基于机电扰动传播特性的电网惯量分布辨识方法

大规模新能源通过电力电子设备并入电网,影响电力系统的动态运行特性。惯量是反映电网抗频率扰动能力的重要特性指标。基于机电扰动传播特性建立数学模型,通过分析扰动传播速度与惯量之间的映射关系,提出了电网母线节点的惯量分布辨识方法,实现对电网不同节点的频率抗扰动能力的在线评估。基于惯量分布结果,进一步评估了新能源接入对电力系统惯量特性的影响。通过IEEE 39节点系统仿真验证了所提惯量分布辨识方法的有效性,分析了新能源接入对电网惯量分布的影响。     

基于扰动传播时空相关性的电网扰动事件快速定位方法

广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)为快速准确地定位扰动事件提供了量测信息和数据基础。然而,由于电网中有限的同步相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)布点以及通讯堵塞、硬件故障、GPS信号丢失和网络攻击等原因带来的数据质量问题,使得量测信息呈现不冗余性,给定位带来额外的挑战。该文提出一种适用于PMU量测信息不冗余场景下的电网扰动事件快速定位方法。利用主站电压相角量测数据生成Hankel矩阵,提出一种基于奇异值分解的扰动响应时间检测方法。基于电网子拓扑中的PMU测点以及网络拓扑连接关系,分别从时间和空间维度提取了表征扰动传播的时间差特征和空间距离差特征。进而,通过扰动传播的波速,耦合扰动传播空间距离差特征,提出基于时空相关性的自适应电网扰动事件定位方法。通过扰动传播过程的时空约束特性,实现了电网量测信息在时间维度不冗余的情况下,快速定位扰动事件的功能。基于IEEE 10机39节点系统和中国某西部实际电网,验证了所提方法的有效性和鲁棒性。     

基于功率及频率波动相位的强迫扰动源定位

为了实现电网强迫扰动源的准确快速定位,基于广域测量系统提出一种比较有功功率波动及电压频率波动之间的相位关系来实现扰动源在线监测定位的方法。如果扰动源位于发电机上,则发电机角频率的波动相位超前于输出电气功率的波动相位且相位差小于90°。在此基础上,根据能量函数及扰动传播对网络中的支路进行分析,如果支路有功功率波动及电压频率波动的相位差的绝对值小于90°,则支路上振荡能量流向与有功方向一致,据此可实现电网扰动源的定位。采用TLS-ESPRIT算法能够直接获取系统稳态时的波动相位,无需判断振荡进入稳态阶段的时间点,且能够消除瞬态分量以及异常数据的影响。实际算例验证了所提方法的可行性及有效性。     

考虑关键节点信息缺失的低频振荡扰动源定位方法

目前电力系统中相量测量单元(PMU)的配置无法满足电网整体的可观测性要求,关键节点的数据缺失是扰动源定位的一大硬伤。在结合电网数据采集与监视控制(SCADA)系统和广域测量系统(WAMS)的基础上,提出一种考虑关键节点数据缺失的低频振荡扰动源定位方法。首先定义低频振荡的耗散能量,分析耗散能量具有方向性的物理机制;然后综合PMU和SCADA的数据进行曲线回归分析,补偿缺失的关键节点数据。某电网算例结果表明,所提方法能够满足扰动源准确定位的要求。     

基于样本协方差矩阵特征特性的电网多重扰动定位方法

为提升随机矩阵理论在电网扰动定位应用中的计算效率和适应性,基于样本协方差矩阵的最大特征值及最小特征向量(即特征特性),提出一种适用于多重扰动场景的电网扰动定位方法.首先,针对考虑负荷随机波动及噪声干扰工况的电网数据源矩阵,通过构建其窗口矩阵和标准矩阵,进而形成其样本协方差矩阵.其次,获取当前时刻最大特征值并计算基于Spiked模型的最大特征值阈值.最后,当最大特征值越过其动态阈值时,说明电网中有扰动事件发生,通过最小特征向量中异常元素的位置与受扰节点编号之间的对应关系,依据特征向量的"相变"现象可实现电网多重扰动定位.借助DIgSILENT和Matlab R2014a软件,案例分析在IEEE 118节点标准系统中展开,涉及两处同时扰动事件、相继扰动事件和同时故障事件,计算结果表明了所提方法的有效性和高效性.     

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。     

基于路径时间差的变压器局部放电超声定位方法研究

通过仿真详细阐述了超声波信号在变压器内的传播特性与传播路径。结合仿真结果,建立了变压器的数值节点模型,研究了超声信号非直达波路径与直达波路径的寻路算法。将两条路径的时间差作为特征参量与实测波形的时间差进行比对,采用粒子群优化算法迭代得到放电源的位置。在35 kV实验变压器上进行了定位实验,验证了算法的准确性。     

风电机群引发的强迫功率振荡扰动源定位

针对电力系统同步相量测量装置(phase measurement unit,PMU)短期内不能完全替代数据采集与监视控制系统(supervisory control and data acquisition,SCADA)测量每一个节点的信息,快速找到强迫功率振荡扰动源仍有一定困难的问题,提出了一种快速定位扰动源的方法.在对振荡稳态时能量转换过程与风电机组引起强迫功率振荡的机理进行分析的基础上,在易发生扰动节点安装测量装置,利用TLS-ESPRIT方法对得到的数据进行计算得到各个节点能量耗散情况从而实现扰动源的快速定位.并在接入风电的10机39节点系统和某省实际电网系统中进行了仿真计算.理论分析和仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性.     

基于小波包能量谱的电网故障行波定位方法

为减少电网故障行波传播色散特性对行波波头检测和波速测量的影响,提高电网故障行波定位的准确度,提出了基于小波包能量谱的电网故障行波定位方法。该法结合小波包技术与傅立叶变换的谱分析,对行波信号进行分析,提取能量相对集中的故障频带信号进行故障行波定位计算;行波到达时间由该频带相应尺度下的小波包能量时谱提取的行波特征点位置计算;该频带行波传播速度由输电线路两端对外部扰动的实测行波数据计算。大量的电网故障行波定位ATP仿真分析结果和现场实验测试分析表明,该电网故障行波定位方法能有效提取电网行波特征信号,减少行波传播色散特性和线路长度变化的影响,定位误差<200m。     

基于相关性分析的频率振荡扰动源定位方法研究

当电力系统发生与调频控制过程强相关的频率振荡时,调度员应快速找到对频率波动起负阻尼作用的机组,并采取措施平息波动。本文对超低频的频率振荡引发原因与特性进行分析,基于振荡过程中系统频率与机组出力的特点提出了一种在线扰动源定位模型,并采用相关性分析方法对负阻尼机组实现定位。通过区域电网中的实测数据,验证了本文提出的扰动源机组定位方法的有效性,为调度员快速定位扰动源提供了一种有效手段。     

风电功率波动引发的强迫振荡扰动源定位方法

电力系统中的强迫功率振荡有可能引发大范围的功率波动。风电等新能源接入电网时,其输出功率的波动具有随机性,当该功率波动导致系统中发生强迫振荡时,振荡同样会呈现随机特征,难以对扰动源进行定位。文中提出一种对风电引发的强迫振荡扰动源定位的方法,该方法利用振荡的双谱获取中心频率,并通过小波变换得到振荡中心频率处的初始相位,据此可通过能量函数对扰动源进行定位。实际算例验证了所提方法的可行性及有效性。     

基于事件触发的速动一次调频方法与控制策略

在当前电力系统惯性相对较弱的情况下,速动一次调频技术对维持系统稳定尤为重要。以传统电厂的一次调频为基础,利用频率扰动信号在通信网中的传播速度大于其在电网中的传播速度的特性,提出速动一次调频的概念,在传统惯性作用区增加一次调频控制以提升系统的稳定性。为了实现速动一次调频,提出一种事件触发控制的全网速动一次调频方法,并给出事件触发后的单机速动一次调频控制策略。搭建2区域4机系统模型进行对比仿真研究,结果表明所提方法可以加快频率稳定性的恢复速度,减小频率的波动幅度。     

基于功率平衡控制原理的双馈风电机组辅助调频方法

高比例的风电并网给电网的功率平衡与频率稳定带来了严峻的挑战,如何充分发挥变速风电机组的有功备用潜力,研究风电场快速可控的调频控制方法成为提高风电消纳能力的关键问题。提出适用于全风速工况的变速变桨距风电机组的改进型有功控制策略,有效地实现了风电场响应电网功率调度指令减载运行并提供旋转备用。考虑风电场分散接入场景,针对机组跳机和负荷脱网等可监测的、大容量的单一扰动/故障事件,基于功率平衡控制原理提出风电场的辅助调频协调控制新方法,在电网功率发生突变时,根据风电场与扰动节点的最短电气距离,合理启动和分配不同风电场的紧急功率控制容量。仿真结果表明,所设计的风电场有功-频率控制方案能从降低暂态频率偏差幅值及减小频率恢复时间两方面,有效地提升系统发生扰动后的频率稳定性。     

发电厂内强迫共振型低频振荡源的定位方法

强迫共振型低频振荡严重危害了电网的安全稳定运行,快速查找并切除扰动源对消除振荡恢复系统稳定意义重大。利用低频扰动电压的衰减特性,提出一种发电厂内强迫共振型低频振荡源定位的新方法。首先利用三次Hermite插值函数提取各个测点的低频振荡扰动变量;然后通过比较各个测点扰动电压的幅值大小定位低频振荡源机组;最后通过理论分析、六机无穷大系统的仿真分析以及某发电厂的实际相量测量单元测量数据的分析,对该方法的正确性进行了验证。     

平抑电网大功率扰动的规模化电池储能系统控制方法

为了满足电网调控需求，提出了规模化电池储能系统平抑电网故障下大功率扰动的优化控制方法。基于电网频率、电压与有功、无功功率的平衡关系，首先建立了考虑电池荷电状态约束的规模化电池储能系统有功、无功功率控制模型，该控制模型包含测量滤波环节、增益环节、死区环节、控制环节等完整环节，在此基础上推导出适用于电网调控的规模化电池储能系统调频、调压控制模型。针对不同容量电池储能系统和电网的调控需求，应用改进的响应曲线法对模型中的控制参数进行优化，从而提高控制系统的灵活性和适应性。最后，应用PSASP软件验证了规模化电池储能系统平抑电网故障下大功率扰动的优化控制方法的有效性。结果表明：当电网大功率扰动引起电网频率、电压异常时，提出的规模化电池储能系统有功、无功控制方法可将系统频率控制在49.8~50.2 Hz，将母线电压控制在UN±10%UN，满足系统频率电压要求。     

基于多新息辨识的电力系统节点惯量估计方法

随着高比例新能源并网、大容量直流密集接入和常规电源持续关停,电力系统原本相对均衡的惯量资源分布格局被打破,转动惯量在空间分布上发生了新的变化。为使系统运行人员及时感知惯量空间分布情况、精准定位惯量薄弱节点,提出一种基于多新息辨识的电力系统节点惯量估计方法。首先在分析系统惯量资源对节点惯量支撑作用的基础上,基于输出误差滑动平均模型构建惯量空间分布估计模型。进而采用多新息辨识方法求解模型中的待辨识参数,得出系统内所有节点的等效惯量,评判整个系统的惯量空间分布情况。最后在IEEE 39节点系统上进行仿真分析,验证了所提方法的有效性,以及对不同规模、不同位置故障的适应性。     

Improved frequency dynamic in isolated hybrid power system using an intelligent method

The Isolated Hybrid Distributed Generation (IHDG) studied in this paper is consisted of a wind turbine generator and a diesel engine generator. The equivalent inertia of power grid reduces by increasing influence of variable speed wind turbines in power systems. Consequently, when a disturbance occurs in the power system the frequency fluctuations increases. To overcome this problem, a supplementary control loop is added to the converter of the variable speed wind turbine in order to share the inertia of the turbines in the power grid. But the appropriate rate of this contribution depends on the amount of load and must be suitably changed based on the load. In this paper, a Takagi–Sugeno (T–S) fuzzy system is designed to determine the contribution coefficient of variable speed wind turbine in such a way that variable wind turbine shares the maximum value of its inertia to compensate the reduced production in the power grid. However, the turbine does not pass its minimum speed limit while sharing the maximum value of inertia in the grid and prevents the cause of another disturbance in the power grid. In the proposed method, first, by using Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm, the optimal values of contribution coefficient of wind turbines are attained proportional to the load in such a way that the minimum speed constraint is not violated. In the next stage, the initial T–S fuzzy system is extracted from the obtanied the optimal values of contribution by using subtractive clustering algorithm. In addition, Recursive Least Square (RLS) algorithm is used to adjust the consequent part of the T–S system. The efficiency of the proposed method is demonstrated through the simulation for different amount of load.     

大功率扰动下计及系统频率分布特性的紧急控制策略研究

电网发生大功率扰动时,系统频率在大幅度偏移情况下,还可能存在明显的时空分布现象。通过对单机系统频率响应特性和两机系统的频率差异的分析,提出了大频差下考虑非线性因素的系统频率解析模型,以此来估算故障扰动下系统频率的最大偏移量。提出通过在不同时间选择在不同地点采取紧急控制的协调配合方法,在减小频率最大偏移量的同时,改善频率时空分布现象,从而提高电网的频率安全稳定性。