我国电网互联规模大、结构复杂度高,广域测量的电网频率数据已经表明各测点频率存在明显的动态时空分布现象。近年来更逐渐形成了可再生能源和电力电子设备高渗透的双高电力系统,这使得广域电网频率动态过程更加复杂,而传统的频率响应理论并未考虑到频率的时空动态特性,电网频率的精确分析与控制问题亟待深研。基于此,本文着重研究广域电力系统频率的响应与时空分布模型问题。首先提出电力系统高阶频率响应模型。该模型基于传统的简化频率响应(System Frequency Response,SFR)模型,通过拓展机械增益为一阶惯性环节,增加励磁系统阻尼及负荷效应阻尼,建立的更精细的高阶SFR模型,同时研究模型参数的整定方法,提高预测精度。其次,研究系统惯性分布与频率时空动态关联关系。通过分析广域系统频率动态响应机理,明确频率时空分布关键影响因素。提出发电机惯性基于最短电气距离路径均匀分布方法,并结合系统惯性分布及电网结构参数,定义频率时空判别因子,构建频率时空动态时序判别方法。再次,研究高阶SFR模型与频率时空动态分布耦合关系。通过分析频率响应模型各参数的定量输出响应,筛选出广域系统频率时空分布的关键耦合参数,引入时空分布因子来研究惯性中心与广域系统各测点的频率动态映射关系,构建广域系统频率时空分布模型。最后,对本文提出的高阶SFR模型进行可行性和精确性验证,通过IEEE 9节点算例分析验证了模型在多机互联系统中可以精确预测系统扰动后的频率动态;通过IEEE 39节点算例验证了广域系统频率时空分布模型预测出的系统各测点频率时空分布结果准确。本文研究成果对广域电力系统安稳运行与频率控制具有重要理论意义和应用价值。
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