大干扰下主导低频振荡模式的鉴别

Prony方法是获取系统振荡模式特征的一种非常有效的方法，它可通过给定输入信号下的响应直接估计系统的振荡频率、衰减、幅值和初相位。基于Prony算法，作者提出了振荡模式能量级的概念，用于鉴别电力系统大干扰下的主导低频振荡模式，在8机36节点系统中应用本文所提方法准确识别出了主导低频振荡模式，验证了该方法的正确性，并与正则形理论研究低频振荡模式间的非线性相关作用的结果进行了比较，再次验证了大干扰中主导低频振荡模式对系统动态特性和稳定性有重要影响这一观点的正确性。     

大干扰稳定中低频振荡模式的作用研究

该文在向量场正则形理论的指引下，提出了数值求解向量场非线形正则变换系数的算法，实现了非线性向量场的正则变换，得到了电力系统状态方程的2阶解析解和鉴别大干扰下主导低频振荡模式的方法。在此基础上，通过研究低频振荡模式与其它模式以及状态变量间的非线性相关作用，把低频振荡模式与系统大干扰稳定联系在一起。从另一个侧面揭示了以往大干扰稳定分析中所无法涉及的新现象，得到了一些新的观点和新的见解。     

大干扰下发电机间三阶非线性相关作用

相关因子在模式分析中占有重要地位,它反映了系统中各台发电机对某一振荡模式相关程度。相关因子大,相关程度就强;相关因子小,相关就弱。目前广泛采用的线性模式分析法虽然能提供有价值的线性化系统频域信息,但却忽略了系统非线性特性和系统固有模式之间相互作用的影响,不适合大干扰的情况。基于模态级数法3阶解析解,提出了大干扰下识别系统主导低频振荡模式的方法,确定了大干扰下对系统动态特性和稳定性影响最大的主导低频振荡模式,推导了3阶情况下的非线性相关因子,确定了非线性振荡的振荡源。并用Prony方法,验证了3阶相关因子和主导模式鉴别式的正确性和有效性。     

模态级数法在主导低频振荡模式鉴别方面的应用

基于模态级数法3阶解析解,提出了大干扰下识别系统主导低频振荡模式的方法,确定了大干扰下对系统动态特性和稳定性影响最大的主导低频振荡模式,并根据3阶情况下的非线性相关因子,确定主导低频振荡模式的强相关状态变量.最后用Prony方法,验证了主导模式鉴别式和3阶相关因子的正确性和有效性.     

励磁调节器对模态非线性相关作用的影响

在非线性向量场2阶解析解的基础上,提出了利用数值方法求解系统参数对非线性相关作用指标敏感度的算法,通过分析控制模式与低频振荡模式之间以及控制模式与状态变量之间的非线性相关作用,可在大干扰下识别出了对系统稳定性影响较大的励磁调节器.研究了励磁调节器参数的改变对模式间的非线性相关性以及系统的动态特性和稳定性的影响.算例结果验证了本文方法和观点的正确性.     

大区联网条件下四川电网低频振荡分析

针对川渝、华中、华北、山东等电网的互联,求出了与四川电网相关的系统主导低频振荡模式,研究了区域电网互联出现的低频振荡问题。分析了区域间弱阻尼低频振荡模式及发电机在振荡中的作用。利用Prony分析方法检测出了这些主振模式,验证了小干扰稳定分析的正确性。用数值微分方法计算了系统某些运行参数对系统主导振荡模式的灵敏度,分析了这些参数在小干扰稳定中的作用。研究了电力系统稳定器对系统主导振荡模式的阻尼作用。     

三阶非线性对主导低频振荡模式的影响

在电力系统动态方程3阶解基础上,分析了3阶非线性对基本模式作用的影响,提出了2阶和3阶非线性对基本模式影响的评价指标,并进一步应用3阶解,提出了识别大干扰主导低频振荡模式的指标,应用Prony算法验证了该指标的有效性。研究结果显示,最靠近虚轴的小干扰主导低频振荡模式,在大干扰情况下可能不被激励或激励较弱,因而大、小干扰主导低频振荡模式可能不同,考虑3阶非线性对大干扰主导低频振荡的影响是必要的。     

低频振荡模式非线性相关作用的高阶谱非参数直接分析法

为克服特征分析法无法反映大干扰下强非线性系统所激励的复合模式,而传统的非线性数值解法存在截断误差和计算效率低的缺点,提出一种用于分析低频振荡模式非线性相关作用的新方法。该方法将高阶谱理论中非参数直接法应用于低频振荡模式分析,通过双谱分析及双相干系数辨识模式间的二次相位耦合信息,能够定量分析模式间的非线性耦合程度,为分析强非线性系统的稳定性及动态特性提供了一种新的有效途径。数值仿真结果验证了该方法的实用性与有效性。     

计及二阶非线性特性的PSS配置

在正则形理论指导下,提出了计及2阶模态非线性相关作用的电力系统稳定器(PSS)配置新方法。通过辨识系统中准谐振模式和主导低频振荡模式,分析模式之间以及模式与状态变量之间的非线性相关性来确定与准谐振模式和主导低频振荡模式联系最紧密的状态变量和相关发电机,进一步利用非线性相关作用指标来评估模式之间2阶非线性相关作用的大小,以此为据来确定PSS配置。4机2区域系统和一个实际互联大系统的算例结果验证了这些新观点和这种PSS新配置方法的正确性和有效性。     

振荡模式非线性相关作用的研究

在向量场正则形理论的指导下，提出了求解向量场非线性相关系数的算法。把线性化分析中的线性相关因子的概念引申到强非线性系统中，求得了非线性相关因子。通过对模式的非线性相关作用的研究，得到了在小干扰稳定分析中起着重要作用的低频振荡模式在大干扰下仍将是影响系统动态特性的重要因素这一新观点。     

基于正则形理论的电力系统2阶模态谐振的研究

应用向量场正则形理论对电力系统2阶模态谐振现象进行了研究，并对发生2阶谐振时系统动态特性和稳定性所受到的影响进行了分析。在模态空间，从识别主导低频振荡模式出发，通过分析模式间的非线性相关作用以及模式和状态变量之间的非线性相关性来确定由谐振所强烈激励的状态变量和相关发电机。8机系统的算例结果验证了在模态2阶谐振情况下系统非线性振荡将加剧、动态特性和稳定性将变化的正确性。该方法揭示了以往稳定分析中没有触及的一些新问题，得到了一些新观点，为更深入地研究电力系统内部的非线性结构特性奠定了基础。     

基于正规形理论的多馈入交直流输电系统非线性模式分析

传统的特征根分析法不能揭示电力系统的非线性相关作用.正规形理论将非线性系统通过坐标变换,使得原系统与一个线性系统二阶或更高阶等价.将该方法应用到电力系统稳定分析中,既保留了小信号法的优点,又考虑了不同振荡模式间的非线性作用,适用于系统大扰动后的低频振荡特性分析.在对一双馈入交直流并联系统建立动态方程的基础上,运用正规形理论,分析了多馈入交直流系统低频振荡模式的非线性相关作用.结果显示,系统中各种模式是相互影响的,不同运行方式下影响程度也不相同,当系统重载且直流带调制方式下时,区间振荡模式与直流调制模式间的非线性作用最强.时域仿真验证了这一结果.     

基于向量场正规形方法的功角和电压稳定特征分析

通常意义下的功角稳定性和电压稳定性事实上只反映电力系统稳定性的不同方面,作为一个整体,电力系统稳定性本质上是一个综合问题.文中采用向量场正规形理论,对系统稳定运行点的特性进行研究,发现应用向量场正规形方法得到的高阶解析解包含了电力系统稳定性的更多信息,便于分析和理解系统非线性的本质.用它来研究系统内部模式间的非线性相关作用,可以分析出功角和电压稳定的特征,为分析强非线性下系统的稳定性及非线性特性提供了一条新的有效途径.同时,还用非线性动力学方法分析了系统的稳定运行点和不稳定运行点的特性,并与文中所使用方法的分析结果进行了比较,对一个简化电力系统的分析实例表明,电力系统中的各种稳定模式是相互影响的,系统在稳定边界附近所表现出来的非线性现象和相应的不稳定运行点的特性一致反映了系统所面临的失稳模式.     

Analyzing dynamic performance of power systems over parameter spaceusing normal forms of vector fields-part II: comparison of the systemstructure

This is part II of a two-part paper dealing with dynamic performance of power systems over the parameter space. The companion paper (part I) proposes an approach to identify unfavorable operating regions by searching for resonance and near-resonance. The results show that near-resonance among critical inertial modes and control modes may contribute to the unsatisfactory behavior of the system. In this paper, the effect of strong nonlinear modal interactions on machine states is quantified. A new index is derived to measure the relative severity of the near-resonance. The linear and nonlinear characteristics of the system are separated and correlated to the transient stability of the system     

Key factors affecting voltage oscillations of distribution networks with distributed generation and induction motor loads

The existence of critical voltage modes in distribution systems and the key factors responsible for them are presented in this paper. The analysis is carried out over a distribution test system for different types of induction motors. Eigenvalues and participation factors are used to investigate the modal interaction within the system. This study shows that load voltage dynamics significantly influence damping of the voltage modes. These modes have frequencies of oscillations between the electromechanical and subsynchronous oscillations of power systems. Significant parameters of the system which affect the damping and frequencies of the oscillations are identified to provide a clear understanding of the problem. A bifurcation study is performed to determine the dynamic loadability limit of the system. Time-domain simulations are carried out to verify the validity of the modal analysis and provide a physical feel for the types of oscillations that occur in distribution systems. The impact of various distribution network configurations on these modes is also demonstrated through nonlinear simulations.     

基于向量场正规形的电力系统稳定模式相关性理论分析

在以往的文献中,常将电力系统的功角稳定性问题和电压稳定性问题区分开来研究,但现代电力系统的强非线性特性使得很难严格地将它们区分开来,实际上,它们共同决定了电力系统复杂的动态行为,系统的失稳模式归根结底只有一种。为此对电力系统的辅助动态系统采用向量场正规形方法,对一个简单4节点电力系统进行了分析。通过分析电力系统内部模式间的非线性相关作用来认识和理解系统的动态特性,深化了线性化分析中的特征分析理论,为分析强非线性下系统的稳定性及非线性动态特性提供了一条新的有效途径。