双馈风机接入对电力系统失步振荡中心迁移的影响

随着双馈风力发电机(doubly fed induction generator,DFIG)装机容量持续增加,电力系统失稳后双馈风机的故障行为将进一步影响系统失稳模式及解列断面的选址。针对风电对系统失步振荡的影响问题,推导了系统失步场景下DFIG定子磁链、转子电压与外特性表达式,指出DFIG外特性曲线近似满足椭圆方程。进一步推导了风机接入下振荡中心与失步振荡中心位移函数,理论分析表明振荡中心的迁移范围扩大至整条输电线路,失步中心分布范围增加、且向远离风电场方向迁移,据此阐述了DFIG不同故障穿越措施对失步振荡中心迁移的影响程度。最后将双馈风电场分别接入两机系统与IEEE 118节点系统,仿真验证了上述理论的正确性。     

并网光伏电源对电力系统振荡中心分布的影响

为研究并网光伏电源对振荡中心分布的影响,基于PSD-BPA机电暂态仿真软件搭建的简单模型以及软件中已实现的基于视在阻抗轨迹的振荡中心定位工具,对光伏出力的增加、出力增加方式的改变、故障时光伏电源是否脱网三种情况进行仿真分析,结果表明:在电网故障条件下,光伏电源不脱网时,光伏电源出力的增加会使失步中心向着光伏电源出力增加的方向迁移,且可能会引发新的失步振荡;部分光伏电源脱网时,一定程度上可改善系统的稳定性,但大规模光伏电源脱网可能导致频率失稳问题。该研究成果对含有大容量光伏电源接入电网的安全稳定运行等提供了参考。     

多频振荡下的失步振荡中心变化规律及其定位

基于三机等值系统,研究了多频振荡下失步振荡中心的特性及其变化规律。在同一失稳模式下,机组不同调导致振荡中心向不同调侧偏移,不同调越明显,偏移量越大。多频失步振荡过程中,同一个时刻仅有一个断面由于机组振荡导致电压为零,为系统失步振荡中心。失步振荡中心出现时,所在线路两侧等值两机系统功角摆开180°。系统阻抗参数决定了系统振荡中心最大迁移范围,在确定阻抗参数情况下,三机系统功角变化趋势决定了振荡中心迁移方向。传统基于就地信息的解列判据难以适应多频振荡下的失步场景,通过线路两侧相位差摆开180°的判据,可准确定位多频振荡下失步振荡中心出现时刻及其位置。     

导致振荡中心迁移的基本因素及其敏感性分析

研究发现了振荡中心处电压和电流瞬时频率之和等于两侧等值电势频率之和的规律。提出导致振荡中心迁移的3个基本因素:主导振荡模式更迭、等值电势不等和系统阻抗比例变化。理论证明了失步断面线路开断或串补旁路导致的失步断面等值阻抗增大,不会导致振荡中心迁移出失步断面。基于"两华"电网不同失稳模式的等值阻抗特性,分析了不同扰动导致振荡中心迁移的途径及其敏感性。由于切机等措施引起的振荡中心某一侧等值电势阻抗变大,将导致振荡中心向该侧迁移,存在迁移出初始失步断面的风险。振荡中心一侧的机组不同调可引起等值电势比大幅变化,导致振荡中心迁移初始出失步断面,如不快速采取控制措施,可演化为多群振荡,出现主导失稳模式更迭,进而导致振荡中心大范围迁移,对系统影响较大,需重点防控。     

光伏接入对系统小干扰稳定的影响研究

针对光伏并网后系统小干扰稳定性的变化情况,基于MATLAB-PSAT仿真软件搭建了IEEE5机14节点光伏接入系统,详细研究了不同光伏渗透功率水平下光伏接入对系统振荡模式阻尼特性的影响。仿真结果表明:光伏的加入不会新增主导的振荡模式;降低网内机组出力而增加的风电渗透功率时,光伏渗透功率对振荡模式阻尼比的增幅不大;光伏接入位置对系统整体阻尼特性的影响与发电机有关。     

振荡中心侵入机群场景下的刚性外推策略

大规模电力外送基地机群失步场景下,振荡中心易侵入机群内部,仍采用现有发电机失步保护应对策略将可能导致机组“雪崩式”切机。从切机切负荷有损控制入手,提出了一种通过调整负荷或机组数量维持系统稳定性的振荡中心刚性外推策略。针对振荡中心落入电力外送基地某机群场景,从理论上分析了该刚性策略的可行性;推导了系统内任意一点处电压幅值的解析表达式,并结合振荡中心处的电压特性,得到中心位置表达式;基于此,在振荡中心外推出机群条件下对受端系统负荷或对侧机群机组切除数量进行预测,制定防止过切的约束,进一步判断系统的稳定性,并确定源荷调整有效范围。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件建立多机并联外送系统仿真模型,通过仿真验证了系统失步过程中发电机失步保护阻抗轨迹和功角变化,采取外推策略后振荡中心外推出机群且功角趋于稳定,该结果说明了所提策略的有效性。     

基于电压相角轨迹的多频系统失步振荡中心定位及预警策略

随着特高压交直流工程迅速发展,系统受到大扰动后面临多群失稳问题,多频失步振荡场景下的失步中心迁移规律亟待研究。推导了三机等值系统振荡中心位置表达式,分析了振荡中心的迁移规律,进而得到多频振荡下失步振荡中心出现的充要条件,并将其描绘成等值三机电压相角轨迹在相角平面中所满足的约束条件,提出一种失步中心预警策略。该策略依据电压相角轨迹接近约束条件时等值机的电压相角与频率,预判失步中心出现的地点与时刻,提前激活解列装置,使其在失步周期的最佳时刻动作。最后,PSS/E中三机九节点与IEEE118节点算例验证了所提方法的有效性。     

阻抗不均导致振荡中心迁移的规律

基于计及阻抗不均的等值两机系统模型,采用向量图和数值计算相结合方法研究了线路阻抗不均导致振荡中心偏移的规律。定义两机系统总阻抗模值的中点为系统中心。在系统功角由0?360?摆周期中,系统阻抗角不等可导致振荡中心动态迁移:当系统中心落在联络线上时,振荡中心仅在联络线内部动态迁移。当系统中心落在联络线任侧系统等值阻抗上时,存在两种迁移规律,是仅在联络上动态迁移,二是振荡中心在联络线和系统中心所在的联络线侧等值阻抗上动态迁移。系统失步中心位置(振荡周期内电压过零点)不受阻抗不均的影响,不影响失步中心位置的定位,但失步中心并非只在系统功角摆至180?时出现。     

复杂场景下失步中心定位及振荡中心漂移规律

研究了电力系统发生失步振荡时,系统两侧电势幅值不等与全系统阻抗角不相同同时存在的场景下,基于等值双机系统的失步中心的定位方法和振荡中心的漂移规律,进而实现了振荡中心的实时定位。文中通过定义的节点位置函数与两侧电势幅值比的关系确定失步中心位置,给出了联络线上是否存在失步中心的条件。在失步中心定位的基础上,分析了振荡中心的漂移范围及4种典型漂移状态,提出了基于母线处测量阻抗相位角的振荡中心定位判据。仿真结果验证了分析的正确性。     

基于电压相量轨迹的失步振荡中心特性解析及解列断面预判

利用电压相量轨迹信息解析电网失步振荡中心分布特性并实时预判解列断面，能够为主动解列控制提供决策依据。首先针对两机失步模型，证明了沿线各节点的电压相量轨迹是圆，其圆心坐标、半径大小与两侧电势及节点位置有关，依据失步振荡中心的电压过零这一特征，推导出失步振荡中心分布特性是圆或直线的解析方程；其次，针对理想两群摇摆，提出了无需等值参数辨识的失步振荡中心精准定位方法，针对实际电网环境下的失步振荡，利用失步振荡中心所在线路端点的电压相量轨迹与坐标原点的位置关系，构建失步振荡中心所在线路的预判指标，指标存在固定临界值零；最后，提出了失步解列断面预判方法，仅依据线路端点量测即可实现实时预判。500kV两机系统、IEEE-118节点系统和实际交直流混联电网算例验证了方法的有效性，方法计算简单、适用性强、时效性好，具有较高的工程应用价值。     

光伏并网对电力系统低频振荡阻尼特性的影响分析

日益增长的光伏装机容量和光伏发电比重让电力系统运行稳定性面临新的挑战.从系统阻尼特性角度出发,针对光伏并网对电力系统低频振荡阻尼特性的影响展开研究.首先综合考虑光伏阵列、逆变器及其控制策略等部分,建立光伏发电系统动态模型,并基于DIgSILENT/PowerFactory仿真平台分别搭建含光伏发电系统接入的四机二区域系统和IEEE 16机68节点系统,采用特征值分析法和时域仿真法研究光伏发电系统的并网点、渗透率、入网输送距离等因素对电力系统低频振荡阻尼特性的影响.结果表明,光伏发电系统不会增加电力系统低频振荡模式,也不会直接影响系统阻尼特性,而是通过改变系统潮流来改变系统阻尼特性的,并且光伏并网总能改善本地局部振荡的阻尼特性,但对区间振荡模式而言,其影响或正或负.     

基于频域贡献因子的混合风电场内振荡源在线定位研究

随着风电、光伏和SVG等各种电力电子设备并网比例的增加,新能源电力系统振荡风险加剧,精准定位风电场站内振荡源对预防振荡引发大规模电力事故的意义重大。提出了基于频域贡献因子分析混合风电场内振荡源在线定位方法。首先,基于大型混合风电场站的节点导纳矩阵推导出频域贡献因子;然后通过便于工程实现的在线阻抗辨识得到风电场阻抗特性,并进行模态机理分析得到风电场的主导振荡模态;然后求出混合风电场的振荡贡献因子;基于贡献因子确定场站内振荡的主要贡献节点以实现振荡源定位并量化分析;采用机理分析替代数值法得到风电场站的主导振荡模态,避免了计算量大与收敛性不足的问题。最后基于ADPSS/ETSDAC平台对大型混合风电场中双馈风机与串补电容交互振荡和直驱风机与SVG交互振荡分别进行仿真验证所提方法的有效性。     

高频切机措施对失步振荡中心迁移的影响

为减小失步振荡中心迁移对系统解列的影响,基于两机系统失步振荡中心迁移的一般规律,研究了高频切机措施引起的等效电抗及等效电动势变化,得到了切机后失步振荡中心迁移的函数表达式。同时提出了切机后失步振荡中心迁移的临界曲线和临界区域,得到了高频切机措施影响失步振荡中心迁移的规律。结合实际电网发生多重严重故障的案例,在失步振荡过程中,高频切机措施会使失步振荡中心朝被切电源一侧迁移,在进行高频切机时,应尽快切除稳定性较差机组,避免孤立系统出现二次失步现象,有利于孤立系统快速恢复稳定。仿真算例对工程实践中增加预想故障类型,考虑第三道防线措施相互配合,和布置解列装置安装点具有指导意义。     

逆变型分布式电源并网系统的失步保护研究

针对逆变型分布式电源并网系统中存在的失步问题,分析了逆变型分布式电源并网系统失步和传统旋转型电源电网失步的区别,提出了适用于分布式电源并网系统的失步保护新原理.该保护首先利用公共耦合节点处视在阻抗角偏移量的绝对值构建失步保护启动判据,其次利用视在阻抗角变化的加速度绝对值来判断失步状态.通过MATLAB/SIMULINK搭建三相光伏并网发电系统模型,进行三相短路和失步仿真.仿真结果验证了提出的失步保护原理清晰,可以准确区分逆变型分布式电源并网系统中发生三相短路故障和失步的情况,并且该保护原理不受三相短路故障的影响.     

基于频率特征的失步解列判据原理

重点研究了电力系统失步振荡时,两侧电动势幅值相等及不等情况下电压频率的特征。研究表明,当系统发生失步振荡时,不论两侧电动势幅值是否相等,电压频率都具有如下特征:振荡中心同一侧的电压频率同时增加或减小;振荡中心两侧的电压频率没有交集;且若振荡中心一侧电压频率增加,则另一侧电压频率减小,反之,则另一侧电压频率增加。提出一种新的基于频率特征的失步解列判据,该判据可以区分同步振荡和失步振荡,识别振荡中心的位置,同时不受系统结构变化和运行方式变化的影响。BPA仿真验证了分析的正确性。     

大规模风电并网与电网振荡解列的交互影响

针对风电并网与电网振荡解列日益凸显的交互影响,首先,基于PSD- BPA仿真软件建立"风火打捆"等值单机无穷大系统,从风电接入比例及风电场是否加装无功补偿两个方面对系统失步振荡特性进行仿真分析。结合实际电网,加以仿真验证。其次,改变电网运行方式或者故障点位置,通过对比相应的风电脱网量,仿真分析振荡解列对风电可靠并网的反作用。结果表明,风电并网比例越大、风电场具备无功补偿时有利于抑制电网失步振荡,提高电网稳定性;电网不同运行方式及故障地点可能改变电网的振荡模式,使振荡中心发生迁移,影响风电的可靠并网。最后,针对二者间的交互影响,提出合理的优化建议。     

规模化光伏并网对火电机组次同步振荡特性影响

光伏规模化开发与集中并网,是我国太阳能资源利用的重要形式之一;波动性光伏电源与可调节常规火电机组近电气距离联合并网外送,则是提高交流送电线路利用效率的重要途径。在上述场景中,光伏对火电机组次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)阻尼特性的影响亟待研究。建立了包括光伏电池板、电压源型逆变器以及控制系统3个主要组成部分的光伏发电单元电磁暂态仿真模型;研究了规模化光伏系统接入及其汇集线阻抗、运行点、接入位置等电气特征量,对近电气距离火电机组SSO阻尼特性的影响。针对交流线加装串补可能引发的SSO问题,提出在光伏汇集站动态无功补偿装置配置附加阻尼控制器的抑制措施,并通过仿真验证了该抑制措施的有效性。     

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。     

异步联网后云南电网失步特性与解列系统方案研究

云南电网与南方电网主网实现异步联网,云南电网的失步振荡特性随之发生新的变化。利用基于电压比相原理和Ucosφ原理的失步振荡中心搜索方法,对异步联网后云南电网典型方式下的多重严重故障进行仿真研究,确定失步振荡中心的分布区域和失步断面的构成类型。云南电网目前配置的分散独立式失步解列装置,对于复杂断面的失步判别和解列效果均不理想,因此在研究云南电网失步特性的基础上,针对并列式失步断面和长链式失步断面,提出基于Ucosφ判据和电压比相判据的失步解列系统构建方法,设计并初步验证了滇西北、滇中西南、滇东北失步解列系统构建方案与初步策略。     

大规模光伏发电经串补并网系统次同步振荡机制

根据以往研究经验,由于串补输电系统存在串联谐振点,大规模光伏发电经串补并网系统被怀疑存在次同步振荡风险.研究发现光伏并网逆变器采用恒电流控制,其特性近似电流源,只能激励并联谐振点,而大规模光伏发电经串补并网系统与变压器励磁支路在交流侧产生并联谐振点,可能会成为影响系统振荡稳定性的主导因素.因此,分别建立了考虑和忽略变压器励磁支路的大规模光伏经串补并网系统的小信号模型,利用特征值法分析振荡机理.特征值研究证实,当逆变器采取电流源控制模式时,交流侧并联谐振点存在对应的特征值,而由于电流源钳制光伏发电系统的电流量,并不存在与串联谐振点对应的特征值,因而变压器励磁支路与串补电容构成的并联谐振点主导系统的次同步振荡特性.