基于起振特性的强迫振荡扰动源定位及解列方案

强迫振荡已成为目前低频振荡事故的主要形式,快速定位并解列扰动源是抑制强迫振荡的有效手段。在起振阶段,由于惯性环节的存在,离扰动源较远的节点测量量振荡相位较之离扰动点较近的节点滞后,此特性可作为扰动源定位能量函数法的辅助判据,用于从多个疑似扰动源所在区域中正确定位扰动源。通过对南方电网某方式的仿真验证了该方法的有效性。结合强迫振荡扰动源解列的特点,提出两种解列方案,分别为:基于电网实际分区,解列扰动源所在的区域;基于图论提出适用于扰动源解列的断面调整规则,确定解列断面。     

基于相位角的失步解列判据在复杂场景下的适应性及对策

明确基于就地信息解列判据在大电网适应性,以及对指导复杂大电网运行与控制具有重大意义。分析了失步振荡中心两侧等值电势电压幅值不等、解列装置安装位置和多频振荡对失步过程中相位角变化规律的影响,研究了基于相位角解列判据在复杂场景下的适用条件,提出了适用于大电网的配置原则和应对策略。以失步振荡中心为分界点,配置在等值电势电压较高侧的解列装置存在不能正确识别系统失步的风险,现有工程判据适用于等值电势比小于1.4的场景,配置在等值电势电压较低侧的解列装置存在误判失步周期问题。针对潜在风险,提出统一失步振荡中心方向判断逻辑,在备选解列断面双侧配置解列装置和闭锁反方向失步判断逻辑等应对策略。以多频失步振荡场景,验证了改进策略的正确性。     

基于机组受扰轨迹同调分群的实际电网解列配置

针对大型电网中区域性电网失稳的失步振荡问题,以华北2020年规划电网和东北电网2013年500 k V线路相间短路故障为研究对象,根据同调分群解列原理,提出了基于机组受扰轨迹同调分群的解列配置流程。结果表明:基于机组受扰轨迹同调分群的解列配置方法与常规解列配置方法相比,解列断面的设置思路更加清晰,并且,可以有效地解决多群振荡问题。     

振荡中心迁移下的电网失步解列策略

振荡中心迁移严重危害电网的安全稳定,选取合适的解列判据,准确定位并实施解列具有重要意义。基于等值两机系统推导分析振荡中心迁移的理论原因,分析失步过程中电压的变化特点,依据两侧系统频率差与失步中心出现频率的对应关系提出基于支路两端母线频率差的失步解列判据;针对振荡中心迁移对失步解列控制的影响,提出了基于广域测量信息的自适应失步解列策略。通过对某区域互联电网进行仿真分析,发现振荡中心迁移现象,认为失稳模式的改变是振荡中心迁移的直接原因,并进行解列策略的仿真验证。仿真结果证明了所提出的解列策略的有效性。     

基于参数辨识的强迫功率振荡扰动源定位方法

基于对广域测量系统量测数据参数的辨识,提出一种实现电网强迫功率振荡扰动源位置判断的方法。根据强迫振荡的能量函数,推导出基于参数辨识的扰动源定位方法,并根据理论分析指出该方法能够适用于振荡的稳态和瞬态阶段。通过对实际振荡案例分析,验证了所述方法的正确性和可行性。理论和实际分析结果表明,该方法能够快速判断强迫功率振荡扰动源的位置,易于实现在线计算。     

应用于多通道不同时解列的快速解列判据

通过大量仿真计算发现,现有快速解列装置在处理多失步通道互联电网问题时,存在各通道不同时解列的情况,容易诱发临近未失步的线路在解列进程中发生失步振荡.为避免这种状况的发生,在支路势能函数的基础上.推导出判断单条线路在系统失步振荡时的稳定度函数,并利用此函数给现有快速解列判据增加一个能够统筹各通道解列顺序的附加判据,这种改进能有效避免原快速解列判据无法彻底消除系统振荡的情况.最后用实际算例验证改进快速解列判据的优越性.     

基于混合整数二阶锥规划的送端交流电网解列方法

解列控制作为电力系统安稳控制的第三道防线,可保障电网在承受严重故障扰动后以最小代价维持稳定运行。现有的解列控制策略主要分为基于电网失步振荡中心定位的传统失步解列和基于电网故障场景信息量测的预测性主动解列。该文提出一种基于混合整数二阶锥规划的送端交流电网解列方法,其主要内容包括:1)通过松弛手段将系统的非线性潮流方程转化为线性方程,求解二阶锥规划问题即可得到潮流解。2)建立基于混合整数二阶锥规划的电网解列模型,基于系统的同调机组分群结果,求解以最小化不平衡功率为目标的解列断面,保障送端电网的安全稳定运行。文章最后通过仿真算例验证了所提策略的有效性。     

南方电网的失步特征与解列措施适应性分析

基于2010年南方电网运行方式,对其失稳模式和解列措施适应性进行了全面的分析,主要结论如下:南方电网主要有6种失稳模式;对于其中的4种失稳模式,目前的失步解列配置基本上可以满足作出系统失步判断并实施解列的需要。主网严重故障情况下港城侧的高低周解列装置动作将海南电网与主网解列,有利于海南电网的稳定。建议积极推进电网内小水电群振荡解列系统的研发与应用,并研究修订西部省份的高周切机方案。     

新型电力系统失步广域控制技术研发

针对传统解列控制技术在解决复杂失步振荡问题时的局限性,研究了基于广域测量系统监测大电网失步过程的方法,开发了失步断面拓扑分析算法、基于Prony和聚类分析的机群振荡模式在线辨识方法、基于电网稳定特性的功角失稳预测方法,提出了失步广域控制策略,在此基础上开发了失步广域控制系统。介绍了失步广域控制系统的结构,分析了广域紧急控制系统的延时要求。基于实时仿真技术构建了失步控制的测试系统,以四川电网为例模拟各种电网故障,对系统进行了闭环控制测试。试验证明所开发的失步广域控制系统能够准确定位失步断面,快速预测电网失步机群,及时完成断面级解列控制,控制效果满足大电网断面级失步控制要求。     

电力系统失步解列存在的问题及需要开展的研究

为了分析传统失步解列存在的问题,介绍了目前国内电网常用的3种失步解列判据,指出基于这3种判据的解列装置均为通过间接反映功角判别系统是否失步;以其中的视在阻抗型解列判据为例,按照传统解列方案对两机系统和某省实际电网进行了失步解列仿真。仿真结果表明了传统解列存在不能保证解列后各孤岛不平衡功率尽可能小、由于系统运行方式改变导致的振荡中心转移使得固定地点安装的解列装置失去作用、基于离线仿真或运行经验预先确定的解列断面难以适应失步模式的变化等不足。指出失步解列作为针对电网的安全稳定控制,应以整个电网的全局实时信息为解列方案制定的基础,研究自适应的失步解列控制系统,并总结了自适应失步解列控制需要研究的4个方面。     

大规模电网中低频振荡扰动源的定位方法

由于中国电网规模庞大,低频振荡现象时有发生,如何快速确定低频振荡扰动源并及时将其切除,对保障电网的安全稳定运行意义重大。当电网中发生低频振荡时,根据传播到电网中不同位置的特殊形状扰动行波具有的相似性特点,提出一种比较多点测量数据波形相似度以确定低频振荡扰动源位置的定位方法,针对在电网中不同地点一段时间内同时采样的电压数据,利用希尔波特(Hilbert)变换提取各采样点的电压扰动变量并将其传送至监控单元,在监控单元利用定义的顺序相似度函数提取扰动行波通过各相邻采样点间的时差和先后次序,利用各采样点间已知的线路长度计算波速并确定低频振荡扰动源的位置。通过一个7机无穷大系统模型的仿真分析,验证该方法的正确性和准确性。理论分析和仿真结果表明:该方法能够快速确定电网中低频扰动源的位置;而且所需的采样测量单元数量少,能够节省大量投资。     

电力系统强迫振荡源的时频域定位方法

快速、准确定位电力系统强迫振荡源,对于预防由强迫振荡引起的电力系统大停电事故意义重大,但目前的强迫振荡源时域定位方法计算过程较为复杂,计算效率有待提升.为此,文中提出一种基于广域量测信息的电力系统强迫振荡源的时频域定位方法,该方法首先将电力系统广域量测数据进行连续小波变换,计算各小波系数矩阵的小波相对能量,进而甄别出电力系统强迫振荡模式对应的关键小波系数.基于所得关键小波系数,计算各发电机基于小波变换的耗散能量流;在此基础上,借鉴传统耗散能量流的定位方法,定位电力系统强迫振荡源,并通过振荡源定位量化指标直观地展示强迫振荡源定位结果.最后,将所提方法应用到WECC 179节点测试系统和中国辽宁电网的实测数据中进行分析、验证,结果验证了所提方法的正确性和有效性.     

Instability prediction of the inter-connected power grids based on rotor angle measurement

The online detection and prediction of the unstable conditions for interconnect power grids are important tasks to avoid blackout. The increasing installation of phasor measurement units (PMUs) in power systems and the development of the wide-area measurement systems (WAMS) make it possible to analyze the system dynamics using a large amount of real-time synchronous data. This paper proposes a rotor angle measurement based application for online out-of-step monitoring and predicting of the interconnected power systems. An improved Prony analysis method is presented to determine whether and when a power oscillation will lead to power system instability. The accuracy and reliability of the model free dynamic prediction are obtained by adopting an energy-like weight coefficient approximation of the decomposed signals. The self-adaptive resampling of the data and the changeable time-window are designed to make the method suitable for both transient instability and oscillation instability conditions. The effectiveness of the proposed scheme is verified on three test power systems.     

基于耗散功率的区域电网强迫功率振荡扰动源定位

持续的周期性小扰动会引发电力系统强迫振荡,通过切除扰动原则可以使振荡迅速衰减。为了能够找到扰动源的具体位置,使振荡快速平息,对共振稳态时线性化系统能量转换特性进行了分析,结合实际电网扰动源自动定位存在的一些问题,对能量函数法进行了改进,提出了利用耗散功率进行扰动源识别的新方法。基于该方法,对4机2区系统、某实际大电网仿真模型以及广域测量系统(wide area measure system,WAMS)实测数据进行了仿真分析,结果表明利用耗散功率能够快速准确地确定强迫功率振荡扰动源的位置,说明了利用耗散功率进行扰动源识别方法的可行性以及对实际电网的适用性。     

基于阻尼转矩分析的电力系统低频振荡源定位

准确定位低频振荡参与机组并采取有效的控制措施以提高系统阻尼、快速平息系统振荡是大电网安全稳定运行的重要保障。为此,提出了一种基于总体最小二乘-旋转不变技术的信号参数估计(TLS-ESPRIT)和阻尼转矩分析(Damping Torque Analysis,DTA)方法进行低频振荡发生源定位的方法。该方法利用TLS-ESPRIT对发电机组的有功出力、角速度、功角信号进行模式分解,提取发电机高度参与的振荡模式,采用最小二乘拟合方法计算发电机高度参与振荡模式的阻尼转矩系数,然后根据阻尼转矩系数判定发电机是否为该振荡模式的振荡源。分别以4机2区和10机39节点系统为例进行仿真验证。仿真结果表明,所提出的振荡监测方法能够准确定位电力系统低频振荡源,且通过振荡源对其自身的控制能够有效地平息系统中的低频振荡现象。     

基于变点探测的功率振荡数据挖掘

针对当前功率小幅振荡数据挖掘的不足,引入了变点探测方法判断系统是否发生振荡、主要参与机组以及振荡何时进入平稳阶段,从而提出了一种新的大电网功率振荡特征挖掘方法。该方法通过在海量广域测量系统(WAMS)数据中挖掘电网振荡信息,根据变点探测方法获取的极值特性区分弱阻尼的低频振荡以及强阻尼快速衰减过程,并在弱阻尼振荡情况下确定Prony分析时间窗的起点,从而获取更为准确的振荡模式和强相关机组信息。通过新英格兰10机39节点系统仿真和河南电网WAMS实测振荡数据挖掘验证了所提方法的有效性,结果表明该方法能够从海量数据中有效挖掘大电网振荡特征,并准确识别系统模式信息。     

改善含风电场虚拟惯量互联电力系统稳定性的自适应鲁棒滑模控制策略

在以风电为代表的可再生能源大规模接入传统电力系统的背景下,非同步机电源与同步机电源之间的耦合作用以及风电出力的不确定性,使互联电力系统稳定性控制面临复杂的运行场景。针对该问题,基于功率平衡原理建立考虑双馈风电机组虚拟惯量影响的同步发电机组等效转子运动模型,将系统参数协调性及故障因素统一表达为等效惯量参数摄动及有界的不确定扰动;运用滑模变结构方法,结合等效惯量和等效阻尼的可变性及可控性,提出一种自适应鲁棒滑模控制策略以改善互联电力系统的动态稳定性。理论分析和仿真结果表明,与传统的虚拟惯量控制方法相比,所提控制策略能够更好地抑制频率振荡,降低频率变化率以及相对功角振荡幅度。     

基于前K最短路径的电力系统低频振荡源定位方法

为了快速定位低频振荡源并及时采取相应措施抑制振荡的扩散,提出一种基于电力网络拓扑的振荡源定位方法。利用局部振荡及区间振荡模式下振荡源所在区域发出能量的特点,结合图论思想,在割集能量的基础上,提出最大振荡能量流割集的概念,将振荡源定位问题转化为最大振荡能量流割集的搜索问题。根据振荡能量流传播转移的特点,运用前K最短路径收缩搜索空间,利用往返替换算法找出所有割集,将振荡源所在范围限制在最大振荡能量流割集的内侧。利用蒙西电网进行仿真验证,结果表明,该方法能够快速有效地定位振荡源,且同时适用于局部及区间两种振荡模式,有一定的实用价值。     

多机电力系统的强迫功率振荡特性研究

推导了多机电力系统强迫功率振荡近似稳态响应的表达式,在此基础上应用左右特征向量和参与因子等参数对多机系统发生强迫功率振荡时的振荡分布特性、扰动源位置对系统响应的影响等问题进行了分析。介绍了应用电力系统仿真软件DIgSILENT进行电力系统小干扰稳定性分析的一般方法。通过对4机2区系统的仿真分析对多机系统强迫功率振荡特性进行验证并与负阻尼和弱阻尼振荡进行比较,有助于更加深入地认识电力系统强迫功率振荡。