计及网络特性的电力系统非线性模式相关性分析

现代电力系统的日益复杂和非线性程度的增加使电力系统在运行点附近表现出复杂的动态行为,采用传统小扰动法难以凑效.该文应用向量场正规形方法,计及网络特性,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.采用该方法对一个3机9节点电力系统进行分析,证明了该方法的正确性,得出了一些有价值的结论.     

应用正规形理论分析电力系统奇异摄动模型

随着现代电力系统的日益复杂和非线性程度的增加,电力系统在运行点附近表现出了复杂的动态行为,采用传统小扰动法进行分析难以奏效。应用向量场正规形方法和奇异摄动理论,计及网络结构和负荷特性的影响,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。采用该方法对一个3机9节点电力系统进行了分析,得出了一些有价值的结论。     

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.     

基于向量场正规形的电力系统动态分析

随着现代电力系统的日益复杂和非线性程度的增加,电力系统在运行点附近表现出了复杂的动态行为,采用传统小扰动法难以凑效,文中将向量场正规形方法应用于电力系统奇异摄动模型,通过分析电力系统基本响应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。对一简单的电力系统进行分析,得到了一些有益的结论。     

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.     

电力系统稳定的正规形分析法的效率研究

应用正规形理论分析电力系统动态稳定性,可以有效地揭示系统动态模式间的非线性相互作用,有利于理解和研究电力系统动态现象、动态行为和动态特性。通过分析电力系统动态数学模型和正规形算法模型的稀疏特性,探讨了正规形算法的存储效率和计算效率问题。所得结论可用于指导电力系统动态稳定的正规形分析程序的开发。     

应用正规形理论分析发电机对电力系统电压稳定性的影响

发电机作为电力系统中的重要设备,对电压稳定性具有重要的作用。为了研究发电机对电压稳定性的影响,应用可微同构正规形对电力系统潮流方程进行分析,得到有功非线性参与因子,并用于估计发电机对电压稳定性的影响程度。由于所提出的方法可计及电力系统非线性特性对电压稳定性的影响,因此与线性化分析方法相比,所提出的方法在系统具有强非线性特性的条件下,仍能得到准确的结果。为验证所提出方法的有效性,将所提出的方法用于IEEE 14节点系统,并分析了电力系统的非线性行为。算例证实了有功非线性参与因子的有效性。     

电力系统特征值与状态变量对应关系分析

电力系统中特征值与状态变量之间的对应关系的分析对研究系统的详细动态特性具有十分重要的意义。文中首先对研究系统稳定问题的小扰动方法进行了分析,认为非线性动力系统的代数方程约束和各状态量之间的耦合关系是造成系统动态特性十分复杂的重要原因,进而利用同伦函数的概念给出了一种确定线性化系统中特征值与状态变量对应关系的方法。用此方法对简单电力系统做了分析,得出了令人满意的结果。     

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。     

SVC与发电机励磁的非线性变结构协调控制

针对电力系统的强非线性和不确定性特点及精确反馈线性化的不足,引入自抗扰控制技术设计了能同时改善电力系统功角稳定和电压动态特性的静止无功补偿(SVC)与发电机励磁的变结构协调控制器。扩张状态观测器的动态补偿作用不仅使励磁控制与SVC控制实现解耦,而且使二者均能实现当地信号控制。仿真结果表明提出的非线性鲁棒变结构协调控制器能有效地改善系统的动态稳定性。所设计的控制器对系统运行点和网络结构的变化具有良好的适应性和鲁棒性。     

发电机无功功率与系统稳定运行

首先阐述了发电机无功功率的产生, 接着从原理上详细分析发电机无功功率对电力系统的静态功角稳定、静态电压稳定、低频振荡和动态电压稳定的影响, 指出发电机少发无功功率不利于系统的静态功角稳定, 发电机全相或进相运行不利于系统的静态电压稳定; 两台电气距离较近的发电机运行方式相差较大, 可能引起系统低频振荡;发电机进相运行将引起系统动态电压稳定的不稳定, 并通过试验系统进行了验证。结果表明, 发电机无功功率对系统的静态功角稳定、静态电压稳定、低频振荡和动态电压稳定具有重要的影响, 因此系统在实际运行中应该合理调整发电机无功功率, 以保证系统的安全经济运行。     

基于扩张状态观测器的SVC非线性变结构控制

针对电力系统的强非线性和不确定性,将自抗扰控制技术引入变结构控制器的设计,设计了能同时改善电力系统功角稳定和装设点电压动态特性的静止无功补偿(SVC)控制器,所得的控制规律与系统运行点和网络结构完全无关。仿真结果表明所提出的非线性变结构SVC控制器能有效地改善系统的动态稳定性。     

用于静止无功补偿器的非线性状态PI控制器

针对电力系统的强非线性和不确定性,运用非线性状态PI控制直接对其不确定对象进行设计,能同时改善电力系统功角稳定和装设点电压动态特性的静止无功补偿器（SVC）,避免了基于反馈线性化理论的非线性SVC控制器由于数学模型的误差而影响控制器性能的缺点,所得的控制规律与系统运行点和网络结构完全无关。仿真计算表明非线性状态PI型静止无功补偿控制器能有效地改善系统的动态特性。     

计及动态无功控制影响的大规模风电汇集地区电压稳定性分析

为了进一步分析大规模风电汇集地区电压稳定性,提出应考虑风电场动态无功控制的影响。基于电压-无功灵敏度法解释了动态无功补偿装置的恒无功控制方式所带来的汇集地区电压上升问题。利用小扰动稳定法,分析出采用高压侧恒电压控制的风电场内动态无功补偿装置之间存在很强的相互作用,并会引起不稳定的电压振荡。以华北某风电汇集地区为例,在PSS/E中比较分析区内所有风电场内动态无功补偿装置分别采用恒无功、高压侧恒电压和低压侧恒电压三种控制方式时受到小扰动后的电压变化。仿真结果验证了分析结论,表明在研究风电汇集地区电压稳定性问题上,考虑风电场的动态无功控制影响是必要的。     

基于向量场正规形方法的静态电压稳定性分析

提出了利用向量场正规形方法分析电力系统在不同运行条件下的非线性行为,以非线性参与因子衡量节点对静态电压稳定性的重要程度,并以此确定电力系统中无功补偿设备的有效安装位置。在New England 39节点系统上进行了算例分析,验证了该方法的正确性和有效性。     

运用分岔理论研究电力系统电压稳定性

为研究电力系统电压稳定性问题,用分岔理论的基本原理分析了电力系统中常见的分岔现象及其对电压稳定的影响。从静态分岔和动态分岔两个方面阐述了分岔理论在电压稳定分析中的具体应用后,论述了引起电压失稳的鞍结点分岔(SNB)、Hopf分岔(HB)及奇异诱导分岔(SIB)等3种主要分岔形式的定义、分岔发生的条件及分岔点的数值计算方法,并给出了相应的数学模型及适应范围,比较了各种分析方法的优缺点,还讨论了各种分岔之间相互作用对电压稳定的影响。最后,展望了分岔理论在电压稳定分析应用中需进一步深入探讨的问题。     

A model for numerical evaluation of the global stability region in power systems determined by a nonlinear limit cycle

A power system is a large dynamic system, which includes many nonlinear elements. According to the nonlinear analyses using Hopf bifurcation theory, it can be detected that a limit cycle exists around an operating point, which may affect the global stability of a power system significantly. The authors have presented a numerical method to analyze the nonlinear characteristics in power systems by observing the power swing after some perturbation where the coefficients of nonlinear terms are determined by the least squares method. In this paper the method is modified for the application to a longitudinally interconnected power system including an excitation system, and the influence of the excitation voltage limiter on the nonlinear phenomena of the whole power system can be detected by some numerical analyses. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 144(3): 17–27, 2003; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10193