200MW，占统调装机容量的5.58%；风力发电装机容量36.3MW，占统调装机容量的0.17%；生物质能装机容量60MW，占统调装机容量的0.28%。
截止2010年10月底，500kV变电站16座（含艳山红开关站），500kV变压器24台，容量19000MVA，容量同比增长4.11%。220kV变电站135座（含黄秧坪和康田开关站），220kV变压器278台，容量33070.08MVA，容量同比增长19.18%，其中用户专用变电站25座，220kV变压器91台，容量6550.08MVA，同比增长27.82%。
截止2010年10月底，500kV线路43条，长度3747千米（含葛岗线在湖南境内的91千米和江复Ⅰ、Ⅱ线在湖南省境内的352千米），长度同比增长9.88%，其中用户专用线路48条，长度616千米，长度同比增长45.28%。
截止2010年湖南电网的年度最大负荷为17162MW，同比增长17.35%，最小负荷6339MW，同比增长31%；平均峰谷差3270MW，同比增长13.21%；用电量781.80亿千瓦时，同比增长18.68%。
1.2 湖南小水电分布式电源发展现状
小水电是小型水电站的简称。其装机容量规模因各国国情而异，如美国的小水电定为装机容量15000kW及以下，日本、挪威为10000kW及以下，土耳其为5000kW及以下。中国的小水电在现阶段主要是指由地方、集体或个人集资兴办与经营管理的，装机容量25000kW及以下的水电站和配套的地方供电电网。本课题中的小水电专指
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通过110kV以下电压等级并网的水电站。
湖南省河流密布，大小河流5341条，水力资源非常丰富。湘、资、沅、澧四水流域干支流的理论蕴藏量为15320MW。已查明可开发量达12990MW，其中100MW以下的中小水电可开发量达6830MW。按地区分布，水能资源理论蕴藏量主要分布在湘南、湘西。截止2010年底，110kV以下电压等级并网，总装机容量约为6900.8MW，5MW及以上约3567.74MW，占全水电装机容量的51.7%。
湖南小水电站具有分布式的电源特性，生态效益明显，具有多、小、灵活的特点。由于湖南省小水电绝大部分为径流式或库容较小的水电站，其运行受到季节性河流水量变化的影响。因此小水电的运行方式可分为两个阶段来观察，即夏季季节性雨水丰富，小水电机组满发的丰水期；冬春季节江河流量减小，小水电机组不发或者少发的枯水期。根据丰水期、枯水期用电负荷变化的情况，又可以具体分为丰水期大负荷、丰水期小负荷；枯水期大负荷、枯水期小负荷四种情形。小水电这种来水时集中发电，不来水时大量停发的运行特点，造成系统负荷预测偏差大，导致统调机组的开停计划性不强，影响系统潮流的优化调度，以及发电机组和输电设备检修的合理安排，并且大多数小水电站缺乏相关的稳定装置及控制设备，其可能与主网大机组之间产生低频振荡，影响主网系统的稳定性。
1.3 湖南小水电分布式电源对主网运行影响概述
小水电清洁分布式能源的大力发展，有利于促进湖南电网能源结构改善，缓解由于煤炭资源消耗所带来的环境污染压力，推进两型社会的建设。但是小水电的发电方式受气候影响大，出力具有较强的随机性和波动性，且由于其发电受地理环境因素的制约，呈现出分布广泛、容量小、出力具有较强的不确定性等特点。随着小水电分布式电源装机容量的不断增大，其对主网安全稳定运行的影响不容忽视。
湖南110kV以下电压等级并网总装机容量约为6900.8MW，而除白云电站等少数电站具有库容外，其余绝大多数小水电为径流式电站，调节能力差，负荷变化大，丰枯差大，给电网统调电厂的方式安排带来了较明显的影响。小水电站由于自身调节能力的限制，在极端天气条件下（如丰水期出现的短时干旱），其出力的急剧变化会给主网的安全稳定运行带来不利影响。因此，必须对小水电对主网安全稳定运行影响展开系统研究，在充分发掘分布式电源供电潜能的基础上，制定相应技术措施，抑制其
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对主网安全运行所产生的不良影响，确保主网的安全稳定运行。
1.4 研究意义
研究分布式小水电对主网安全稳定运行影响的基本手段是电网仿真，而电网仿真所需负荷模型一般是主网之220kV变电站的110kV或220kV母线的综合负荷模型，它是包括110kV及以下配电网络在内的综合负荷等效描述。在小水电分布式电源分散地接入配网侧的情况下，大量分布式电源成为电力系统配网侧综合负荷的重要组成部分，从而使原本就十分复杂的综合负荷特性的复杂程度大大增加。分布式发电技术的逐步推广而带来的分布式电源容量的不断增大，无疑将使这种影响成为决定配网侧综合负荷特性的重要因素。因此，如何准确描述分布式电源接入后的配网侧综合负荷特性成为电力系统综合负荷建模面临的新的挑战。
基于上述背景，本项目将深入研究含有大量特性各异、分布广泛、容量比例逐步增加的分布式小水电电源之配网侧综合负荷的建模原理、方法和技术，建立考虑小水电分布式电源影响的“广义综合负荷模型”；深入研究分布式小水电电源接入配网后暂态（功角、电压）稳定性及其规律性。通过上述研究，为考虑分布式小水电影响的电网仿真计算、受端配电网络规划提供模型以及理论方法与技术支持。因此，本项目的研究具有重要理论与实际意义，其成果具有广阔的推广应用前景。
1.5 本文的主要工作和章节安排
1.5.1 本文的主要工作
(1)实际调查了湖南电网及其小水电分布式电源发展现状； (2)提出了一种小水电集群的集结等效方法；
(3)提出了含分布式小水电的配电网综合负荷等效建模方法；
(4)根据实际调查确定了模型参数，并通过仿真分析验证其有效性和适用性； (5)采用5种模型（不同符合模型和网络的组合）的对比仿真，系统分析了小水电模型对湖南主网暂态稳定性的影响。 1.5.2 本文的章节安排
以下为本文各章节的简要概述：
第一章 引言，主要介绍本论文的课题背景，研究的意义和本文所做的工作。
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第二章 考虑小水电影响的配网综合负荷建模，说明了构建小水电分布式电源模型的研究意义和必要性，介绍了国内外研究现状；以莲塘变配电网为例，提出了一种小水电集群的集结等效方法和含分布式小水电的配电网综合负荷等效建模方法，据实际调查数据确定了小水电集群集结等效模型的参数；经仿真反演验证了上述等效建模方法的有效性和模型的正确性。
第三章 考虑分布式电源综合负荷模型对电网暂态稳定性影响分析，在常规主网仿真网络的基础上衍生出含湘南郴州配网、含全网小水电等效模型的仿真网络等五种仿真计算模型，从不同季节运行方式和不同负荷水平，对湖南电网各地区稳定水平进行了全面校核，特别是对湘南地区的稳定水平及最小开机方式进行分析研究；与基于当前正在使用的负荷模型的电网稳定计算分析结果进行比较。
第四章 结语，指出本课题研究的成果或观点，对其应用价值加以预测和评价，并指出今后进一步在本研究方向进行研究工作的展望与设想。
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第二章 考虑小水电影响的配网综合负荷建模
2.1 小水电分布式电源模型研究综述
2.1.1 研究意义
小水电属于分布式电源，研究分布式小水电对电网安全运行的影响的基本手段是电力系统仿真。电力系统仿真计算不但是电力系统动态分析与安全控制的基本工具，也是电力生产部门用于指导电网运行的基本依据。电力系统建模是仿真计算的基础，如果模型不够准确，在临界情况下有可能改变定性结论，或者掩盖一些重要现象。国际上近年来发生的一系列停电事故，比如美国与加拿大2003年的“8.14”事故、欧盟2006年的“11.4”事故等，事故分析报告中都指出由于所采用的模型缺乏准确性，难以再现事故特性。著名的案例是WSCC对1996年“8.10”事故的仿真，一开始电力负荷采用静态模型，仿真结果是稳定的，不能再现事故时出现的增幅振荡。而后通过修改电力系统模型和参数，特别是将电力负荷采用电动机加静态模型，才能够再现事故时的增幅振荡现象。
不恰当的模型会使得计算结果与实际情况不一致，或偏乐观，或偏保守，从而构成系统的潜在危险或造成不必要的投资。当缺乏准确模型时，人们常常试图采用所谓的“保守”模型，即模型计算出来的安全指标（如输送功率极限）比实际电力系统情况要低。这种做法对现代大型电力系统往往是不妥的。因为模型对大规模电力系统的正负影响事先难以确定，在某种情况下是“保守”的但在另一种情况下却是“冒进”的。我国电力生产部门采用传统的电力系统仿真模型指导电力生产时，已经发现互联电网的稳定水平达不到预期目标，造成电能传输阻塞，通过修改电力系统模型和参数有时能够提高传输功率极限达25%左右。所以建立合适的电力系统模型，能够提高传输能力，或者消除安全隐患，具有显著的经济和社会效益。 2.1.2 含小水电分布式电源综合建模研究的必要性
在研究一个大型区域电网时，由于网络结构复杂，电网电压等级跨度大，节点数众多，若要对所有的网络节点和元件进行详细仿真，其计算量会非常大，因此我们在对主网进行仿真时往往需要将低电压等级的网络和元件进行等效，而电网仿真所需负荷模型一般是主网之220kV变电站的110kV或220kV母线的综合负荷模型，它是包
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括110kV及以下配电网络在内的综合负荷的等效描述。而分布式电源通常是通过110kV及以下的网络上网的，为了深入研究低压配电网中广泛接入的分布式电源对电网的影响，有必要在对这些分布式电源的并网运行外特性进行分析的基础上，构建能满足适合主网仿真需要的等值模型。 2.1.3 研究动态
一、分布式电源建模方面
小水电建模方面，由于小水电采用的机组绝大多数是同步发电机，电源技术非常成熟，理论研究也对小水电电源特性研究得也比较透彻[1-3]。
二、含分布式电源配网综合负荷建模方面
含分布式小水电配网综合建模方面，由于小水电发展趋于饱和，以往对小水电的重视程度不够，因此对于小水电配网综合建模的具体实用方法提得不多，但以往用于主网机组参数确定和简化的方法可以值得借鉴[4-6]。
在一般性的含分布式电源配网综合负荷建模方面，就模型结构来看，目前已有一些文献就含分布式电源配网综合负荷建模方面进行了相关研究。文献[7]在简单仿真网络中运用总体测辨的建模方法从参数辨识拟合效果的角度分析了分布式电源接入容量对传统负荷模型适用性的影响。文献[8-11]分析了在分布式电源接入情况下，不同负荷模型结构各自的优缺点和适用场合。就综合等效模型参数确定方法来看，最常用的是统计综合法和总体测辨建模法。
在这些研究中并没有就具体的分布式电源的等效特性做出解释和说明，由于分布式电源的特性各异，研究结果的准确性和适用性都有待检验。因此为评估这些具体的分布式电源并网对系统的影响，构建含小水电的配网侧综合负荷模型并获取相应模型参数成为研究人员亟需解决的重要课题之一。
2.2 小水电综合等效建模及含小水电的配网综合负荷等效建模
2.2.1 小水电机组特点及其等效建模思路 2.2.1.1 小水电机组特点
小水电数目众多，接入方式多种多样，为了更加系统和规范地去研究小水电，在对小水电这种分布式电源建模之前，有必要对小水电的特点做出说明。以小水电丰富
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的郴州地区为例，通过对资兴、桂阳两地电网的小水电进行调查，发现小水电具有以下特点：
（1）小水电站采用的机组类型比较集中，小水电站发电机机组采用的绝大多数是凸极同步发电机，少数采用异步发电机。
（2）小水电站装机容量分布比较广，单机容量从几十千瓦到几十兆瓦不等。 （3）小水电站一般为径流式水电站，没有库容，调节能力很弱，在丰水期满发、在枯水期少发或停机不发，出力受季节性影响很大。 2.2.1.2 含小水电配网综合等效建模思路
在小水电分散区域，在变电容量允许的情况下，一般直接通过附近的配电网络上网发电，在小水电集中的区域，则是通过专变升压后送入主网。另外受小水电所在区域地理环境、流域、库容以及电网网架结构的影响，小水电并网发电所接入的配电网络层面会有所不同，上网点的电网电压等级可以从10kV、35kV到110kV不等，其接入的方式如图2.1所示。
110kV系统网络110/35kV35/10kV220kV110kV10/0.4kV图2.1 小水电各个电压等级接入示意图
由图2.1可以看出，同一个节点既可能是负荷接入点，又可能是小水电并网点，分布式小水电和负荷是交织在一起的，因此本研究提出按照电压等级分层等效的原则来对我们的含分布式小水电的综合负荷模型结构和参数进行分析。按照电压等级分层
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110/10kV小水电小水电10/0.4kV10/0.4kV小水电
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对小水电集群进行等效的具体思路和方法说明见附录A。
对小水电集群进行等效后，整个含分布式小水电的综合等效负荷模型结构如图2.2所示，由三个部分组成：等值小水电、传统负荷、网络等值阻抗，其中等值小水电是对网内所有小水电机群的一个总体等值。
系统220kV110kV等值小水电等值阻抗传统负荷图2.2 综合等效负荷模型结构
2.2.2 分布式小水电的综合等效建模 2.2.2.1 基本原理和方法
由于小水电数量多、地理位置分布广、容量大小不一、运行方式具有类似的季节性等特点，本课题采用统计综合和仿真反演检验相结合的方法来对小水电机群的综合等效进行研究，其流程图如图2.3所示。
等值小水电 模型结构基于统计综合法的模型参数确定模型有效性和适应性检验模型参数调整满足应用要求NY应用
图2.3 综合模型等效研究流程图
（1）首先确定等值小水电发电机组的模型结构；
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（2）在确定模型结构的基础上寻找模型参数的确定方法； （3）检验模型的有效性；
（4）调整模型参数最终满足模型应用要求。
以下几个小节将分别对上述的操作步骤和方法进行详细原理说明。 2.2.2.2 等值小水电机组模型结构的研究
对于等值小水电发电机组，通过上述章节中所述的小水电机组的特点，本研究对单个小水电机组的描述采用传统凸极同步发电机模型来进行等效。针对凸极机的特点，加之小水电发电机结构简单，忽略阻尼绕组动态特性，进而小水电机组可以用三阶微分模型进行等效描述，方程如式（2.1）所示。
dEq(xdxd)Id(KG1)Eq]TEfd[Eqd0dtdPTIq(xdxq)IdIq)D()2f0 (EqTJdtddt(1)2f0（2.1）
式中：xd、x′d、xq分别为发电机d轴同步电抗、d轴暂态电抗、q轴同步电抗； T′d0、TJ分别为d轴励磁绕组定子开路时间常数、转子惯性时间常数； E′q、ω、δ分别为q轴暂态电势、转速、转子位置角；
Efd为励磁绕组在定子绕组产生的电势；D为阻尼系数；KG为饱和系数；为中心角频率；PT为原动机输入功率。
励磁调节器用来维持端电压的恒定，小水电采用的励磁系统相比大型水电机组而言比较简单，为简化起见，对励磁系统采用比例反馈模型，其输入输出特性可用公式（2.2）来表示。
EfdEf0Kv(VV0)
（2.2）
调速器用来维持输出功率的恒定，由于小水电调速器的时间常数比较大，在暂态过程中，可以近似忽略其动态特性。 2.2.2.3 等值小水电机组模型参数的确定
在电力系统的动态等值方法中，基于发电机的同调等值法是最基本的一种，而在
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同调等值法的相关发电机群参数聚合中常用的是频域聚合法，但是聚合算法复杂，对于大系统等值时间长，针对配电网络结构复杂的特点，本研究采用加权聚合的方法对发电机集群参数进行聚合。如式（2.3）所示，G表示待聚合的发电机集群集合；Sj表示第j台机组的容量；Xj表示待聚合机组的参数。对于发电机的励磁系统也采用式（2.3）进行参数聚合。
XGSXSjjGjjGj
（2.3）
2.2.2.4 等值模型的验证
为了检验上述聚合方法的有效性，这里采取逐级等效验证的方法来进行对比分析。首先是对合兴电站的两台机组进行分析，如图2.4所示为合兴电站两台机组等效示意图，利用PSASP仿真软件分别对原系统和加权等值后的系统进行暂态稳定仿真，在上网馈线距离2080母线50%的位置处发生相同程度的三相短路故障，故障发生时间为2~2.2s，持续时间为0.2s。为了比较等效前后机组对系统暂态稳定影响，我们主要进行两个方面的分析：摇摆曲线分析和功率外特性分析。
其它10kV线路2080208110/6.3kV合兴1#系统网络35/10kV208210/6.3kV合兴2#35kV其它10kV线路110kV等效20802083合兴10/6.3kV 图2.4 合兴电站机组等效示意图
合兴电站的各发电机具体参数及采用容量加权等值法获取的相应的等值机组参数如表2.1所示。
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发电机母线名
表2.1 发电机参数
Ra(p.u) Xd(p.u) X’d(p.u) Xq(p.u)
T’d0(p.u)
Tj(p.u)
Sb(MVA)
（1）摇摆曲线分析
分别观察等值前后合兴电站附近的两个小水电（甘水电站和光明电站）的相对功角摇摆曲线，如图2.5所示。
403020功角（度）等效前等效后100-10-20-30-40-5001.22.43.64.867.28.49.610.812时间（秒）图2.5 等值前后发电机相对功角曲线 由图2.5可以看出，在12秒的仿真时间内，对合兴电站等值前后，系统其它电站之间相对功角曲线具有有较好的相似性，说明该等值方法是切实可行的。
（2）功率外特性分析
分别观察合兴电站等效前后，上网点2080#母线功率的变化情况，仿真结果如图2.6所示，等值前后的功率在电压下降的过程中的变化曲线基本重合，可见机组等值后的外特性是与等值前一致的，从电站对外总体特性的角度验证了该等值方法的正确性。
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等效前后2080#母线功率对比0.140.120.1功率（p.u）等效前等效后0.080.060.040.020-0.02-0.0402.44.87.29.612时间（秒） 图2.6 等值前后2080#母线有功功率对比 2.2.2.5 等值模型的参数灵敏度分析及调整
为了更加精确地对网络进行等值，需要对参数的灵敏度进行分析，而为了使得各参数的灵敏度之间有可比性，本研究中评价灵敏度的公式如下：
NRsensitivityjP Xj（2.4）
P[Y(Xj,K)Y(X0,K)]T[Y(Xj,K)Y(X0,K)]
K1（2.5）
式（2.4）中，P表示因变量，即灵敏度评价指标；Xj表示自变量，即待研究的参数；Rsensitivity j表示因变量对第j个自变量的灵敏度。式（2.5）中，Y（Xj,K)表示在第j个参数组的情况下，第K个离散时刻的响应。根据研究重点的不同，评价指标的选取亦有多不同。在众多评价指标中，较为常见的指标是系统动态曲线的误差加权平均和，即观察参数变化前后对某个动态响应曲线的影响。
其具体思路是，其它参数固定在初始值不变，每改变其中一个待研究的自变量参数，就进行一次相同故障情况下的暂态稳定仿真，为了使得灵敏度结果有可比性，参数的调整幅度按照未调整之前的各参数的初始值的百分比进行调整，使得参数在初始值的±20%的范围内变化。如表2.2所示，每变动一个参数，仿真一次，总共要进行49次仿真。
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表2.2 灵敏度仿真参数取值
1 2 3 4 编号
X’d(p.u) Xq(p.u) 参数百分比 Ra（p.u） Xd(p.u)
5
T’d0(p.u) 6
Tj(p.u)
整个仿真时间段内参数变化后相对应的的功率残差值及其变化趋势对比分别如表2.3、图2.7所示。 P(Ra) 0.0120.0110.0100.0090.008功率响应残差P(Xd) 表2.3 功率残差 P(X'd) P(Xq) 整个仿真时段 P(T'd0)
P(Tj) TjXqX'dT'd0XdRa0.0070.0060.0050.0040.0030.0020.0010.000-0.00180%85%90%95%100%105%110%115%120%参数变化百分比图2.7 各残差变化趋势对比 13
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图2.7中，每条曲线不同位置处的斜率即对应该残差在此参数大小下的灵敏度，由图2.7可以清楚看出在整个仿真时间段内参差变化趋势有以下几个特点：
（1）从各参数之间的纵向对比来看，小水电机组功率外特性对机组的机械惯性时间常数Tj最灵敏，对定子绕组电阻Ra的灵敏度最弱；
（2）就同一参数而言，参数增大的方向和参数减小的方向，功率响应残差变化幅度不一致，往参数减小的方向，反应要更加灵敏；
（3）对比参数Xq和X’d所对应的曲线，在参数增大的方向上，Xq的灵敏度要低于X’d，而在参数减小的方向上，Xq的灵敏度要高于X’d。
具体对参数分析来看：
（1）定子电阻（Ra）灵敏度分析
发电机有功功率变化趋势：Ra由小变大，有功振荡幅度也由小变大。 （2）d轴同步电抗（Xd）灵敏度分析
发电机有功功率变化趋势：Xd由小变大，有功振荡幅度也由大变小。 （3）惯性时间常数（Tj）灵敏度分析
惯性时间常数直接反应在转子摇摆曲线的摇摆频率上面，特征很明显。 因此在对模型参数进行调整时，应该按照灵敏度从大到小的顺序对相关参数进行调整。
2.2.3 含分布式小水电的配网综合负荷等效建模
为了将前述的小水电机群等值方法推广到配网综合负荷中的分布式小水电等值，继续以莲塘变304#配电网络进行研究，如图2.8所示，以图中网络的局部为研究对象，对包括负荷、小水电、配电网在内的网络进行等值分析。此等值方法的重点在于如何确定等值模型中负荷、小水电、配网的参数。等值负荷即为所研究区域总的负荷，包括除了下网负荷之外，还包括小水电区域的自供负荷。对于这些负荷我们采用传统的静态负荷加感应电动机来描述，所占的比例沿用湖南省电网调查统计的35%恒阻抗+65%感应电动机；小水电等值仍然采用本研究上述章节中采用的方法；配电网等值有两种方法：一种是根据原始网络潮流计算的结果，把总的网络损耗折算成配网等值阻抗；另一种方法是根据网络的线损率来确定配网等值阻抗。本研究采用第一种，即根据网络潮流计算出的损耗确定配网等值参数。等值前得的发电机机组及等值机组参
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数如表2.4所示，等值网络参数如表2.5所示。
等效20622063208420622063麻料电站板山塘电站泮家富友电站放大
图2.8 等值示意图
表2.4 发电机参数
参数
Ra(p.u) Xd(p.u) X’d(p.u) Xq(p.u) T’d0(p.u) Tj(p.u) Sb(MVA) 0.03468 1.397 0.212 0.508 0.6043 5.169 0.157 0.02174
1.55
0.21
0.504
1.3858 2.3052 1.1889
2.6939 3.0230 3.2361
0.25 0.7875 1.1945
0.01467 1.5837 0.2222 0.5333
发电机母线名
麻料电站 泮家富友电站 板山塘电站
2084（等效机组） 0.01878 1.5521 0.2183 0.5238
表2.5 等效后的其他网络参数
参数
Re(Ω)
Xe(Ω)
PL(MW)
QL(MW)
在上网馈线距离2063母线50%的位置处发生相同程度的三相短路故障，故障发生时间为2~2.2s，持续时间为0.2s。同样进行两个方面的分析：摇摆曲线分析和功率外特性分析。图2.9为等值前后民强电站和光明电站的相对功角曲线对比，可以看出，
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等值前后的曲线在故障之后的一段时间内（第一摆振幅）是拟合的比较好的，并且回稳的时间也十分相近。图2.10为地区配电网对外功率特性等值前后对比曲线，可以看出，等值前后，地区配网对外特性具有较高的相似性。这说明对小水电集群采用的等值方法是合理的。
604020等效前等效后功角（度）0-20-40-6001.22.43.64.867.28.49.610.812时间（秒） 图2.9 母线2063#下属网络等值前后发电机相对功角曲线 0.010.005等效前等效后有功功率（p.u）0-0.005-0.01-0.015-0.02-0.02502.44.87.29.612时间（秒） 图2.10 等值前后2063#母线有功功率对比 综上分析，我们选用配网阻抗+负荷+同步发电机的等效模型来对小水电网路进行等值。
为了进一步检验上述综合等效模型结构以及参数确定和调整方法的有效性，继续
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以桂阳县实际小水电网络为例，将等效范围扩大至莲塘变下属的整个10kV网络，等值示意图如图2.11所示，区域内发电机机组参数及等值参数如表2.6所示。网络等值参数如表2.7所示。
C莲塘变唐石甘山门水电电电站站站2001200220032004200520062007光明电站20082080莲塘变20012002合20812082兴电站20792010民强电站206220632009麻料电站B板山塘电站泮家富友电站系统大电网2034沙泉电站系统大电网A下陡江电站石马下电站潭口江电站图2.11 整个10kV网络等效示意图
表2.6 区域内发电机机组参数及等值参数
参数 Ra(p.u) Xd(p.u) X’d(p.u) Xq(p.u) T’d0(p.u) Tj(p.u) Sb(MVA)
等 效 前 各 小 水 电 机 组 参 数
等效后机组
表2.7 等效后的其他网络参数
参数
Re(Ω) 3.4240
Xe(Ω) 3.2190
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PL(MW) 1.055
QL(MW) 0.795
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0.950.90.850.80.750.70.650246时间 / 秒81012等效前等效后等效参数调整后电压 / p.u 图2.12 等效前、等效后、等效参数调整后PCC端口电压 0.080.06有功功率 / p.u0.040.020-0.02-0.040246时间 / 秒81012等效前等效后等效调整后 图2.13 等效前、等效后、等效参数调整后PCC点端口有功功率
图2.12、2.13分别为等效前、等效后、参数调整后PCC处的电压、有功功率曲线对比图。由图2.12、2.13可以直观看出，采用上述等效方法确定的小水电模型基本上能对原小水电网络的外特性进行准确描述，但随着等效网络的扩大，其精确程度需要得到保证，因此按照上述的参数灵敏度分析结果，对等值后的参数进行相应调整后，等值精度会有一定程度的提高，这较之目前对配网普遍采用感应电动机并联静态负荷等效模型的准确程度有了非常大的提高。
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另外在实际过程中，可以采集小水电集中上网的220kV变电站的故障信息，采用故障拟合的方法对小水电集群等效模型进行校验，通过优先调整高灵敏度参数对等效模型进行参数调整，通过模型分类，建立适合不同地区、不同时段的小水电集群等效模型参数库。
2.3 含小水电的综合负荷模型的典型参数及推广应用
2.3.1 典型机组容量的确定
由于小水电机组数目庞大，且机组型号众多，要获取所有小水电机组的参数是非常困难的，但由于小水电单机容量不大，都是位于一定的容量范围之内，所以只要在容量分布范围之内均匀选取几种容量的典型机组作为调查机组就可以满足要求。这里以郴州桂阳县和资兴市作为小水电机组信息的调查地区。其机组容量分布如图2.14、图2.15所示。
桂阳县小水电机组容量分布图 4000 小水电装机容量（kW） 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 1 9 17 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97 105 113 121 129 小水电编号 图2.14 桂阳县小水电机组容量分布图
140001200010000 机组容量 （KW）8000600040002000012039587796115134153172191210229248267小水电机组编号图2.15 资兴市小水电机组容量分布图
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由上述两图可以看出，小水电机组的容量基本在1MW以下，并且在1MW以下的机组分布的比较均匀，在1MW以上的机组型号不多，分布比较离散，因此可以以1MW为界限，对1MW以下的小水电采用模糊C均值聚类的方法来选取典型机组，对1MW以上的机组则直接取离散的容量点来作为典型机组。
采用模糊C均值聚类（FCM）的方法对小水电机组容量进行聚类后，其结果如图2.16、图2.17所示。
4540117.9159.8聚类容量中心装机台数 （台）353025201510500100200300400500600700800900聚类中心对应的机组容量 （KW）250.0320.0400.0500.0800.01000.01000110070.3200.0图2.16 桂阳1MW以下机组聚类后的容量中心分布图
4540128.1400.4499.5622.0318.5800.0
聚类容量中心装机台数 （台）35302520151050010020030040071.3195.0248.21000.050060070080090010001100聚类中心对应的机组容量 （KW）图2.17 资兴1MW以下机组聚类后的容量中心分布图
根据聚类的结果以及实际生产设备容量分布，确定了符合实际生产情况的典型机组容量。其容量如下表2.8所示。
表2.8 选取的典型机组容量 典型机组容量 单位：MW
14 容 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
量
20
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2.3.2 典型机组参数的确定
由于小水电机组数目众多，而且一般的小水电站设备都很简陋，负责运行和维护的工作人员缺少相关的专业知识，给调查小水电机组参数带来了非常大的困难，使得调查工作几乎难以进行，因此，在调查统计并结合相关的电机常用数据手册，以及电机设计典型参考值的基础上，获取了相应发电机组的动态参数，如表2.9所示。
表2.9 典型机组参数
编号 PN(kW) SN(kVA) Ra(p.u) Xd(p.u) X’d(p.u) Xq(p.u) T’d0(p.u) Tj(p.u)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2.3.3 地区小水电差异性分析
根据逐级等效建模思想，在确定10kV母线侧、35kV母线侧小水电网络等效模型之后，最终的目的是获取220kV变电站110kV母线侧的小水电网络等效模型结构和参数，上述的统计分析是针对郴州市桂阳县和资兴市两个地区的小水电实际情况所调查出的结果，对于其它小水电丰富的地区，我们不妨大胆认为其小水电分布特性与调查的结果类似，但又要有所区别，因为机组的选择与流域的水文情况很密切。
（1）从单机容量来看，在落差大、地势陡峭的地区，小容量的机组占主要部分；在流量大、水库多的地区，采用的机组容量相对要大一些。
（2）从水轮发电机机组型号的选择来看，每个机组容量相同时，如果机组型号不同，对应的参数会有所差异，鉴于对所有类型机组进行调查工作量太大，为简化处理，按照每个容量选择一种型号的机组作为该容量下的典型机组。 2.3.4 模型适用性的调整
尽管目前有关研究学者已提出了各种不同的模型结构，但是电力工业仍大量使用相对简单的传统负荷模型，其原因在于综合负荷建模依然存在一些基本的问题尚未解决，其中包括三个关键点：首先，在这些负荷模型结构中，哪种模型能够最好地模拟负荷的特征并且拥有最简单的模型结构；其次，负荷模型的参数是否可以被识别；再
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次，这些负荷模型的泛化性能力尚待全方位检验。负荷构成总是在变化的，然而，某一个模型只能建立在现有的测量基础之上，因此，负荷模型的泛化能力反映了其适用性（结构适用性和参数合理性）和有效性，只有具有良好泛化能力的模型才真正具有工程化实用价值。
在上述研究中，我们已经对含小水电的配网模型结构展开了研究和分析，初步证明上述提出的模型结构是合理的，在已知实际网络参数的前提下，得出的模型参数也是有效的；为了使得模型能够普遍应用到其他小水电网络中去，我们有必要根据小水电网络的实际情况来调整模型的参数，以更合理地描述其对外等效的特征[12]。根据上面的分析，对含小水电的配网等值模型参数影响比较大的是机组容量分布，不妨以它作为决策变量。
具体等效模型参数求解思路如下：
（1）确定M组典型容量S(i)下的小水电机组的参数X(i)，（i=1，2，3，„，M）； （2）确定待研究网络机组容量分布。
在机组信息全面的情况下，已知共有N台容量大小不一的小水电机组，每台机组的容量为T(k)，（k=1，2，3，„，N）；
（3）将上述N台机组按照最小分类距离{min(|T(k)-S(i)|)，i=1，2，3，„，M }的原则归入M组典型容量下，得到各典型机组容量下的台数Y(i)，（i=1，2，3，„，M）；
（4）按照加权平均的等值方法，求出该小水电网络的等值参数Xavr。
M
Xavri1Y(i)S(i)X(i)i1Y(i)S(i)M
（2.6）
上述方法的前提是需要对网络的机组信息做全面的调查和统计，为了使得研究成果具有普遍的通用性，我们对几种典型的分布给出其等值参数，以便在仅已知网络小水电总装机容量的情况下，模型也能得到较为准确的应用。
如图2.18所示，归纳起来小水电容量主要遵循上述4种分布。
典型分布(a)、这种分布小容量机组占大多数，主要存在于河网水系不够发达的地区；
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典型分布(b)、这种分布中等容量的机组占主要部分，主要存在于河网水系较充沛的地区；
典型分布(c)、属于平均分布类型，要存在于河网水系完整发达的地区； 典型分布(d)、这种分布大容量机组占大多数，主要存在于河网水系简单但充沛的地区。
45404540装机台数比例 （%）302520151050020040060080010001200机组容量 （KW）装机台数比例 （%）35353025201510500200400600机组容量 （KW）80010001200(a) (b)
4035
4540装机台数比例 （%）装机台数比例 （%）302520151050020040060080010001200机组容量 （KW）35302520151050020040060080010001200机组容量 （KW）(c) (d)
图2.18 小水电装机容量的典型分布情况
根据上述分析，我们就能很方便的确定这4种典型小水电区域的典型参数。如表2.10所示。
表2.10 典型小水电区域的典型参数 典型分布编号 1 2 3 4 等值机组期望容量（kVA） 156 625 1000 3750
以资兴电网为例，全网共有小水电190多座，总装机容量达到175.9MW，按照
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上述方法，经过机组等效后可得到一个全网小水电等值机组的参数，如表2.11所示。
表2.11 资兴等效发电机参数
Ra(p.u) Xd(p.u) X’d(p.u) Xq(p.u) T’d0(p.u) Tj(p.u) Sb(MVA)
2.4 本章小结
(1)本章在对小水电集群系统运行特点介绍的基础上，对小水电集群等效模型结构进行系统的分析研究，在构建小水电集群系统等效外特性的基础上，研究了含小水电集群的综合负荷模型结构，并通过仿真分析验证了所提出等效模型的有效性。
(2)本章根据实际情况对小水电模型的适用性进行了分析，提出了模型适用于不同小水电区域综合负荷建模的参数调整方法。以此来推广模型的使用区域。
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第三章 考虑分布式电源综合负荷模型对电网稳定性影响
分析
3.1 前言
电力系统中各元件模型及参数的不同，系统暂态稳定分析结果也不尽相同，其中发电机及负荷的模型对暂态稳定性的影响尤为突出。当前计算网络中所有负荷点均采用由感应电动机和恒定阻抗构成的综合负荷模型。在计算数据中，由于大量电源接入110kV网络，导致部分220kV变电站负荷为负值。2008年前，该部分节点负荷模型与其他负荷值为正的节点一样，均为由感应电动机和恒定阻抗组成的综合模型，2008年后，PSASP程序在进行暂态稳定计算时，对于有大量小电源接入110kV网络且变电站负荷为负值的负荷模型自动将其转换用恒阻抗模型来参与计算。虽然程序中考虑了小水电出力对主网系统稳定性的影响，但是只考虑了其静态特性，并未考虑到小水电的动态特性，具有一定的局限性[13-14]。在以上各章节中对110kV网络中接入大量电源的网络进行了综合负荷建模。以下将依据研究结果，对湖南电网各地区稳定水平进行了全面校核，特别是对湘南地区的稳定水平及最小开机方式进行分析研究；并与基于当前正在使用的负荷模型的电网稳定计算分析结果进行比较。
3.2 仿真计算条件
3.2.1 计算数据及计算负荷水平
计算数据以2010年底湖南电网的网络结构为基础，包含了由华中电力调度通信中心提供的2010或2011年度华中华北联网电网数据。在夏小方式湘南地区负荷水平分别按1650MW、2550MW、2950MW、4000MW计算，冬大方式湘南地区负荷水平按2550MW、2950MW、4000MW来计算湖南主网的暂态稳定性进行仿真分析计算。 3.2.2 仿真计算工具
本研究所采用的仿真计算程序为中国电力科学研究院编制的电力系统综合分析程序PSASP 6.28版(Windows版)。其中潮流计算采用牛顿–拉夫逊法，稳定计算采用PSASP 6.28内定的经典隐式梯形积分法，积分步长为0.01s，积分时段一般为40 s。
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3.2.3 暂态稳定判据
判定系统暂态稳定的基本原则有：①系统内主力机组之间最大相对角小于180且为减幅振荡；②系统内主要中枢点电压在3s内恢复至0.75 pu以上；③联络线功率振荡属衰减趋势。 3.2.4 发电机模型
变计算中采用的发电机数学模型为：100MW及以上机组采用交轴次暂态电势Eq化的5阶模型且计及自动励磁调节器和调速器的影响，其它发电机组则采用交轴次暂
恒定的2阶模型。 态电势Eq3.2.5 负荷模型
（1）当前使用的模型
湖南电网稳定计算当前使用的负荷模型为65%感应电动机，35%恒定阻抗综合负荷模型，其中感应电动机的模型参数为：定子漏电抗x1=0.18，转子漏电抗x2=0.12，对于变电站负荷为负的节点，在PSASP6.28中，自动将其模型转变为恒阻抗模型。
（2）研究负荷模型
①小水电集中上网变电站负荷模型
依据对湖南电网小水电总体情况的调查统计，特别是郴州地区的小水电机组容量及参数调查统计的基础上，基于逐级等效思路，采用统计综合和仿真反演相结合的方法，构建了分布式小水电集群的综合等效模型——三阶微分方程描述的的等值发电机，并基于容量加权平均的统计综合原理确定了符合湖南电网实际的模型参数。
②其他地区部分变电站负荷模型
其他地区的负荷模型仍然采用65%感应电动机并联35%恒定阻抗综合负荷模型。 3.2.6 具体仿真使用模型
为了系统分析小水电模型对系统暂态稳定性的影响，这里选取5种情况进行暂稳分析。下面就5种情况进行详细介绍。
（1）典型计算模型
当前计算是指现在对湖南主网进行仿真所采用的网络，对于有大量小电源接入110kV网络且变电站负荷为负值的负荷模型采用恒阻抗模型来进行计算，对于以负荷
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为主的变电站，其负荷模型仍然采用湖南主网仿真计算所采用的35%恒阻抗并联65%感应电动机的综合负荷模型，记此计算方式为模型1；
（2）典型计算模型+郴州110kV网络模型
此种网络结构在主网系统的基础上，将郴州地区的110kV网络细化，该地区110kV并网电源参与计算，该110kV变电站负荷等值在35kV侧，其他地区与当前计算方式完全相同，且全网均采用35%恒阻抗并联65%感应电动机的综合负荷模型，记此情况为模型2；
（3）典型计算模型+220kV变电站110kV网络中接入小水电的动态等值模型（共有30站）
此种情况，对220kV变电站110kV网络中接入了电源的负荷模型使用前述研究的包含分布式电源在内的综合负荷模型，其余变电站的负荷模型仍然采用典型计算模型仿真计算所采用的35%恒阻抗并联65%感应电动机的综合负荷模型，记此计算方式为模型3，其对小水电集群的具体处理方法见图3.1；
220kV110kV220kV110kVPLGPG系统主网10kVPL系统主网10kVPL220kV110kVPG系统主网10kVPsum=PL+PLG
图3.1 小水电集群处理方法示意图
图中，PL代表220kV主变下网负荷，PG代表该220kV变电站下配网中小水电总出力，PLG代表该220kV变电站下配网中小水电直供负荷，Psum代表该220kV变电站下配网中所有的用电负荷，它等于下网负荷和小水电直供负荷之和。
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（4）典型计算模型+郴州地区小水电动态等值模型
此种网络结构在典型计算模型的基础上，只将郴州地区有小电源接入110kV网络的变电站的负荷模型采用前述研究所得到的小电源集群的动态等值模型，其余变电站的负荷模型均采用采用的35%恒阻抗并联65%感应电动机的综合负荷模型，记此计算方式为模型4；
（5）典型计算模型+变电站负荷为负值的节点使用动态等值模型（共有6个变电站负荷为负值）
此种计算方式在典型计算模型的基础上，将计算数据中变电站负荷为负值的负荷模型用项目所得的动态等值模型来代替，对于变电站下网负荷为正的节点，均采用35%恒阻抗+65%感应电动机的综合负荷模型，记此计算方式为模型5。
针对上述5种计算模型，通过在相同负荷水平条件下的横向对比分析，来研究小水电负荷模型对湖南主网安全稳定性的影响。
在此极端方式的基础上进行模型1-模型5稳定性对比分析，如图3.2所示。
图3.2 同一负荷水平条件下五种模型对比流程图
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3.3 计算结果及分析
3.3.1 湘西北地区暂态稳定水平分析
在2011年华中华北联网电网稳定计算数据的基础上，进行调整，获取上述的5种计算方式，对此5种网络在相同负荷水平条件下进行湘西北地区的暂态稳定性进行分析计算。
表3.1 湘西北地区夏小方式下5种计算方式的稳定性分析 方式
江复线双回同跳（远端） 电 压
功 角
计算结果表明：夏小方式下，5种网络在湘西北地区四种不同负荷水平条件下的暂态稳定性差异性不大。仅在江复线双回线复兴侧同时跳暂态稳定性有所差异，如表3.1所示；冬大方式下，5种方式的暂态稳定性差异性也不大，仅在湘西北地区2950MW以及4000MW的负荷水平条件下江复二回线同时跳时表现出了一定的暂态稳定的差异性。
3.3.2 湘中地区暂态稳定水平分析
在2011年华中华北联网电网稳定计算数据的基础上，进行调整，获取上述的5种计算方式，对此5种网络在相同负荷水平条件下进行湘中地区的暂态稳定性进行分析计算。
计算结果表明：考虑小水电动态模型与否对湘中地区的暂态稳定性影响不大，但是考虑小水电动态特性后，系统的总体稳定性水平要稍好，具体体现为在相同故障条件下，考虑小水电动态模型后，系统母线电压跌落水平稍低，故障切除后电压恢复过程较快，主要发电机机组之间的相对功角振荡衰减较快，且这种规律在湘中地区具有普遍性。夏小方式下鹤云线近端发生三相短路时，5种网络在湘中地区四种不同负荷水平条件下的暂态稳定性差异性较大，具体分析计算结果见附录B。
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3.3.3 湘西南地区暂态稳定水平分析
在2011年华中华北联网电网稳定计算数据的基础上，进行调整，获取上述的5种网络，对此5种网络在相同负荷水平条件下进行湘西南地区的暂态稳定性进行分析计算。
计算结果表明：夏小方式下，5种网络中湘西南地区的暂态稳定性差异性较大；但冬大方式下，5种网络中湘西南地区的暂态稳定性差异不大。夏小方式下，5种网络水平在湘西南地区不同负荷水平条件下的暂态稳定性的计算结果见附录B。 3.3.4 湘南地区最小开机分析
在2011年华中华北联网电网稳定计算数据的基础上，进行调整，获取上述的5种网络，对此5种网络在相同负荷水平条件下进行湘南地区的最小开机进行分析计算。计算结果表明：考虑小水电动态模型与否对湘中地区的暂态稳定性影响较大，但是总体稳定性水平要稍好，具体体现为在相同故障条件下，考虑小水电动态模型后，系统母线电压跌落水平稍低，故障切除后电压恢复过程较快，主要发电机机组之间的相对功角振荡衰减的较快，且这种规律在湘中地区具有普遍性。
湘南地区的暂态稳定水平与该地区电源开机方式、负荷水平以及湘西南电源开机方式密切相关。湘南地区、永州南部地区以及湘西南电源的负荷水平越高、湘南地区的开机方式越小，湘南地区的暂态电压失稳的问题越突出。该地区的暂态电压稳定问题主要体现在湘南地区高负荷时段，艾鹤线鹤侧分别发生三相永久性短路故障。若采取加大耒阳及东江电厂开机方式的措施，提高其对湘南电网的电压支撑作用，或减小湘西南电源出力可有效提高湘南地区的暂态电压稳定水平。通过对以上5种计算方式的计算比较，可得到各种情况下，如下表所示的湘南电网最小开机方式。
表3.2 东江、耒阳开机方式 序湘南地区模型1 模型2 模型3 模型4 模型5 号 负荷水平 ① 30
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② ③ ④ 备注：第①②③种负荷条件下，湘南地区南部环网220kV下网负荷未超过650MW，第④种水平条件下，湘南地区南部环网220kV下网负荷超过650MW。 3.3.5 总体分析
(1)结果相同之处
通过考虑与不考虑小水电动态特性的仿真计算结果来看，湘南地区稳定问题水平存在一定相同之处：由于湘南电网缺乏无功电源支撑，湘南电网存在一定暂态电压稳定问题，该电压稳定问题与湘西南电源的功角稳定问题交织在一起，形成较为复杂的稳定问题。在各种考虑小水电动态特性的负荷模型下，鹤岭变500kV出线仍然有部分不能通过三相故障校核；湘南地区电厂仍需始终保持一定开机方式运行。
(2)结果不同之处
考虑小水电动态特性之后，湖南主网的安全稳定性有较大提高，主要体现在下面两个方面：
①湖南主网的暂态稳定性水平有较大程度提高
夏季小方式下，考虑小水电动态特性后，湖南主网的暂态稳定性水平有了较大程度的提高；冬大方式下，考虑小水电的动态特性后，湖南主网的暂态稳定性水平有所提高。湖南电网电源及负荷分布的特点决定了：夏小方式下，负荷中心缺少大的电源支撑，无论考虑小水电动态特性与否，夏季小方式下系统的暂态稳定性水平均较冬大方式下系统的暂态稳定性水平差。
②湘南地区的最小开机方式方面：
考虑小水电动态特性后，东江电厂的开机方式更为灵活，当湘南地区220kV变电
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站下网负荷低于1700MW，东江电厂可以不需要至少保持1台机组运行。负荷模型修改前，要求永州南部环网下网负荷超过650MW，东江电厂应至少保持1台机组运行。
3.4 本章小结
通过使用本项目的研究成果，小水电对湖南电网稳定影响主要结论如下： (1)考虑小水电动态特性后，湘西北地区、湘中地区的稳定性水平并无明显变化，但故障时电压跌落程度、故障清除后的回稳时间等方面有所改善；
(2)考虑小水电动态特性后，湘西南、湘南地区暂态稳定性水平都有较大的提高，特别是在夏小方式下；
(3)考虑小水电动态特性后，湘南地区的开机方式可以变得更为灵活，具体体现在东江的开机方式上。
(4)就总体情况而言，考虑小水电动态特性后，湖南主网的暂态稳定性水平、特别夏小方式下主网系统的暂态稳定水平有了较大提高。但夏小方式下系统的稳定性仍较冬大方式下主网系统的稳定性差，因此，在夏小方式下，应特别重视发电机的出力安排和稳控措施的制定。
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第四章 总结与展望
4.1 总结
本项目以湖南电网为研究对象，在分布式小水电接入逐步增长的大背景下，从对主网稳定影响方面对湖南电网进行了分析，完成的主要工作总结如下。
(1)对小水电机组等效模型结构和小水电集群等值方法进行了分析和验证，在此基础上运用由低电压等级向高电压等级逐级等效的思想对含小水电配网综合负荷等值模型结构进行了研究，并以典型小水电区域为基础，建立考虑分布式小水电电源的湖南电网典型220kV变电站（110kV侧）综合负荷模型，并提出模型参数适用性调整方法，对不同特点的小水电区域建立相应的模型参数库。
(2)在实际调查湖南电网小水电分布式电源现状的基础上，以电力系统综合分析程序（PSASP）为仿真工具，构建了含分布式小水电的仿真系统，经仿真反演验证了上述等效建模方法的有效性和模型的正确性。
(3)在上述等效建模工作的前提下，以湘南电网为研究重点区域，在常规主网仿真网络的基础上衍生出含湘南郴州配网、含全网小水电等效模型的仿真网路等五种网络，并在这五种仿真网络中，从不同季节运行方式和不同负荷水平，对比分析了这五种仿真网络下小水电模型对主网稳定性的差异性，揭示了考虑小水电集群的动态特性后对湖南主网暂态稳定性的影响：采用考虑了小水电集群的动态特性的等值机模型后，夏小极端运行方式下，系统的暂态稳定性有了明显的提高，对于冬大方式下，系统的暂态稳定性有所提高。
本文的创新之处就在于不仅提出了一种较之当前正在使用的负荷模型好的含分布式小水电的配网综合负荷等效建模方法，而且将提出来的模型运用到了对受端电网稳定性影响的分析上。在实现模型能接入实际仿真网络运行的基础上，与典型计算模型等其他模型进行仿真对比分析，得出了关于湖南主网暂态稳定性影响的新的结论。本文的整个分析仿真过程清晰明了，较为简单且又准确的得出了夏季小方式和冬季大方式进行典型短路故障条件下的暂态稳定计算结果。此结果，与当前正在使用的综合负荷等效模型相比，在准确性和安全性上都有了一定的提高。
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4.2 下一步的研究方向
本论文是在借鉴现有模型优点基础上经过不断修改才完成的，必然会存在不少考虑不到或者不够全面、充分的地方。在以后的关于分布式小水电对湘南受端电网运行稳定性的影响的研究可以关注以下几点：
(1)在主网稳定影响方面，本文只是分析了小水电分布式电源综合负荷模型对湖南主网暂态稳定性影响，还需要研究考虑小水电分布式电源的小干扰稳定计算[15]。思路大致如下：依据本文研究成果，以湖南电网为研究对象，在常规主网仿真网络的基础上衍生出含湘南郴州110kV配网、含全网小水电等效模型的仿真网络、含全网小水电等效模型及湘南郴州配网网络（包含郴州110kV配网及资兴市低压配网），在这三种仿真网络中，对夏小方式下，系统的小干扰稳定性进行仿真分析，分析小水电动态特性对主网小干扰稳定性的影响。
(2)除了在主网稳定影响方面对湖南电网进行分析，还可以从分布式电源优化配置方面对其进行分析。具体思路如下：采用机会约束规划方法，以间歇性分布式电源和补偿电容的综合投资支出、售电收益、系统降损收益、电压质量以及废气减排量等综合效益为目标函数，对间歇性分布式电源和补偿电容进行综合优化配置，以取得系统运行的经济效益、环境效益以及电压质量的综合最优。可以通过以桂阳县蓉城变低压侧10kV配网为背景进行仿真计算，对比分析上述间歇性分布式电源-补偿电容综合优化配置模型和间歇性分布式电源、补偿电容的独立最优配置模型。
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致 谢
历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师—朱秋萍老师，她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最忠心的感谢！
感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。
感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多论文素材，还在论文的撰写和排版等过程中提供了热情的帮助。
由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！
*** 2012年5月
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附 录
附录A 电压等级分层等效的原则
附录B
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