基于单调系统理论的光伏并网系统暂态电压稳定性分析

随着新能源机组大量并网，现代电力系统电压稳定问题日益突出，亟需有效的电压稳定分析方法。基于单调系统理论，对光伏并网的电力系统电压稳定性进行了分析。通过模块化求导方法，证明了电力系统暂态电势子系统的雅可比矩阵符号特性满足互联单调系统条件，进而基于互联单调系统小增益定理对电力系统暂态电势子系统进行稳定性分析，并采用增益函数雅可比矩阵谱半径作为系统平衡点渐近稳定性的判据。借助特殊矩阵论，量化分析了部分电网参数对增益函数雅可比矩阵谱半径的影响，以此作为变流器控制参数设置的理论依据。在10机39节点系统中对上述结论进行了验证。仿真算例结果表明运行在单位功率因数下的跟网型变流器会增加谱半径对同步发电机参数的灵敏度，并导致系统鲁棒性变差；构网型变流器的无功功率-电压下垂系数的增加和出口电抗的减小能够增强系统的电压稳定性。     

不平衡电网下变流器多机系统的稳定性分析

基于不平衡电网条件下的并网交互系统,研究了电压源型变流器（VSC）的稳定性问题。首先提出了不平衡电网下带双二阶广义积分器锁相环（DSOGI-PLL）的变流器导纳模型。分析总结了带不同类型锁相环的VSC系统导纳特性。基于导纳模型研究了配置不同类型锁相环的多VSC系统稳定性问题,指出了多VSC系统稳定性的改善方向。进一步提出,带DSOGI-PLL变流器的并入可以在增加并网系统输出功率的同时有效改善变流器的稳定裕度。同时,研究了公共耦合点处负序电压改变时VSC与电网阻抗的交互机理。最后,对理论分析进行了实验验证。     

基于通用生成函数的海上风电集电系统可靠性与经济性评估

集电系统的可靠性与经济性对整个海上风电场的经济效益和可靠运行有重要影响。在考虑海上风电场集电系统多状态特性的基础上,对交直流集电系统的多种拓扑进行研究,提出了基于通用生成函数的集电系统可靠性评估模型和指标,该方法可以实现多状态系统的有效化简,并建立交直流集电系统经济性评估模型。算例分析以一个装机容量400 MW的大型海上风电场为例,结合拓扑结构、交直流方案和风电机组容量对集电系统可靠性与经济性进行对比。结果表明,交流集电系统的可靠性仍然高于直流集电系统,但直流集电系统一些拓扑结构有成本优势。通过灵敏度分析说明了集电电压对集电系统电缆损耗成本和可靠性的影响。     

变电站直流系统馈线支路失电监测及原因分析

通过分析变电站直流系统馈线支路失电原因及由此造成的馈线支路失电现象,基于变电站直流系统馈线支路状态监测信息量,在线判断馈线支路是否失电,同时判定馈线支路失电原因。     

低惯量交流系统并网变流器次/超同步振荡分析

低惯量电力系统中跟网型变流器可能会与同步机转子动态产生交互,给系统稳定性分析引入新的问题,仅靠跟网型设备动态和短路比衡量交流系统强度不再准确。为此,该文综合分析系统惯量和短路比对跟网型变流器小干扰同步稳定的影响,提出适用于分析低惯量系统中并网变流器稳定性的方法,所提方法计算量低、物理意义明确。首先,推导变流器和同步机混联系统的闭环模型,并提取出能表征低惯量动态的相互作用系数矩阵,定性分析两类设备间的交互关系。其次,基于模态摄动理论,将原多机系统解耦为稳定性等效的子系统。然后,选取适用于分析小干扰同步稳定问题的相位主导回路,根据该回路提出综合考虑惯量和短路比的稳定性分析方法。最后,基于仿真算例验证了所提低惯量系统中并网变流器小干扰同步稳定性分析方法的有效性。     

构网型控制改善跟网型变流器次/超同步振荡稳定性的机理和特性分析

构网型(grid-forming,GFM)并网变流器具有良好的弱电网稳定性,同时能够改善跟网型变流器的次/超同步振荡稳定性。为明确GFM控制改善振荡稳定性的机理和特性,首先推导了GFM变流器电路特性与每个控制环节的关系,并分别从变流器自身电路特性、变流器并网系统整体阻抗特性角度揭示了GFM控制改善振荡稳定性的电路机理。然后,基于阻抗模型定量分析了GFM变流器占比提升对系统振荡频率、阻尼的影响。最后,利用电磁暂态仿真进行了验证。结果表明：GFM变流器在无功控制环节、电压外环作用下表现为“正电阻”,能够削弱跟网型变流器控制环节引入的负阻尼特性,进而改善系统次/超同步振荡稳定性;此外,GFM变流器占比提升能够显著改善系统振荡阻尼,但对振荡频率影响较小。     

并网变流器全工作区间的稳定性分析方法研究

并网变流器作为分布式新能源发电的核心装备，其全工作区间运行稳定性研究的理论与实践价值巨大。目前，针对并网变流器的稳定性研究主要采用阻抗法和状态空间法，多以额定工况下的分析结果指导整个静态工作区的控制器设计。而实际并网变流器在不同功率段往往表现出不同的运行特性，如在青海省某光伏电站输出功率达到额定值65%左右时，公共连接点处更易出现电压、电流波形畸变。因此，进行并网变流器全工作区间运行特性的研究意义显著。然而，现有阻抗法和状态空间法等典型稳定性分析方法通常只在单一工作点进行建模，如何将其简单、直观地推广到全工作域的相关研究还较少。为分析并网变流器系统在全工作区间内稳定性，提出一种稳定域构建方法。首先，利用dq轴之间的多重耦合效应和锁相环的动态特性，将变工作点因子引入建模过程中；接着，构建一个含工作点变量的变流器单输入单输出传递函数模型。基于所提出的模型，能够直观分析系统的稳定工作域，进而能够研究系统参数对稳定域的影响规律。仿真与实验结果验证了该模型和理论分析的有效性。     

含多变流器的微电网建模与稳定性分析

传统电力系统稳定性分析主要针对发电机进行建模,而微电网的稳定性分析需基于变流器进行建模,这种本质的区别使微电网必须重新确立适用于其稳定性分析的模型。文中根据变流器的控制特性将其划分为电压源和电流源2种类型,采用状态空间法建立了基于多变流器微电网的小信号模型,并通过节点功率计算法计算了其自治系统表达式,采用计算自治系统根轨迹的方法得到了微电网中参数与稳定性的关系。通过对比微电网系统时域仿真结果与文中的稳定性分析结果,说明了所建立模型的正确性。     

考虑谐波耦合的多变流器并网系统建模及交直流谐波交互特性分析

新型电力系统中高比例可再生能源和高比例电力电子设备接入的特征带来异于传统电网下的谐波交互问题,多变流器拓扑的谐波耦合交互特性亟待研究。首先,基于谐波状态空间(harmonic state space, HSS)对多变流器并网系统(multiple grid-connected-converter system, MGCCS)建立考虑谐波耦合的谐波传递函数矩阵模型,综合考虑了系统各控制环节对状态变量的影响以及变流器的级联、并联。其次,基于所建HSS模型明确定义谐波耦合系数,并用于揭示多变流器拓扑的谐波耦合机理,分析级联、并联变流器谐波交互特性。然后,应用谐波耦合系数量化分析MGCCS中滤波电感、电流环、锁相环等关键参数对系统谐波交互的影响。最后,将HSS模型和Matlab/Simulink模型、RT-LAB模型的结果进行对比,验证了所建HSS模型的精确性,以及谐波耦合系数理论应用于系统交直流谐波交互分析的有效性。     

弱电网下负序控制对变流器并网系统稳定性影响分析

变流器并网运行时,因实现负序控制目标带来的变流器控制结构改变可能会存在恶化系统小干扰稳定性问题,该问题在弱电网背景下更加突出。首先介绍了不平衡电网下基于比例积分-准谐振(proportional-integrational quasi-resonant,PIR)控制的负序控制策略,然后建立平衡电网下考虑负序控制策略的变流器并网系统幅相阻抗模型和原-对偶复电路。其次,通过分析因负序控制带来的变流器侧幅相阻抗模型中导纳元素阻抗特性的变化,判断负序控制对系统稳定性的影响,进一步基于广义阻抗判据分析了负序控制如何影响系统稳定。研究结果表明弱电网下负序控制可能会使变流器并网系统存在次同步和100 Hz左右的振荡失稳风险。最后,通过仿真验证了理论分析结果的有效性。     

计及储能系统的馈线光伏消纳能力随机场景分析

基于某一实际系统馈线,结合当地实际负荷及光伏规划容量,利用随机场景方法,通过分析系统馈线的最大光伏消纳能力,指出该馈线的光伏消纳能力不能满足规划要求;引入铅酸储能系统,在馈线的光伏消纳能力达到要求的情况下利用局部L指标和粒子群优化算法对铅酸储能定址定容。通过对比仿真进一步验证了储能可以大幅度提高馈线的光伏消纳能力,具有改善馈线系统稳定性的作用;同时,适当弃光不仅可以有效减少储能安装容量、节约成本,而且使得馈线系统电压更加稳定。     

馈线联络对配电网最大供电能力的作用机理

最大供电能力(TSC)是衡量配电网建设水平的新指标,而馈线联络是影响TSC的关键因素,文中研究了馈线联络对TSC的影响。首先,定义了加权联络均衡度、联络效率等量化描述联络位置和联络效率的指标。其次,针对联络位置对TSC的影响,给出同等联络规模下TSC与加权联络均衡度的关系。再次,针对联络规模对TSC的影响,给出TSC、联络效率与联络规模的关系。最后,分析了不同联络建设次序下的TSC变化规律和特点。研究初步揭示了馈线联络对配电网TSC的作用机理,为优化配电网提供了新的依据。     

模块化多电平换流器子模块平均开关频率的精确控制方法

在现有的基于电容电压排序的优化均压算法基础上,提出一种适用于模块化多电平换流器(MMC)的精确控制子模块开关频率的方法。通过引入双保持因子,避免绝缘栅双极型晶体管(IGBT)不必要的反复投切现象,从而在保证各子模块电容电压基本一致的前提下,有效地降低MMC子模块开关频率,减小开关损耗;在此基础上,设计了精确控制子模块开关频率的比例—积分(PI)控制器,能够在降低开关频率的同时精确地控制其大小,保证系统稳定运行和换流器的运行效率;最后,为证明所提出频率控制方法的有效性,在PSCAD/EMTDC中搭建了双端101电平MMC仿真模型,对所提出的方法进行了验证,仿真结果表明该方法可以在保证系统稳定运行的前提下,精确地控制子模块的开关频率,证明了所提出方法的正确性和有效性。     

基于本地测量的微网逆变器离/并网功率精确和统一控制

在包含多微源的微网系统中,微源逆变器输出功率的精确控制和离/并网运行模式下控制目标的自动切换对于微网电压和频率的稳定以及潮流的控制都具有重要意义。在下垂控制的基础上,提出了基于本地测量的自适应双虚拟阻抗和功率补偿导纳控制方法,消除了不同类型线路阻抗引起的功率耦合,改善了离网时负载分配的准确性。同时,通过提出一种自适应的电压补偿方法,实现了分布式电源离/并网运行的统一控制,并改善了离网时的电能质量和并网时输出功率的跟踪精度。通过建立离/并网模式下逆变器的小信号模型,对控制器参数进行了优化设计。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和所提出的控制方法的有效性。     

一种智能配电网三相调压器的模糊控制方法

高渗透率的分布式电源接入配电网,可能引起配电网电压幅值越限及馈线调压器频繁动作的问题。首先分析以线路压降补偿器为基础的调压器控制方法的不足和高渗透率分布式电源的接入引起现有控制方法失效的机理。针对这一问题,提出一种以通信为基础的三相调压器模糊控制方法,并设计一种综合考虑配电网潮流有功和无功功率的模糊控制器来缓解调压器的频繁动作。最后,通过改进的IEEE 13节点算例系统验证了所提方法的适用性和效果。     

考虑有效距离接近中心性的信息设备重要度评估

电网信息物理系统中,信息系统失效与遭受的攻击可能造成物理系统的能量损失。针对这一问题,文中提出了一种考虑有效距离接近中心性的信息设备重要度评估方法。首先,将信息系统结构抽象为有权有向的拓扑图,使之适用于量化评估。其次,根据信息系统对物理系统可靠性的影响大小,计算拓扑图中各有向边的权重。在此基础上,引入有效距离的概念,计算各个节点的有效距离接近中心性,实现从能量损失角度对信息设备重要度的量化评估。最后,对测试系统进行了信息设备重要度排序,验证了所提方法的有效性。     

分布式光储直流供电系统非线性平滑可微控制方法

针对分布式光储直流供电系统变流装置传统拓扑占空比调节方式约束电压输出范围的问题,提出四相交错式变流器的设计架构,有效拓宽输出电压范围,同时抑制光伏输出电压波动。系统拓扑中,光伏单元四相交错升压变流器设计改进的极值搜索法,实现光伏输出的最大功率点跟踪,提高光照阶跃变化情况下系统的快速性和稳定性;储能电池四相交错双向变流器设计非线性平滑可微控制方法,实现光储最优协调控制,确保存在负载突变或控制参数摄动的情况下,系统依然能够保持直流母线电压平稳,输出功率平滑。仿真与实验结果表明:较传统的比例—积分(PI)控制方法,所提出的非线性平滑可微控制方法具有结构简单、自由度宽、稳态误差小、系统稳定性好等特点。     

适用于低电压穿越仿真的风电场内集电线路等值方法

以二机并联模型为基础,提出了一种适用于低电压穿越(LVRT)仿真的风电场内集电线路的等值方法。以电网电压跌落期间风电场并网点的无功输出量一致为原则对线路的电抗进行等效;以风电场内线路的有功损耗相等为原则对线路的电阻进行等效。经过集电线路阻抗变换后,风电场等效为一台经过一等值阻抗直接连接到公共连接点(PCC)的单机等值模型。该方法适用于干线式、放射式和混合式集电线路拓扑的等值,且计算所得线路阻抗参数恒定,便于实际应用。仿真结果表明,在电网故障期间,等值模型具有很高的精度。     

高压直流输电系统换流站鲁棒自适应输出反馈控制

针对高压直流输电系统,设计了一种鲁棒自适应输出反馈控制器.首先,将高压直流输电系统换流站动态模型转换成用输入输出表示的非线性系统.然后,利用自适应非线性阻尼项来抑制系统的非线性动态不确定性和未知有界扰动,应用Lyapunov稳定性理论构造出控制器和自适应参数的表达式.Lyapunov稳定性分析结果表明,文中所提出的控制器保证了闭环系统的稳定性.最后,将设计的控制器应用到一个3机直流输电系统中,仿真结果表明,与传统的PI控制器相比较,文中控制器可大大提高系统的稳定性和鲁棒性.     

基于虚拟惯量的DC换流器并联直流配电网控制策略

直流配电系统中电源或者负荷大多通过DC变换器接入系统,其负阻尼特性会导致系统振荡甚至诱发失稳,直流配电系统的稳定性面临着越来越多的挑战。基于动态导纳建模方法,建立了含多台DC换流器的直流配电系统小扰动稳定模型。基于奈奎斯特稳定判据,分析了并联DC台数、直流配电线路等因素对稳定性的影响。提出了基于虚拟惯量的DC换流器分散控制策略,在不改变平衡运行点的基础上,有效提高了多DC换流器并联的稳定性。最后通过时域仿真验证了所提策略的有效性和正确性。