带功率调制的交直流系统非线性模态分析

模态级数法是一种新的用于反映非线性系统动态特性的方法。该方法基于泰勒级数,可以得到非线性系统零输入响应的封闭解,其结果既提供了系统特征信息,又便于分析系统非线性模态交互作用,却不需要非线性变换,适合于电力系统的动态行为分析。本文把模态级数法应用于带功率调制的HVDC/AC系统。运用模态级数法得到交直流系统动态方程的封闭解以及系统的频域信息,由此可以分析系统故障后的稳定性以及功率调制对系统稳定的影响。以一个三机交直流系统为例,运用模态级数法分析了其非线性动态特性。     

影响电力系统主导振荡模式的关键励磁调节器及其参数的识别

模态级数法是分析非线性动态系统的一个新的有效工具.该方法能从系统的内部结构特性入手,通过模式间的非线性相关作用来研究系统的动态特性.基于模态级数推导出了相关指标和二阶非线性相关因子公式.通过非线性相互作用指标揭示系统固有模式间的交互作用对系统动态特性的影响;通过研究状态变量与系统主导振荡模式、复合模式对的非线性相关作用以及控制器参数对非线性相关系数的灵敏度,来识别对系统动态特性和稳定产生很大影响的关键励磁调节器及其参数.     

基于模态级数法和轨迹灵敏度的励磁调节器参数优化

基于模态级数法及轨迹灵敏度分析的励磁调节器参数优化方法通过模态级数法得到较精确的系统状态轨迹的封闭解，利用数值微商算法得到系统的轨迹灵敏度，即目标函数的梯度信息，再应用共轭梯度技术优化励磁调节器参数。模态级数法考虑了系统非线性模式的影响，所得状态轨迹解逼近时域仿真结果，所以该方法能有效地阻尼系统受到大扰动后的振荡。通过算例可验证该方法的有效性。     

影响电力系统主导振荡模式的关键励磁调节器及其参数的识别

模态级数法是分析非线性动态系统的一个新的有效工具。该方法能从系统的内部结构特性入手,通过模式间的非线性相关作用来研究系统的动态特性。基于模态级数推导出了相关指标和二阶非线性相关因子公式。通过非线性相互作用指标揭示系统固有模式间的交互作用对系统动态特性的影响;通过研究状态变量与系统主导振荡模式、复合模式对的非线性相关作用以及控制器参数对非线性相关系数的灵敏度,来识别对系统动态特性和稳定产生很大影响的关键励磁调节器及其参数。     

交直流互联电力系统非线性模态分析

模态级数是一种新的表示非线性系统动态特性的方法。文中将模态级数法应用于包含高压直流输电（HVDC）的电力系统动态响应分析，提出了一种基于模态级数和符号代数的综合分析技术，用于分析包含HVDC的电力系统。使用该方法，可以研究电力系统遭受大扰动后的振荡模式和非线性动态行为。其研究结果适合于复杂电力系统的稳定性分析和控制系统设计。所提出的方法可以扩展到包含其他FACTS装置的电力系统。一个测试系统的非线性时域仿真结果证明了该方法的有效性。     

研究暂态扭矩的解析方法

根据模态级数方法,推导扭矩2阶解和1阶解,建立分析扭振动态特性的解析方法,可直接从物理概念上分析扭振特性。应用定量指标分析扭矩2阶解和1阶解描述扭振特性的可行性。另外,基于2扭矩阶解定义基本模态和复合非线性指标及模态非线性贡献因子,应用这些指标分析非线性模态互作用对暂态扭矩的影响。基本模态非线性指标描述非线性模态互作用对基本模态初始幅值和相角的影响,复合模态非线性指标描述基本模态与复合模态互作用的强度,模态非线性贡献因子描述基本模态和复合模态对扭矩2阶解的贡献。以IEEE第1标准模型作为算例进行研究,获得了一些新观点。     

模态级数理论的研究现状与展望

首先简单介绍常用的电力系统动态分析方法,接着介绍了一种新的分析非线性系统动态特性的方法—模态级数法,及其主要研究内容.最后总结了文献中的主要成果,并对进一步研究提出了展望.     

电力系统非线性模式分析方法的比较

该文对2种电力系统非线性模式分析方法--模态级数法和正规形法进行比较。定性比较模态级数法和正规形法的2阶参与因子。在正规形法原有指标的基础上定义一个非线性指标，并以4机2区系统的算例验证该非线性指标的有效性。为比较模态级数法、正规形法和线性模式分析法所得解对时域仿真解的逼近程度，定义一误差指标，并在4机2区系统中做相关分析。发现模态级数法和线性模式分析法的有效性均不受系统共振的影响，而正规形法的有效性受系统共振情况的影响较大，在系统的2阶共振点附近，其有效域面积较小。通过延长故障的持续时间来改变系统的非线性程度，发现随着系统非线性的增强，模态级数法的误差及其增加速度都是最小的，正规形法次之。     

电力系统非线性振荡模态分析

利用Carleman线性化原理研究电力系统非线性振荡稳定性问题,通过分析得到了二阶及二阶以上电力系统动态方程解析解的表达式.通过Carleman线性化分析方法得到了系统的非线性高阶模态,可以用于研究电力系统的非线性动态特性及大干扰下系统的稳定性,揭示了非线性模态相关性对系统动态特性的影响.同时将线性模态参与因子的概念扩展到非线性模态中,定量地衡量各振荡模式之间的非线性相关作用.通过36节点系统的仿真计算与Prony分析结果进行了对比.通过Carleman线性化方法分析电力系统非线性模式之间的相互作用,可以在小干扰稳定和传统的线性化分析基础上更加深入地理解非线性系统的动态特性, 为分析大干扰和强非线性情况下系统的稳定性和动态特性提供了一种新的手段.     

电力系统非线性振荡模态分析

利用Carleman线性化原理研究电力系统非线性振荡稳定性问题,通过分析得到了二阶及二阶以上电力系统动态方程解析解的表达式。通过Carleman线性化分析方法得到了系统的非线性高阶模态,可以用于研究电力系统的非线性动态特性及大干扰下系统的稳定性,揭示了非线性模态相关性对系统动态特性的影响。同时将线性模态参与因子的概念扩展到非线性模态中,定量地衡量各振荡模式之间的非线性相关作用。通过36节点系统的仿真计算与Prony分析结果进行了对比。通过Carleman线性化方法分析电力系统非线性模式之间的相互作用,可以在小干扰稳定和传统的线性化分析基础上更加深入地理解非线性系统的动态特性, 为分析大干扰和强非线性情况下系统的稳定性和动态特性提供了一种新的手段。     

General nonlinear modal representation of large scale power systems

In this paper an approach is devised to represent, and study the behavior of, nonlinear dynamic systems using general nonlinear modal representation. This approach is shown to compare favorably to the normal form of vector field technique, the other methodology used for this purpose, in that it is valid under resonance conditions and it does not require nonlinear transformation. By representing the system more accurately and in terms of its modes and their interactions, it would be better suited to be used for understanding and analyzing complex behavior of stressed power system and also in designing various controls for the system. This method can represent a nonlinear system with any order of nonlinearity and provides the solution to the system nonlinear differential equation employing Laplace transformation. The accuracy and robustness of the method has been validated using three systems, two of which model realistic utility power systems under stressed conditions.     

HVDC恒功率与准稳态模型在低频振荡分析中的比较

对大规模交直流输电系统进行低频振荡(LFO)分析时,直流系统通常采用恒定功率模型或准稳态模型来表示,对这2种不同的直流模型,需要考虑采用简化的恒定功率模型会对计算结果带来何种程度的影响。文中采用基于增广系统状态方程的模态分析法,研究了直流准稳态模型与恒定功率模型之间的差别,并对这2种模型用于LFO计算的结果进行了分析和比较。理论分析和仿真结果表明,直流定功率运行时,两端换流母线处注入或吸取的有功功率基本保持恒定,而换流站消耗的无功功率变化。对于区间振荡模态,恒定功率模型得到的稳定性结论较准稳态模型偏保守。对于大规模交直流输电系统,直流系统采用恒定功率模型来简化表示可以接受。     

交直流电力系统非线性鲁棒直流调制控制器设计

随着“西电东送、全国联网”战略的实施,大区之间通过交直流并列运行输电系统实现电网互联。性能优良的直流调制控制器可以快速有效地调节直流联络线的输送功率,减轻交流输电系统的暂态输电压力,以提高交流系统的动态性能。以交直流并列电力系统为研究对象,采用基于扩张状态观测器的动态反馈线性化方法,将系统的非线性数学模型动态补偿为一个伪线性系统,然后利用线性鲁棒H∞理论进行控制器综合。仿真试验表明,当交流联络线发生三相短路故障时,给出的控制器能够有效抑制两侧交流系统的功角振荡,且对于系统不确定性表现出良好的鲁棒性,从而使整个交直流电力系统的暂态稳定性得到改善。与基于精确反馈线性化方法的非线性控制器相比,具有更为优越的动态品质。     

高压直流系统附加次同步阻尼控制器的综合设计

交直流混联电力系统中由于高压直流系统(HVDC)的快速可控性,可能导致系统产生次同步振荡,附加次同步阻尼控制器(SSDC)是解决这一问题的有效方法。以含HVDC电力系统的小干扰数学模型为基础,结合经典自动控制理论,提出了一种基于最佳相位补偿和模态分离的SSDC设计方法。结合贵广II回直流输电系统,从特征值和电气阻尼曲线两方面验证了SSDC抑制次同步振荡(SSO)的效果,同时还分析了控制器参数对电气阻尼改善效果的影响。     

基于MATLAB/Simulink的高压直流输电系统仿真研究

讨论MATLAB/Simulink环境下电力系统元件模型建立原理和电网网络方程求解方法,介绍其内集成电力系统工具的特点和功能。用这种方法对一个典型12脉冲桥高压直流(HVDC)输电系统交直流侧发生故障及清除过程的仿真计算结果表明,该方法能较准确地考察暂态过程中高压直流输电系统的动态特性。     

交直流互联系统非线性自适应控制规律设计

针对舍有多台发电机的交直流互联系统,为了提高交直流输电系统的稳定性,应用非线性自适应控制设计方法,通过递推法得到了应用于交直流互联系统直流功率调制的非线性自适应控制策略,该控制规律包含了对系统中未知参数的动态估计,用以阻尼交直流互联系统的区域间功率振荡。最后,获得了交直流互联系统的非线性自适应直流附加控制器的一般表达式。4机系统的仿真结果表明,与传统的线性直流功率调制相比较,所设计的控制器对联络线的功率振荡具有良好的阻尼功能;特别是当系统中出现大的扰动时,更能体现该控制器的良好性能。     

混合交直流电力系统的非线性调制策略

针对大扰动情形，文中提出了一种用于改善多机交直流混合电力系统（有多条直流线路落点于其中）暂态稳定性的非线性控制方法，该方法基于微分几何理论，地直流输电系统等效为两个分别连接在整流侧和逆变侧的变导纳支路，在推导出直流输电系统的等效变导纳与各发电机输出电磁功率间的解析关系后，传统的发电机动态方程可被表示成仿射非线性的形式，因而可应用全局线性化方法来求得其控制变量，本文方法的主要特点在于，所求得的调制功率是一个交流系统状态的自适应和非线性函数，它可通过局部的反馈信号和少量来自其它发电机的信号来实现，文中以一个双馈入直流输电系统为测试对象，给出了所提控制器的设计过程和基于测试系统的仿真结果。