水力系统与电力系统相互影响研究

针对目前水力系统、机械系统及电力系统都被独立地研究而有可能会使它们之间的相互影响被简化的现状,以单机无穷大系统为例．给出了适用于小干扰分析的4种水力系统（恒定机械功率、简化水力系统、弹性水击下的线性水轮机及刚性水击下的线性水轮机）模型。以及3种电力系统模型（恒定电功率、不计及励磁调节器和计及励磁调节器的发电机）模型。分析比较了不同水力系统模型对电力系统振荡的影响．以及不同电力系统模型对水力系统振荡的影响。对单机无穷大系统进行仿真．结果表明了水力系统与电力系统之间相互存在影响．并指出要重视系统之间的协调研究工作。     

火电厂动力系统与电力系统超低频振荡的相关性

我国电网在大联网中出现了超低频振荡现象.为了分析这种振荡的影响因素,以单机无穷大系统为例.给出火电厂锅炉、汽轮机、调速系统以及发电机、励磁系统的数学模型.推导获得整个系统线性化模型下的系数矩阵.并利用特征值分析法对火电厂动力系统与电力系统超低频振荡的相关性进行了研究.对不同参数情况进行计算分析.结果表明:在超低频段.火电厂动力系统振荡模式与转子振荡模式之间有可能存在弱相关性.所以在超低频振荡分析中需要注意这一问题.     

基于最小特征轨迹的电力系统稳定器参数整定方法

电力系统中低频、超低频等振荡的发生会威胁电网的安全稳定运行。电力系统控制器的参数设置直接影响系统低频和超低频振荡等小干扰问题的稳定性。为分析控制器参数对于稳定性的影响，从频域角度提出了一种基于最小特征轨迹的小干扰稳定分析方法。首先，建立转子回路的紧凑形式Heffron-Phillips模型，并根据特征轨迹得到频域稳定裕度表达式；然后，对该稳定裕度进行灵敏度分析，实现了参数对稳定性影响的量化分析。此外，基于该方法对励磁模式进行了分析，并从理论层面解释了电力系统稳定器增益存在上界的原因，同时，给出了励磁模式频率及电力系统稳定器临界增益求解方程。最后，提出了一种控制器参数整定方法，并通过算例验证了所提方法的有效性与实用性。     

基于全特征值轨迹多项式逼近的双馈风机并网宽频振荡分析

高比例新能源接入下的电力系统振荡呈现宽频特性，其阻尼和振荡频率受系统参数影响显著。为避免运行参数变化和控制器参数设置不当造成系统失稳，亟须量化系统振荡模态与参数之间的关系并分析其背后隐藏的机理。文中提出了基于多项式逼近的全特征值轨迹计算方法，通过一系列多项式基函数的线性组合来准确描述系统所有特征值与多个参数之间复杂的隐式函数关系，得到特征值变化轨迹的显式表达式。针对双馈风机并网系统进行了详细电磁暂态建模，以单机无穷大系统和风火打捆外送系统为例，验证了所提方法的准确性，并利用特征值轨迹显式表达式分析了线路串补度、转子侧控制器比例和积分系数等重要参数对双馈风机并网系统次同步振荡、低频振荡等关键模态的影响。     

电力系统非线性振荡模态分析

利用Carleman线性化原理研究电力系统非线性振荡稳定性问题,通过分析得到了二阶及二阶以上电力系统动态方程解析解的表达式。通过Carleman线性化分析方法得到了系统的非线性高阶模态,可以用于研究电力系统的非线性动态特性及大干扰下系统的稳定性,揭示了非线性模态相关性对系统动态特性的影响。同时将线性模态参与因子的概念扩展到非线性模态中,定量地衡量各振荡模式之间的非线性相关作用。通过36节点系统的仿真计算与Prony分析结果进行了对比。通过Carleman线性化方法分析电力系统非线性模式之间的相互作用,可以在小干扰稳定和传统的线性化分析基础上更加深入地理解非线性系统的动态特性, 为分析大干扰和强非线性情况下系统的稳定性和动态特性提供了一种新的手段。     

电力系统非线性振荡模态分析

利用Carleman线性化原理研究电力系统非线性振荡稳定性问题,通过分析得到了二阶及二阶以上电力系统动态方程解析解的表达式.通过Carleman线性化分析方法得到了系统的非线性高阶模态,可以用于研究电力系统的非线性动态特性及大干扰下系统的稳定性,揭示了非线性模态相关性对系统动态特性的影响.同时将线性模态参与因子的概念扩展到非线性模态中,定量地衡量各振荡模式之间的非线性相关作用.通过36节点系统的仿真计算与Prony分析结果进行了对比.通过Carleman线性化方法分析电力系统非线性模式之间的相互作用,可以在小干扰稳定和传统的线性化分析基础上更加深入地理解非线性系统的动态特性, 为分析大干扰和强非线性情况下系统的稳定性和动态特性提供了一种新的手段.     

多机系统PSS选址方法分析与对比

电力系统低频振荡是影响互联大电网运行的重要问题,电力系统稳定器(PSS)被广泛应用于抑制负阻尼引发的低频振荡,但是多机电力系统中如何布点PSS,从而更有效地抑制低频振荡是一个尚未解决的问题。文章详述了两种PSS选址方法,即参与因子法和特征值灵敏度法,利用特征值分析求出系统的状态矩阵,并在此基础上得到参与因子以及状态矩阵对任意参数的偏导数。通过对这两种方法原理的分析对比,指出了它们各自的优缺点及适用范围。最后利用典型两区域四机算例,分别求取所关心低频振荡模式的参与因子及灵敏度,验证了两种方法对于特定的低频振荡模式主导机判断的准确度,并对产生所得结果的原因进行了讨论分析。     

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。     

互联电力系统中PSS的全局协调优化

分析了互联电力系统中常规分散、局部设计的PSS之间可能存在的不良相互作用,指出了对相关机组的PSS进行全局协调优化的必要性,并提出了一种多机互联系统中常规 PSS的全局协调优化方法。该方法使用在NETOMAC程序中实现的非线性优化算法,其主要目标是同时优化具有因定参数的PSS的预选参数,以处理电力系统复杂的非线性特性,通过最小化包含相关发电机转子振荡模式和区域间振荡特性的非显式目标函数,使互联电力系统在暂态条件下功率振荡的阻尼特性得到全面改善,因而该方法对大规模电力系统中控制器的全局协调具有独特的优势。4机测试系统和欧洲电网的仿真结果证明了文中所提方法的有效性和鲁棒性。     

水电机组稳定余量域及超低频振荡衰减研究

近年来,由水电机组引发的电力系统超低频振荡问题频发,研究水电站超低频振荡特性对电力系统的稳定运行十分关键,对工程实际中如何保证系统稳定裕度及振荡衰减特性作出定量分析值得作更深入的研究。为此,本文基于稳定余量的概念,建立了水力机组调节的数学模型,采用理论分析与数值模拟对比,探讨了不同余量域下水电机组超低频振荡的衰减特性,揭示了系统参数与振荡衰减系数之间的关系,并给出了简要的工程应用示例。结果表明：稳定余量可以代表系统时域响应的衰减度,为指数函数形式的响应包络线的幂系数,也是系统响应频率、阻尼比的乘积;当系统参数发生改变时,通过对余量域变化的理论推导可得到机组超低频振荡的衰减特性。     

水机电耦合系统建模及暂态分析

在水电系统研究中,水力系统与电力系统模型精度失配、缺乏全面的水机电数学模型是制约水电系统动态过程研究和提高仿真精度的主要原因。基于水机电各元件模型,采用积木式结构在MATLAB/Simulink环境下构建了水机电整体耦合系统模型,便于研究水力系统和电气系统之间的相互影响,分析水电站的暂态过程。基于该模型对单机无穷大系统进行了仿真研究,比较了电气系统扰动对水力系统的影响以及水力系统扰动对电气系统的影响,并对仿真结果进行了分析。     

水轮机组与电网耦合对电网动态稳定的影响

电网多次发生水轮机组参与的功率低频振荡现象,产生机理不明,严重影响电网的安全稳定运行.本文以江西柘林水电厂为例,首先分析其水轮机组尾水管水压脉动情况以及对输出机械功率的影响,其次根据尾水管水力系统物理特性,建立考虑尾水管压力动态的水轮机组模型.采用时域仿真方法,探讨了水轮机组水力系统与电网之间的耦合作用,研究了水轮机组尾水管水压脉动对电网动态安全稳定的影响.仿真结果表明:当水轮机组尾水管水压脉动频率与其发电机所在电网中的自然振荡频率相同或接近时,有可能发生共振而引发电网的功率振荡,造成电网动态稳定的破坏.研究结果对分析电网低频振荡产生原因具有一定的参考价值.     

发电机调速附加控制对系统频率稳定的作用

研究了基于复合偏差功率反馈的同步发电机调速系统附加控制方法及其对频率稳定的作用。该方法克服了传统调速控制因转子质量惯性、负荷特性和转速测量死区而造成的控制延时,并且能精确地进行不平衡力矩补偿,从而在扰动初期能进行及时有效的频率稳定控制。对单区域系统的仿真结果表明,汽轮发电机组和水轮发电机组附加调速控制相比传统调速控制而言,减小了频率的偏移幅度,抑制了频率振荡的发生;提前了锅炉燃烧系统对负荷变化的响应时间,从而提高了机组一次调频的持续力;水轮机组的闸门开合次数及频率也都有一定的减小;降低了机械功率的超调和振荡。     

The effect of load models on unstable low-frequency oscillationdamping in Taipower system experience w/wo power system stabilizers

This paper uses the eigenvalue analysis approach to observe the impact of load models on an unstable low frequency oscillation damping, which recently occurred in the Taiwan power system. In order to enhance oscillation damping, the effect of load models on power system stabilizers is also investigated. Three kinds of the derived load models (a dynamic model, a composite model, and an exponential model) based on the component approach with the measured characteristics of power system loads are used in this paper. Time simulation results are extensively used to verify the eigenvalue analysis results with and without power system stabilizers. One set of field test data obtained from the Taiwan power nuclear plant with power system stabilizers is used to determine which load model provides a more accurate result in enhancement of oscillation damping. Depending on the results, the effect of load models on electromechanical oscillation damping with and without power system stabilizers is verified     

可调速双馈水轮发电机组控制系统的稳定性分析

为了研究可调速双馈水轮发电系统静态稳定性和控制器反馈系数之间的关系，该文针对变速恒频双馈发电机运行特点和水轮机导叶开度调节结构，首先推导了具有刚性水锤效应的可调速双馈水轮发电机组的数学模型。其次，结合基于动态同步轴系下的双馈发电机双通道励磁控制策略以及有功功率参与反馈控制的水轮机调节系统模型，建立了以有功、无功和转差率为系统调节变量的闭环控制系统的状态方程。最后，利用李雅普诺夫函数概念和方法得到了闭环控制系统具有大域渐近稳定性的充分条件。分析结果表明，可调速双馈水轮发电机组的静态稳定性与控制器的反馈系数密切相关。     

基于仿真软件PSS/E的低频振荡分析方法

基于仿真软件PSS/E提出了一种分析华东电网低频振荡特性的方法,结合PSS/E的特征值分析法和Prony分析法,在发电机采用经典模型的条件下通过特征值分析计算系统振荡模式的频率、振型和参与因子,而在发电机采用详细模型并考虑励磁系统详细模型的条件下通过Prony分析法计算系统振荡模式的阻尼。对4机两区域系统和新英格兰10机39节点系统的特征值分析表明,振荡模式的频率、振型和参与因子并不随发电机采用模型的不同而有很大变化。因此,文中提出的方法可以方便地适用于实际大规模电力系统的低频振荡分析。对华东电网的低频振荡特性进行分析,得到了该电网区域间振荡模式的频率、阻尼、振型及参与因子。     

电气过渡过程对转速调节品质的影响

本文通过联合建立水力、机械、电气系统的数值仿真模型,研究分析了水电站小波动过程中,电气过渡过程对转速调节品质的影响。结果表明:励磁调节对转速调节的影响是存在的,但在保证发电机端电压有较高稳态电压精度的前提下,此影响很小;在分析带地区负荷机组转速调节过程的时候,不考虑电气过渡过程是可行的。     

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。     

超低频区间振荡现象的机理分析

对我国东北、华北、华中、川渝电网的联网工程中出现的超低频区间振荡现象进行了深入的理论分析。提出区间振荡模式的特征值关于区间联系导纳的灵敏度的概念,通过对该灵敏度的数学分析,揭示了区间振荡频率受电网互联强弱的影响规律,指出区间振荡频率将随电网互联的减弱而降低。同时阐明系统容量对区间联系导纳的影响,在我国四大电网联网时由于系统容量较大,使得区间联系导纳较小,进而导致区间振荡频率较低,出现了超低频现象。对四机两区系统和四大区域联网系统进行小干扰稳定计算,比较并说明本文采用经典发电机模型近似复杂详细模型来定性研究区间振荡频率变化的方法的有效性,并且验证了理论分析的正确性。