计及时变系统完整非线性的振荡模式分析

提出评估非自治非线性因素对振荡行为影响程度的指标。其绝对值在定常的线性模型下严格为0，并随着时变性或非线性影响的增强而增加。据此，可量化地比较不同因素的影响。受扰轨迹完整地反映了时滞环节及离散控制等本质非线性因素和时变因素对系统动态行为的影响。采用小波脊方法估算受扰轨迹在适当宽度的时间窗口内的振荡模式，并随着窗口的滑动得到振荡模式的时间序列。用该序列可以量化非自治非线性振荡的特性，并指导对大振幅低频振荡的分析与控制。仿真发现，即使是3机9节点的小系统，其动态行为也可能不同于平衡点特征根的描述，而平衡点特征根甚至可能丢掉最危险的非线性模式。     

基于EEAC理论分析低频振荡

扩展等面积准则（EEAC）通过互补群惯量中心 — 相对运动（CCCOI-RM）变换，将多机系统受扰轨迹映射为一系列时变单机无穷大（TV-OMIB）系统的映象轨迹，并解耦各振荡模式的信息，进而可以识别主导振荡模式，并实现稳定性的量化分析。文中提出以轨迹特征根反映系统非线性对低频振荡特性的影响，以轨迹特征根对各机组机械阻尼系数的灵敏度来反映各机组的参与因子;发现按减小联络线功率的准则调整机组出力可能产生负阻尼效应;指出为抑制低频振荡，应以减小映象功角为准则来调整机组出力。分析扰动大小对系统振荡特性的影响，发现系统振荡特性在分岔点附近可能与平衡点特征根明显不同。     

轨迹特征根的解析估算及其误差分析

在一系列滑动的时间窗口内，用信号处理技术提取振荡模式的方法并不适用于时变太快或非线性太强的场合。为克服此缺点，沿实际受扰轨迹，在每个积分步的始点将非线性系统的数学模型逐段线性化，并求解该分段线性系统特征根的时间序列。进一步将上述分段线性化动态方程映射为一系列时变的单机系统，用扩展等面积准则（EEAC）辨识每个积分步长内的振荡模式，并推导出轨迹断面特征根的解析估算公式。以多机轨迹断面特征根为标准，审视解析估算公式的精度，并评估平衡点特征根对非线性的不适应性。     

基于轨迹模式空间解耦及模式能量序列的振荡分析(一)理论基础

针对电力系统振荡行为的分析,揭示互补群群际能量观点与特征频率正弦幅值观点的异同,严格证明两者在哈密顿单机无穷大系统中的一致性。但非线性因素则可能在线性化分析中引入大误差,而时变因素及饱和等本质非线性因素还可能使平衡点特征根方法完全失效。为了克服这些困难,从实际受扰轨迹的互补群群际能量的观点出发,描述了复杂受扰系统的振荡特性。多机系统轨迹可以通过互补群惯量中心—相对运动(CCCOI-RM)变换,严格映射为一系列时变单机映象轨迹,并通过各映象系统的振荡能量反映原多机系统的振荡行为,包括多频率的时变非线性振荡。     

基于轨迹模式空间解耦及模式能量序列的振荡分析(二)算法及应用

基于状态空间中的模式解耦,及在时域中按其摆次分段,分析振荡能量的时序演化特性。利用互补群惯量中心—相对运动(CCCOI-RM)保稳变换,将非简谐振荡的多机轨迹严格映射为一系列映象上的时变单机系统轨迹,并通过后者在逐次摆动期间振荡能量的演变来刻画原多机系统的振荡行为,在时变单机映象系统的外力—位置平面上分析振荡能量的时空转换,量化其非保守性。文中分别以映象系统轨迹上的动态中心点(DCP)处的动能,及最远点(FEP)处的势能来反映该模式在过去半摆中的振荡总能量;以两者组成的能量序列反映该空间振荡模式的时变性。通过理论分析及数值仿真证实:在描述哈密顿单机系统振荡行为时,轨迹摆次能量序列与特征根分析完全一致,而在分析非哈密顿的单机系统或一般的多机系统时,轨迹摆次能量序列可以克服平衡点特征根的众多缺陷。     

轨迹断面特征根对受扰轨迹最远点及动态鞍点的诠释

对于任何复杂模型,通过仿真得到特定扰动下的受扰轨迹后,就可沿轨迹将系统模型等值为分段定常的线性系统。轨迹断面特征根法采用的假设与欧拉积分法完全相同,即系统在且仅在单个仿真步长内被定常线性化。因此,在每个积分步内,不但可用静态扩展等面积准则(EEAC)法分析该轨迹断面上的能量稳定裕度(轨迹断面能量),也可用平衡点特征根技术分析该轨迹断面上的振荡阻尼与瞬时频率,而将断面处的不平衡功率与动能视为初始扰动。完整的受扰轨迹成为大、小扰动稳定分析的共同基础,断面特征根可反映复杂因素对振荡特性的影响,而EEAC可反映复杂因素影响同步稳定性的本质。引入"轨迹断面虚拟平衡点特征根序列"的概念,以计入断面处动能对滑步失稳的影响,并将滑步失稳与振荡失稳两者的机理相关联。据此考证最远点(FEP)和动态鞍点(DSP)处的振荡阻尼与瞬时频率,揭示大、小扰动失稳的内在联系。     

关于低频振荡分析方法的评述

为更好地梳理概念，将低频振荡分析方法分为两大类，即针对系统模型平衡点的特征根方法以及沿着系统受扰轨迹的模式提取方法。平衡点特征根方法可进一步按采用的系统模型分为确定性的线性化模型、确定性的非线性模型和概率模型。这类方法与具体扰动无关，但只能反映系统在该平衡点附近的动态行为，故不适用于包含强非线性、变系数、相继故障或有离散控制的系统。受扰轨迹模式分析方法则从特定扰动下的时间响应曲线中提取振荡信息的时间序列，包括系统模型未知情况下（如实测轨迹）的信号处理法和系统模型已知情况下（如仿真轨迹）的分时段定常线性化法。在评述各种方法的基础上，提出改进的思路及有望突破的研究方向。     

故障系统低频振荡特征值分析方法

针对平衡点特征值法不能正确反映故障系统的振荡特性,以及轨迹特征值法窗口宽度难以选择的问题,提出一种适用于分析故障系统特征值的方法。利用共享因子将故障切除后的系统进行等值,再利用原网络及故障分量网络支路电流求取故障后各支路电流及功率,在此基础上,建立系统的等值模型,在各测点处将模型分段线性化,并结合实际受扰轨迹求解故障系统特征值的时间序列。2机和16机系统仿真结果表明,所提方法能实时准确地描述故障系统的时变振荡特性。     

基于慢同调理论和希尔伯特-黄变换的发电机在线同调识别

提出一种在线同调机群识别方法。根据慢同调分群算法确定线性化系统的最优慢同调聚合分群数,根据分群矩阵的相关系数、振荡模式的参与因子,以及广域测量系统提供的功角信息,利用希尔伯特-黄变换提取发电机的振荡模式能量谱,实现扰动后的发电机群的同调识别。通过WSCC系统和新英格兰10机39节点系统的仿真实验验证所提方法的适用性和有效性,该方法能全面反映系统在受扰后的动态特性和系统的非线性时变特性。     

根据受扰轨迹识别电力系统主要振荡模式的信号能量法

弱联系的互联电力系统容易发生低频振荡已成为危及系统运行安全一个不容忽视的因素。根据系统受扰轨迹识别系统的主导振荡模式有重要意义。该文提出一种基于轨迹识别电力系统主要振荡模式的信号能量法，对单机无穷大系统，建立了受扰轨迹能量变化与振荡模式阻尼比之间的解析关系。通过构造与受扰轨迹在能量意义下等效的二阶系统，该方法也可用于识别多机系统的主导模式。由于所需的受扰轨迹既可取自于广域量测系统，也可通过仿真获得，该方法易于用来研究多机系统的主要振荡模式。运用信号能量法还可以识别不同时段主导振荡模式的变化。在单机对无穷大系统和EPRI-36节点8机系统算例中，证明所提方法的有效性。     

基于灵敏度分析的电力系统稳定器参数优化

推导了电力系统稳定器(PSS)参数灵敏度指标的计算过程,并在小干扰稳定分析软件SSAP中实现了2种灵敏度计算功能,即振荡模式特征值及其阻尼比对PSS参数灵敏度的计算功能,以及控制器等效交流增益不变约束下的振荡模式特征值及其阻尼比对控制器补偿相位的灵敏度的计算功能,可以对低频振荡阻尼进行优化(或约束优化)。以红海湾电厂600 MW机组为例,通过PSS参数的灵敏度分析对低频振荡阻尼进行约束优化,特征值分析与现场抗扰动试验的实测录波结果相吻合,验证了SSAP灵敏度分析理论与计算的准确性及其在工程中的指导作用。     

光伏微电网孤岛运行时多种振荡模式的小信号建模分析

现有文献对光伏微电网孤岛运行时可能存在的多种振荡模式研究较少。文中针对一种含有光伏电源的典型微电网,建立了系统孤岛运行时的全阶小信号模型。通过特征值分析,揭示该微电网中存在5~20 Hz,60 Hz及800~1 000 Hz这3种主导振荡模式。通过计算参与因子分析了特征值对状态变量的敏感度,揭示了各振荡模式的起因。利用该模型分析了控制器和网络参数变化对系统小干扰稳定性的影响。利用微电网物理实验平台进行扰动测试,实验结果准确地反映了以上3种振荡模式,说明所建立全阶小信号模型的正确性。该模型的建立为优化微电网中光伏电源主电路和控制器参数提供了依据。     

小干扰稳定性分析中按阻尼比递增关键特征子集计算

提出了大规模电力系统小干扰稳定性分析中计算机电振荡模态的一种有效方法。用Jacobi-Davidson方法求取系统状态矩阵按阻尼比递增的特征值子集,抓住了电力系统机电振荡分析问题的本质,避免了大量冗余特征值的计算,大大减少了计算量。另外提出了在Jacobi-Davidson方法中用Arnoldi分解构造初始正交子空间的方法,提高了该方法在迭代初期的计算效率。最后将提出的方法分别在46机和113机系统上进行了试验,结果表明利用所提方法能够有效地求出系统负阻尼和阻尼不足的所有振荡模态,适用于大规模电力系统的机电振荡分析。     

密集型固有振荡模式电力系统的模态分析

大规模电力系统具有振荡模式非常密集的特点,参数的微小变化会使系统产生模态不稳定现象。运用复模态摄动理论对密集型固有振荡模式电力系统进行了模态分析,结果表明,系统的特征值对参数摄动不敏感,但密集振荡模式对应的左、右特征向量有很大的变化,影响状态变量对振荡模式的可控性和可观性。最后,以新英格兰10机系统和NPCC 48机系...     

串联谐振变换器的最优轨迹控制

介绍了串联谐振变换器的最优轨迹控制法。首先分析了串联谐振变换器的4种工作模式,然后以谐振电感电流和谐振电容电压为状态变量,基于状态平面分析法推导了系统的最优轨迹控制法则。控制目的是使这两个状态变量跟踪他们期望的稳态轨迹,从而减少暂态振荡并在极短时间内达到稳态。实验结果表明,最优轨迹控制系统的暂态性能非常好。     

New approach to power system stabilizer design

A generalized method for the design of excitation control or a power system stabilizer (PSS) based on complex frequency is described. The method selects PSS parameters such that exact assignment of eigenvalues associated with the mechanical modes of oscillation to desired locations is achieved. Numerical examples are used to illustrate the concepts of the proposed new technique.     

Power system multi-parameter small signal stability analysis based on 2nd order perturbation theory

A novel method based on multi-parameter 2nd order perturbation sensitivity is proposed to analyze the low-frequency oscillation modes in large-scale interconnected power system, since the low-frequency oscillation mode change is hard to determine due to the violent fluctuation of multiple parameters during operation. Firstly, the multi-parameter 2nd order perturbation sensitivity matrices of eigenvalues and eigenvectors are deduced. Then, their multi-parameter 2nd order estimated values are calculated. On the basis of this, the changing system oscillation modes under multiple parameters variation are estimated. The simulation results of WECC (Western Electricity Coordinating Council) system verify that this method is able to assess the small signal stability of the system relatively accurately even several parameters of the system change. Then it can adjust appropriate dispatching method accordingly to improve the damping of dominant oscillation mode. Also, this method makes the solving process direct and clear since it avoids the burdensome derivation calculation of 2nd order sensitivity, and it is time-saving by avoiding solving complicated high-dimensional state matrices.