并网型双馈异步发电机奇异诱导分岔型电压崩溃机理

双馈异步发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)中含有各种时间尺度的机械量、电气量与控制量,暂态过程复杂,目前对其暂态电压崩溃研究尚未深入。该文针对DFIG的暂态稳定性问题提出规范化的微分-代数方程(differential-algebraic equations,DAE)模型,并依据DAE的奇异面理论研究风机发生暂态电压崩溃的内部机理。仿真分析表明DFIG不仅会由于状态量移出吸引域而出现典型的动力学失稳,还时常伴随出现2种瞬时的电压崩溃现象,即短路电流激增导致系统状态量接触到网络方程约束产生的奇异面,从而在局部失去代数方程解的唯一性;或由于直流母线电压的快速下降而致使系统无法顺利穿越电压零点。不同于以往同步发电系统中恒功率电源引入造成的系统奇异,DFIG发生失稳的机理主要同其与电网的连接强度密切相关。并通过基于规范化模型的数值仿真验证上述理论分析的正确性。     

风机有功控制对系统暂态功角第二摆稳定性影响机理

该文着重研究大规模集中并网的双馈风电基地故障后有功控制行为对系统暂态功角第二摆稳定性的影响机理。首先基于静态扩展等面积定则,对双馈感应式风机接入后系统的网络节点电压方程进行改进,构建适用于含风电多机系统暂态功角稳定性定量分析的等值单机无穷大系统模型;利用该模型对双馈风机与两台同步机互联的简化系统进行解析分析,分别给出风电并网系统暂态功角第二摆失稳的充分条件、必要条件,揭示出故障后风机有功出力低会降低第二摆稳定性;进一步分析风电并网系统中功角第二摆稳定性与第一摆稳定性的关系,从整体上揭示风机有功恢复速率变慢会使原本只会出现首摆失稳的系统发生第二摆失稳,并最终导致系统整体稳定性下降;最后对机理分析进行仿真验证。所做研究拓展了当前风电并网后只关注首摆失稳的暂态功角稳定性分析方法,为大规模风电集中并网电力系统暂态稳定控制提供理论指导。     

电力电子接口电源的准功率特性降阶建模体系

系统级仿真中如何对电力电子接口电源降阶建模并分析其暂态稳定性成为新能源并网研究中亟待解决的难题。该文以蓄电池储能系统BESS为研究对象,根据电力电子接口特有的机电解耦原理解释这一类电源的准功率特性,并基于奇异摄动理论分析电源内部的精细时间尺度结构。据此,该文建立适应不同复杂度、精度要求的微分代数方程DAE降阶模型体系。在不同网侧外部扰动及电源内部参数配置的条件下验证降阶模型体系的有效性。模型可揭示具有准功率特性电源的暂态失稳模式,并保持电源外特性的模拟精度,计算出的暂态失稳临界指标满足实际需求。     

基于功率解耦控制的并网光伏发电系统机电暂态模型

提出了一种新的适用于电力系统机电暂态仿真的并网光伏发电系统模型。从光伏发电系统稳态潮流模型出发,兼顾电力系统机电暂态仿真要求和现有光伏电磁暂态模型建模特点,将光伏输出的功率近似解耦,用滤波电路两端的电压相角差、逆变器调制比分别计算并网有功、无功输出,模拟光伏发电系统在稳态和暂态过程中的内外部特性。在电力系统综合分析程序(Power System Analysis Software Package, PSASP)的UD模块中建立模型,通过在光照、电网故障扰动情况下的仿真结果和PSASP自带光伏模型的结果进行对比,验证所建模型的正确性。该模型不但考虑了无功控制,还具有封装性好、计算速度快等优点,对大型光伏接入发电系统的暂态稳定分析具有较好的适应性,可以在大规模光伏并网的相关研究方面提供有效的支持与借鉴。     

高比例新能源替代常规电源后系统暂态稳定与电压稳定的演化机理

新能源发电的出力及调节特性与常规机组相比差异较大,随着并网新能源规模的扩张,更多的常规机组出力被新能源出力替代,系统的稳定特性也将发生改变。以高比例新能源电力系统的微分代数方程(differential algebraic equations,DAEs)为基础,运用矩阵分析理论,以网络方程是否存在合理代数解作为电压稳定的判据,推导出高比例新能源电力系统受扰后电压稳定的必要条件,并由此得到系统中常规机组被新能源机组替换后,稳定主导模式由暂态稳定演化为电压稳定时替换功率与导纳矩阵之间的关系。最后,利用WSCC3机9节点系统和新英格兰10机39节点系统仿真算例对上述结论进行验证,进而说明在高比例新能源电路系统中,电压稳定风险高于暂态稳定风险。     

含分频风电的电力系统机电暂态计算方法以及暂态特性分析

对含分频风电的电力系统机电暂态计算方法以及暂态特性进行了分析。首先,建立了交交变频器的准稳态模型,该模型反映了暂态过程中变频器两侧的电压、功率关系。其次,提出了含分频风电的电力系统暂态稳定算法。该算法将交交变频器准稳态模型与低频、工频两侧的网络方程相连得到系统网络代数方程。同时,利用交替迭代法对系统微分—代数方程组进行求解。最后,对含分频风电的电力系统的暂态稳定特性进行了分析。分析结果表明,由于低频侧电抗仅为工频系统1/3左右,故障时低频风力发电机转速响应的阻尼高于同距离的工频系统。同时,当低频侧故障时交交变频器对工频侧发电机的振荡具有明显的抑制作用。     

双馈风机机电暂态模型及规模化风光并网系统受扰特性

双馈风机是风力发电的主力机型之一,建立其机电暂态仿真模型,是研究规模化风电与电网交互作用的基础。首先依据风机有功功率和无功功率调节控制,以及风机与交流电网交互接口等不同功能划分,建立了双馈风机机电暂态仿真模型总体架构;详细解析了对应各功能的模型结构及关联关系,指明其特点和适用性。研究了风电场并网系统受扰功率特性,以及电压反馈控制、电压波动速率和波动幅度等因素对功率特性的影响。针对青海海西规模化风光新能源并网系统,提出利用风电场汇集线无功电源特性降低光伏低电压脱网威胁的措施,仿真结果验证了措施的有效性。     

风光并网对河南电网系统稳态影响

大规模风光发电并网是未来电网发展的必然趋势,然而,风光发电功率的强间歇性与随机性势必会对电网的稳定运行和优化控制带来影响。以河南电网冬季大运行方式下的规模风电、光伏电源联合接入电网为研究背景,利用连续潮流法,计算在新能源发电接入系统后的区域电网潮流分布;考虑区域电网未来发展趋势,逐步增加新能源的渗透率,对系统内多类型节点电压越界情况分析,判断区域内电压薄弱节点,并计算系统风电与光伏发电的最大消纳量;应用P-V曲线潮流分析方法测算出电压稳定极限及对应的有功功率,得到不同渗透率下系统所对应的静态电压稳定性;同时结合日负荷曲线,分析在目前状态下及所计算的最大渗透率下,系统任一时刻各中枢点电压水平。结果表明:在目前及新能源最大渗透率下,系统各节点电压值均处于正常范围。     

计及风电随机激励的电力系统暂态稳定分析

为了探讨风电随机激励对电力系统暂态稳定的影响,提出一种基于随机微分理论对含风电电力系统进行建模和稳定分析的方法。首先将异步风机机械功率作为随机激励,在暂态过程中利用伊藤型随机微分方程对异步风机的转子运动方程进行建模,将传统的微分代数方程模型扩展成随机微分代数方程模型;然后针对新的模型,通过时域仿真进行求解,分析风电功率随机波动对电力系统暂态过程的影响。算例结果表明:相比于确定性和概率性暂态稳定分析方法,所提方法能够更好地揭示风电不确定性对电力系统暂态稳定性的影响。     

变流器机电暂态仿真通用化模型的研究

新能源接入电网需要变流器,为了适应变流器建模和控制策略多样化的特点,建立了一种通用化变流器机电暂态仿真模型。将常用变流器的建模和控制策略进行分析总结,建立了模块化的变流器模型,该模型将控制电路和主电路封装到一个模块里。与传统电磁暂态仿真中模型的区别是,以有效值、向量作为输入输出以及中间变量,面向机电暂态过程或更长时间过程,不涉及具体的物理器件、脉冲信号以及变量的瞬时值。所建电力电子变流器模型具有很强的通用性,可以适应不同类型新能源发电系统的并网。最后,在仿真软件PSCAD/EMTDC和Matlab中对光伏发电系统模型进行了适应性验证,在Matlab中编程实现的机电暂态模型和在PSCAD/EMTDC中实现的电磁暂态模型的仿真结果相同,证明了通用化建模方法的正确性。     

风电接入对滇西北电网的暂态稳定影响研究

建立了含有风电场的电力系统大扰动稳定数学模型,通过微分方程和代数方程的迭代计算,完成大规模风电场接入后电力系统的大扰动稳定计算分析,并结合高渗透率风电的云南西北电网,结果表明：应限制滇西北电网的风电出力或者将水电机组停机来消纳风电,双馈风电场接入提高了系统的暂态稳定性,双馈机组在暂态过程中能提供无功支持,有利于电网的恢复,而异步风机在暂态过程中由于机端电压过低被切除,大扰动后的系统阻尼比符合南网的标准。     

风火联运送出系统的静态稳定性分析

从机理上研究了风火联运送出系统的静态稳定性和静态稳定极限的规律。采用电力电子变换器的变速风电机组功率控制快速灵活,在静态稳定分析中可以忽略其快动态,将风电简化为功率注入模型,系统动态过程中风电功率可以用代数方程描述。基于电力系统经典模型方程,提出了一种风火联运送出系统的三角变换模型方程,推导了发电机和送出断面的静态稳定极限随风电功率的变化规律。在风火联运送出系统中,风电功率由零开始增加的过程中,发电机的静态稳定极限始终下降,而送出断面的静态稳定极限则先增加到最大值,之后开始下降。测试系统和实际系统中的仿真结果验证了该结论。     

电池储能并网系统小干扰稳定性研究综述

为了明确电池储能规模化并网系统的潜在失稳风险,从交流、直流2个角度综述了电池储能并网导致的稳定性问题及机理,明确了电池储能与光伏、风机等新能源电力电子设备之间的差异性,指出了现有成果在应对电池储能规模化并网系统稳定性研究中的不足,得出如下结论：在稳定性研究中,电池储能常被简化为恒压、恒流、恒功率源/荷,但类似简化可能会因误差累积效应而导致电池储能规模化并网系统的稳定性误判,需明确量化电池储能的简化条件和误差的影响;现有研究集中于单个电池储能并网系统,沿用传统的电力系统稳定性分析方法,较少关注储能功率双向性及数量规模化对交流、直流系统稳定性的影响,需进一步探索揭示其失稳机理;现有研究仅针对单一控制的电池储能并网系统,未考虑电池储能在不同场景和需求下控制方式的多样性,需关注多样化电池储能控制间的动态交互规律及失稳风险。     

电力电子接口对电力系统频率控制的影响综述

风电、光伏、储能、柔性高压直流输电等通过电压源/电流源型变流器接口取代了传统的机械开关并网,将给电力系统的既有频率动态特性、有功平衡原理及相关控制方法带来改变。首先回顾了近年电力电子接口相关的系统频率事件,从惯量角度分析了规模化电力电子接口对系统频率控制的影响。总结了提高频率支撑能力的接口控制技术,分析了接口外特性在惯性响应和一次调频环节与同步机组等价性。基于能量守恒原理讨论了大规模电力电子接口接入下电力系统有功平衡机理,最后从机理、模型、方法层面提出了电力电子化该领域内值得探索问题。     

基于通用电能路由器的微电网架构及其控制方法

在中压直流作为电源的交直流混合微电网中,低压公共交直流母线为多变流器的接入提供了稳定电压。微电网通过配置电能路由器,构建低压交直流母线电压,在保障交直流系统故障隔离的前提下,可实现交直流系统功率的双向传输,提升了新能源的消纳,同时还可提高混合微电网的运行可靠性。文中提出基于通用电能路由器单元的低压微电网系统拓扑,设计了电能路由器的端口配置及控制模式,优化了电源与电网的接入,通过多机并联控制策略,有效解决了多电源并联运行稳定性问题,研究了变换器的电压一次调节、二次调节及微电网控制模式快速转换的控制方法,可有效丰富配电网的运行方式,优化光伏、风电等新能源的消纳路径。     

电压源换相高压直流输电改善异步发电机风电场暂态电压稳定性的研究

基于普通异步发电机的恒速风电机组并网风电场会引起本地电网的电压稳定性问题.为此本文分析了并网风电场的电压稳定问题和电压源换相高压直流输电(VSC-HVDC)的风电场并网方式的技术特点,研究了VSC-HVDC的数学模型和控制方式.基于国际大电网会议(CIGRE)B4-39工作组标准模型,应用PSCAD/EMTDC仿真软件建立了大规模风电场并网系统模型,研究了VSC- HVDC输电改善异步发电机风电场暂态电压稳定性的贡献.研究表明VSC-HVDC不仅能够有效实现恒速风电机组在电网发生大扰动故障后的快速电压恢复能力,而且可以避免在电压恢复过程中由风电机组输入输出功率不平衡引起的发电机超速及电压失稳,确保风电机组的连续运行及电网的安全稳定.     

Dynamic Stability Improvement of Decentralized Wind Farms by Effective Distribution Static Compensator

Dynamic instability of decentralized wind energy farms is a major issue to deliver continuous green energy to electricity consumers. This instability is caused by variations of voltage and frequency parameters due to intermittencies in wind power. Previously, droop control and inverter-based schemes have been proposed to regulate the voltage by balancing reactive power, while inertial control, digital mapping technique of proportional-integral-differential (PID) controller and efficiency control strategy have been developed to regulate the frequency. In this paper, voltage stability is improved by a new joint strategy of distribution static compensator (DSTATCOM) six-pulse controller based reactive power management among decentralized wind turbines and controlled charging of capacitor bank. The frequency stability is ensured by a joint coordinated utilization of capacitor bank and distributed wind power turbines dispatching through a new DSTATCOM six-pulse controller scheme. In both strategies, power grid is contributed as a backup source with less priority. These new joint strategies for voltage and frequency stabilities will enhance the stable active power delivery to end users. A system test case is developed to verify the proposed joint strategies. The test results of the proposed new schemes are proved to be effective in terms of stability improvement of voltage, frequency and active power generation.     

针对暂态电压稳定问题的自动电压控制系统与切负荷协调控制策略

建立了暂态电压稳定分析的微分代数方程组,并提出了应对暂态电压稳定问题的自动电压控制(automatic voltage control,AVC)体系下二级电压紧急控制与切负荷协调控制策略。该协调控制策略把低压切负荷作为与AVC体系下二级电压紧急控制并行的一种控制手段,在这种协调控制的过程中优先考虑采用二级电压紧急控制,当计算发现仅依靠二级电压紧急控制不能使系统保持暂态电压稳定的时候再采用切负荷控制。在PSAT仿真环境下建立了含AVC体系下二级电压紧急控制和切负荷控制的电力系统暂态电压稳定仿真模型,对广东电网748节点系统进行仿真,验证了所提出的控制策略和模型的正确性和有效性。     

一种储能改善低电压穿越期间风电场注入电流特性的致稳策略

风电场根据并网导则在低电压穿越期间向系统注入无功电流可能引起风电系统失稳,导致风电场低电压穿越失败。针对该问题,建立了该运行工况下含有锁相环环节的风电系统状态空间模型,有效揭示了系统失稳的原因,提出了利用储能装置改善风电场注入电流特性进而维持系统稳定的措施。仿真结果表明:所提风电系统低电压运行工况下的状态方程能够有效地描述系统的小扰动稳定特性;储能装置通过合理注入有功电流改善了风电场注入电流特性,有效提高了风电场低电压情况下的系统稳定性。     

暂态电压安全预防控制优化的轨迹灵敏度法

建立电力系统暂态电压安全分析的微分代数方程组模型,并提出求解其预防控制优化问题的暂态电压安全约束最优潮流模型。在该模型中,暂态电压安全约束包括防止系统发生暂态电压失稳和暂态电压延时恢复2个方面;目标函数为系统运行费用最小;控制变量为发电机的有功输出、无功输出、有载调压变压器变比和并联电容器组投入电纳。基于轨迹灵敏度法,得到暂态电压安全约束函数与控制变量之间的近似线性增量关系,从而将优化控制模型转化为非线性规划模型。引入二次罚函数处理变压器变比和并联电容器组电纳等离散控制变量,并采用非线性原对偶内点法求得优化模型的解。对IEEE39节点系统的分析计算验证了所提出的优化模型和算法的正确性和有效性。