海上石油平台的电力系统暂态稳定研究-电气工程专业论文.docxVIP

- - i - 目 录 第一章 绪论1 1.1 课题研究背景 1 1.2 暂态稳定分析方法 1 1.3 课题介绍及本文工作 3 1.3.1 课题介绍3 1.3.2 本文工作4 第二章 发电机组与负荷的数学模型5 2.1 同步电机的数学模型 5 2.1.1 用电机参数表示的同步电机方程5 2.1.2 同步电机的简化数学模型6 2.1.3 同步电机转子运动方程7 2.2 发电 机励 磁系 统数 学模 型 8 2.3 发电机调速系统数学模型 10 2.4 电力系统负荷模型 11 2.4.1 负荷静态模型12 2.4.2 感应电动机数学模型13 2.5 暂态分析时域仿真算法介绍 14 2.6 本章小结 15 第三章 基于 EDSA 的电力系统暂态稳定计算16 3.1 稳定判据 16 3.2 各区间 35kV 海缆输送容量计算 16 3.3 发电机、变压器和海缆保护介绍 17 3.4 3-2 运行方式稳定计算 18 3.4.1 第一种扰动情况仿真分析19 3.4.2 第二种扰动情况仿真分析22 3.4.3 第三种扰动情况仿真分析24 3.4.4 第四种扰动情况仿真分析26 3.5 本章小结 29 - - ii - 第四章 参数变化对暂态稳定的影响30 4.1 不同运行方式对暂态稳定的影响 30 4.2 不同的发电机模型对暂态稳定的影响 34 4.3 不同的风阻系数对暂态稳定的影响 36 4.4 不同的惯性时间常数对暂态稳定的影响 38 4.5 改进措施 41 4.6 本章小结 42 第五章 结论与展望44 参考文献45 发表论文和科研情况说明47 致 谢48 第一章 第一章 绪论 - - PAGE 10 - 第一章 绪论 1.1 课题研究背景 随着海洋石油开采量不断增大，海上作业区块、海上平台个数不断增多，海 上石油平台的规模和负荷日益扩大，这些都要求其电力系统的规模也要随之增大， 海上石油平台间电网互联，通过海缆长距离输电日益普遍。由于海上运行环境比 陆地更为复杂，海上电力系统受到大扰动的几率增加，海上石油平台电力系统与 陆地系统相比电压等级低，系统容量小，且采用单侧电源供电，不安装自动重合 闸装置，使得海上电力系统抗扰动的能力下降，供电可靠性降低 HYPERLINK \l _bookmark24 [1]。暂态稳定性 是对电力系统受到大扰动后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的运行状态 或恢复到初始运行状态的能力进行研究。故障发生后，保护装置可将故障的电气 元件快速切除，即使如此，故障的扰动仍可能导致电力系统暂态过程较为复杂， 海上电力系统时间常数小，过渡过程短暂，衰减迅速剧烈。不仅系统的运行参数 会出现剧烈变化或振荡,还要伴随控制设备和运行人员的一些干预，如切除发电 机和负荷、电气制动，发电机自励磁调节器动作等。因此，电力系统暂态稳定的 场景一般较为复杂。 海上石油平台电力系统所处的环境恶劣，发生大扰动（短路、断线、大容量 设备投切）的几率增加，且大多为永久性故障，继电保护装置的可靠动作是保证 电力系统安全运行的重要手段，海上平台电力系统还经常采取切机和切负荷的措 施保证系统稳定运行。但石油平台所带大多为连续性电动机负荷，一旦切机、切 负荷会造成生产停滞，影响经济效益，而且启动发电机组和大容量电动机都会给 系统带来冲击，对系统稳定不利。海上电力系统发展晚，当今的经验和技术相对 不足。所以，密切结合了工程实际的需求，研究海上石油平台电力系统暂态稳定 措施，对提高海上石油平台电力系统安全稳定运行，保证不间断供电，减少停电 损失等方面具有重要的理论意义和实用价值。 1.2 暂态稳定分析方法 电力系统稳定是指运行过程中的电力系统受到扰动后，能按照自身的调整或 控制设备的作用，恢复到原来的稳定状态，或者过渡到一个合理的新的稳定运行 状态并保持工作的能力。如果在正常运行情况下系统受到微小扰动能自行恢复到 原有运行状态，称为静态稳定。若系统遭到大的扰动后，所有发电机在不失步的 情况下过渡到新的合理的运行状态，称为暂态稳定。电力系统暂态稳定分析主要 是对从扰动开始到扰动结束、系统恢复稳定运行期间发电机的电气与机械状态的 变化过程进行分析 HYPERLINK \l _bookmark25 [4]。 大扰动包括短路、发电机投切、负荷突然剧烈变化等，当电力系统发生这样 的大扰动后，需要分析电力系统功角、电压、频率、有功和无功功率的变化规律， 总结电力系统稳定的特点。 在实际电力工程应用中，主要应用的暂态稳定分析方法包括：时域仿真法和 直接法。 时域仿真法是建立电力系统各元件的模型并将其联立，得到全系统的数学模 型，即一组代数方程和微分方程组，然后以稳态工况或潮流解为初值，求扰动下 的数值