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。     

多频振荡下失步解列判据的适用性分析

目前国内使用的失步解列装置应用的失步判据都是在两机失稳的情况下推导得出,在多频失步振荡情况下是否仍然适用值得探讨。以三机等值系统为模型,推导出各电气量的表达式,得出在多频振荡时失步中心在不同线路之间以及同一线路的不同位置之间发生迁移,而且各机组越不同调,失步中心可能在更多的线路之间发生迁移。此外,对基于Ucosφ轨迹、测量阻抗轨迹以及视在阻抗角变化规律的三种失步解列判据在多频振荡情况下的适用性进行分析研究,可知三种失步判据都存在误判的风险,建议将基于视在阻抗角判据与线路两端相角差判据配合使用,提高失步解列装置的正确性。     

失步振荡下瞬时频率特性及振荡中心定位方法

失步振荡过程中应采用瞬时频率来表征失步过程中的电网特性。该文搭建基于瞬时频率的两机振荡模型,分析失步振荡过程系统频率特性。失步振荡中心处电压瞬时频率等于两侧机组频率和的均值,失步振荡中心两侧母线瞬时频率变化趋势相反,没有交集,在系统功角摆开至180°时,达到其极值。当振荡中心落在系统内部,电流瞬时频率介于机组频率之间,且仅当两侧机组电压幅值相等时,线路上电流瞬时频率等于失步振荡中心电压瞬时频率。理论分析基于瞬时频率信息的振荡中心定位方法:装设在线路一侧的振荡解列装置,只需引入线路对侧变电站母线电压瞬时频率信息即可判断振荡中心是否落在本线路上,并能定位振荡中心的位置。仿真验证了所提振荡中心定位方法的正确性。     

基于改进ucosφ的电网振荡解列判据研究

针对传统的ucosφ解列判据,研究其有效性以及局限性,基于等值两机系统,指出发电机相对功角在0°或者360°附近时刻时,ucosφ并不能正确反映振荡中心的电压,ucosφ解列判据容易发生误判.此时,需要对判据进行适当的修正处理,可以较为准确地捕捉到失步系统的振荡中心所在位置,对于防止装置误判、事故后的解列控制,以及减少由于解列造成的大电网故障损失具有重要意义.基于四机两区域系统的仿真验证了该方法的准确性和有效性.     

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。     

关于振荡角的振荡中心电压和ucosφ的变化特征

基于等值电势幅值不等的双机系统在失步过程中振荡角的振荡中心位置公式,研究了振荡角的振荡中心电压公式及其变化特征。研究发现,在一个失步周期中,当δ在0°和360°附近时,ucosφ可能并不能代表系统中任一点的电压,没有具体的物理意义。但在其它情况下,ucosφ基本能够反应失步断面联络线上最低电压点的变化特征。故提出了基于ucosφ轨迹特征的失步解列装置启动判据,该判据能够在系统失步前准确启动装置,并对利用ucosφ轨迹实现振荡闭锁功能进行了探讨。最后,通过仿真进行了必要的说明。     

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。     

振荡中心迁移下的电网失步解列策略

振荡中心迁移严重危害电网的安全稳定,选取合适的解列判据,准确定位并实施解列具有重要意义。基于等值两机系统推导分析振荡中心迁移的理论原因,分析失步过程中电压的变化特点,依据两侧系统频率差与失步中心出现频率的对应关系提出基于支路两端母线频率差的失步解列判据;针对振荡中心迁移对失步解列控制的影响,提出了基于广域测量信息的自适应失步解列策略。通过对某区域互联电网进行仿真分析,发现振荡中心迁移现象,认为失稳模式的改变是振荡中心迁移的直接原因,并进行解列策略的仿真验证。仿真结果证明了所提出的解列策略的有效性。     

基于支路两端母线频差的失步解列判据研究

依据等频差原则推导了等值两机系统失步过程中电压的变化特点,根据失步中心频率与两侧系统频差的对应关系,提出了基于支路两端母线频差的失步解列判据。通过计算支路两端母线频差,判断是否存在振荡中心迁移现象,定位振荡中心并判断失步状态。以CEPRI 36节点系统为例,分别对振荡中心是否发生迁移2种情况进行了判据的有效性验证,并与实际解列装置所采用的判据进行了比较,仿真结果验证了所提判据的准确性与实用性。     

异步运行状态下振荡中心研究

基于等值两机系统模型,提出一种系统异步运行过程时求取振荡中心新的算法———函数求导法,分析了振荡中心与失步中心的位置以及漂移轨迹的特征,得出联络线两端等值电势幅值不等是产生振荡中心漂移的真正原因,失步解列的依据是失步中心的位置的确定。     

基于广域测量信息的失步中心快速定位方法

研究了能够减小系统频率偏移影响的相量算法,提出了一种基于母线电压的失步振荡识别方法和一种失步中心快速定位的新方法。所提定位方法依靠广域测量系统上传的3组电压、电流数据,在系统两侧电势幅值不等和全系统阻抗角不同同时存在的场景下,通过求解测量阻抗轨迹方程与全系统阻抗折线方程的交点,能够在失步振荡发生后而两侧电势相角差未达到180°时定位失步中心所在元件,并利用实时测量数据与理论计算值存在的关系确定失步中心出现的时刻,从而为复杂电力系统失步解列断面的确定和解列时刻的选择提供依据。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

关于振荡中心的研究

基于对振荡中心(oscillation center)的位置及其漂移特征的研究,指出了振荡中心漂移的原因,并提出了失步中心(center of out-of-step)的概念。认为失步断面联络线就是失步中心所在的联络线,并叙述了在不同振荡周期中,失步中心位置可能不同的原因。失步中心落到机组内部会对机组造成严重的破坏,影响系统的整体运行。基于振荡中心漂移的研究,给出了判断失步中心能否落到机组内部的判据。最后通过仿真进行了必要的验证。     

一种捕捉失步中心位置的新方法

目前工程应用的失步解列装置基本是通过最小测量电压或最小测量视在阻抗幅值去捕捉失步中心的位置,然后判断装置是否实施解列,但仅通过电压幅值或反映电压幅值的视在阻抗幅值不能判断失步中心的位置方向。无功功率与电压存在强耦合的关系,通过u cosφ轨迹过零等方法可以判断出失步中心出现的时刻,此时瞬时无功功率在失步断面联络线上呈单调性分布且在失步中心处大小为0。基于此,提出了通过无功功率捕捉失步中心位置的算法。该算法在确定失步中心的位置范围的同时可判断出失步中心的位置方向,可给出更多的振荡信息。最后,通过仿真进行了必要的说明。     

A new wide area information based power system out-of-step oscillation detecting and oscillation center tracking scheme

A new out-of-step oscillation detecting and oscillation center tracking scheme based on the wide area information obtained from phasor measurement units (PMU) is proposed in this paper. In this scheme, the out-of-step oscillation is detected by the change rate of phase angle difference between bus voltage and system current, and the oscillation center tracking is completed by analyzing the phase angle relation between terminal bus voltages of electrical components and the system current. The scheme is easy to implement, and the tracking result is not affected by the changes of system structure and operation modes. Even in the complicated situations that the impedances of the whole system are nonuniform and the equivalent system potential amplitudes are not equal, it can still work well. The simulation results on PSCAD prove it is efficient. Utilizing the tracking results, a new out-of-step splitting criterion is given with which the splitting section can be determined dynamically according to the real-time operation state of power system.     

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。     

高渗透率风电并网对电力系统失步振荡的影响

随着风电并网规模的持续增长,风电对电力系统失步振荡的影响不可小觑。文中利用PSD-BPA仿真软件建立"风火打捆"等值单机无穷大系统,创新的采用解列装置动作的时效性作为判断系统失步程度的依据,从风电并网比例、风电场是否配备无功补偿、风机类型以及风电机组运行方式四个方面仿真分析风电并网对电力系统失步振荡的影响。结果表明,对应以上四方面当风电并网容量越多、风电场具备无功补偿、采用笼型恒速风机及风机采用恒电压运行方式时有利于抑制系统的失步振荡,提高系统的暂态稳定性。     

An improved strategy for out-of-step oscillation separation devices based on apparent impedance angle applied to a series compensated line

Out-of-step oscillation separation devices based on apparent impedance angle trajectory are widely used in the power grid in China, and their reliability is of great importance. In this paper, the influence mechanism of series compensation on apparent impedance angle trajectory is analyzed. It reveals that series compensation capacitors reduce the equivalent impedance angle and consequently the apparent impedance angle cannot pass through all four zones, resulting in the risk of failure for the separation devices. A revised method of apparent impedance angle based on compensation principle is discussed, and then an improved out-of-step oscillation detection criterion is proposed. In view of the fact that the apparent impedance angle at the moment of maximum current is equal to the equivalent impedance angle during an oscillation process, a practical algorithm based on the compensated apparent impedance angle is proposed. RTDS tests are conducted to verify the effectiveness of the new criterion, considering transmission lines with a high series compensation level.     

一种多频振荡场景下的失稳模式划分方法

将多机系统在大扰动下的运动划分为机群间的相对运动和机群内各机组间的相对运动,据此将全系统的暂态能量分解为群间暂态能量和群内暂态能量。通过分析原系统群间暂态能量的变化规律并根据能量壁垒准则得到原系统的失稳时间tm;通过分析子系统群间暂态能量的变化规律得到子系统的临界解列时间tn;通过比较tm和tn与故障清除时间tc之间的关系将多频场景下的失稳模式划分为相继两群失稳、严格多群失稳及不严格多群失稳3种模式。此外,还针对不同的失稳模式给出了相应的解列方法,对多频场景下的解列策略具有一定的指导意义。最后,通过实际电网模型对以上分析结果进行了仿真验证。