环境激励与小幅持续周期扰动表现特征及统计学分析

系统中时刻存在新能源有功输出随机波动、负荷投切等环境激励,使得系统响应表现为类似噪声的小幅波动,当周期扰动幅值较小时,很容易淹没于环境激励下的随机响应信号中。本文详细推导环境激励和小幅周期扰动共同作用下系统响应的数学解析表达式,从数学角度对环境激励与小幅周期扰动共同作用的功率表征进行了阐释。在深入分析环境激励及环境激励与小幅周期扰动共同作用下系统响应统计学特征的基础上,提出基于滑动峰态系数法(SKM)的小幅周期扰动检测法。首先统计环境激励下系统联络线有功响应的四阶中心矩与方差二次方,计算得到对应的峰态系数,进而通过对所得峰态系数的量化比较,检测出淹没在环境噪声中的小幅周期扰动。IEEE 4机2区域系统、IEEE 16机68节点系统及实际系统量测数据计算分析结果证明了本文方法的可行性及有效性。     

类噪声环境下基于滑动相干谱的强迫振荡检测方法研究

电力系统中时刻存在负荷投切等环境激励,使得系统响应表现为类似噪声的小幅波动。如果强迫功率振荡的幅值较小,很容易淹没在类噪声信号中。本文推导了类噪声环境下电力系统强迫功率振荡解析表达式,从数学角度阐释了类噪声环境下强迫振荡的机理特性。在深入分析类噪声环境下小幅强迫振荡频谱特征的基础上,提出了基于滑动相干谱法(SCM)的小幅强迫功率振荡检测方法。首先采集得到两组发电机有功功率类噪声响应数据,计算得到对应的自功率谱密度和互功率谱密度,从而计算得到两组数据的幅值平方相干函数值,进而通过对所得幅值平方相干函数值的量化比较,检测出淹没在类噪声信号中的小幅强迫功率振荡。IEEE 4机2区域系统和16机68节点系统验证了所提检测方法的可行性及有效性。     

基于振荡相位差的低频振荡扰动源定位方法

如何快速准确地定位扰动源是低频振荡监测与控制的重要问题。分析了扰动源影响网内机组的机理,提出了一种基于振荡相位差的低频振荡扰动源定位方法。首先利用经验模态分解提取主导振荡模式的电气量数据,再经希尔伯特变换计算出具有物理意义的振荡相位,最后通过计算振荡相位差描述两点整体的振荡相位关系。根据网络信息判据可以追溯扰动源的方位,根据电厂就地信息判据可以排查具体的扰动源机组。方法原理清晰,只需一种电气量参与计算。利用华中电网实际系统进行了仿真验证,表明方法具有较好的适用性。     

基于模糊聚类的NExT-ERA低频振荡类噪声辨识

低频振荡模态分析为电网的安全稳定运行提供了最基本的信息要素。针对环境激励下PMU量测的类噪声信号,讨论了自然激励技术结合特征系统实现算法(NExT-ERA)进行低频振荡模态识别的适用性,对非同步量测信号采用数据截断预处理后,利用该方法同样可以实现有效辨识。引入模糊C均值聚类算法对辨识结果中真伪模态进行自动拾取,提高了辨识精度。通过对IEEE4机11节点系统和IEEE16机68节点系统的仿真数据分析,表明所提出的方法对低频振荡类噪声信号具有较高的模态辨识能力和计算效率,在低频振荡广域监测中具有很好的应用前景。     

环境激励下电力系统外在表征及振荡识别方法研究

环境激励作用下的电力系统机电响应数据中蕴含有丰富的机电动态信息。文中推导了小幅环境激励下电力系统机电响应的解析形式,从数学角度证明了机电振荡特征在电力系统随机响应中的存在性,揭示了利用小幅环境激励作用下的系统响应提取系统振荡特征的基本原理,进而提出了基于动态模式分解算法(DMD)与随机响应数据的机电振荡特征参数辨识方法。以小幅负荷随机激励下IEEE 4机2区域系统响应数据及某区域电网扰动录波数据为例,辨识所得参数与理论振荡特征参数的比较以及对概率统计结果的分析表明,DMD在随机激励下机电振荡参数识别中具有较强的适应性,验证了利用小幅环境激励下的随机响应识别系统机电振荡特征的正确性。     

负荷波动对强迫振荡扰动源定位的影响

持续的周期性小扰动容易引发电力系统的强迫功率振荡,因此准确定位扰动源对提高电网的稳定性具有重要意义。基于此,本文在能量函数法的基础上研究了负荷波动对扰动源定位的影响。在单机无穷大模型基础上推导了计及持续增长负荷的能量函数表达式,并以四机两区系统进行验证,研究结果表明,负荷增加、减小都会影响系统势能的分布,势能变化为正的机组有可能变负,从而影响扰动源定位的准确性;负荷波动对扰动源定位的影响取决于负荷波动导致能量消耗的大小;负荷节点与扰动源所在机组的电气距离越近,负荷变动对扰动源定位产生的影响越大。     

周期性负荷扰动引发强迫功率振荡分析

周期性负荷扰动会引发电力系统强迫功率振荡。文中基于单机无穷大系统和2机系统分析,解释了周期性负荷扰动引发强迫功率振荡的机理。通过对多机系统模态分析的推导,获得了节点负荷功率扰动对系统固有振荡模式的影响因子,分析了周期性负荷扰动引发强迫功率振荡的主要影响因素。最后,通过4机2区系统和新英格兰10机39节点系统的仿真分析,有助于更好地理解周期性负荷扰动引发的强迫功率振荡。     

原动机周期性扰动引发强迫功率振荡特性研究

大型水电、火电集中外送系统存在的功率振荡是中国能源外送面临的突出难题,严重限制了外送功率的提升。近年来,实际电网中多次发生强迫功率振荡,前期研究表明,原动机周期性扰动很容易引起电网强迫功率振荡。结合计及原动机调速系统的Phillips-Heffron模型,分析得出共振时扰动源机组的机械负阻尼转矩系数ＫＲＥ为较大正值;同时进行能量分析,振荡时扰动源机组的势能与非扰动源机组的势能变化呈现明显不同的增长趋势。因此,结合发生强迫功率振荡时各机组的转矩和能量性质,能够实现对原动机周期性扰动类型扰动源的定位。     

基于割集能量及灵敏度的强迫功率振荡扰动源识别

电力系统中持续周期性的小扰动可能引起联络线大幅度强迫功率振荡,扰动源很难发现和捕捉。提出基于割集能量及灵敏度的强迫功率振荡扰动源识别方法。该方法基于强迫功率振荡的能量转换特性提出割集能量的概念,根据割集能量的流向进行扰动源识别,并通过割集能量对发电机有功出力的归一化灵敏度分析确定出关键控制机组。8机系统算例和华中电网算例均验证了该方法的正确性和实用性。割集能量法可借助广域测量系统提供的网络动态信息在线识别强迫功率振荡扰动源所在的割集,适用于广域系统中原动机功率扰动和负荷扰动下强迫功率振荡扰动源的准确定位。     

基于FSSI的环境激励下机电振荡特征参数快速识别方法研究

环境激励作用下的电力系统随机响应蕴含丰富的系统动态信息。随着广域测量系统的广泛应用,基于随机响应信号的低频振荡分析具有良好的应用前景。在对电力系统随机响应数据特征分析的基础上,提出了基于快速随机子空间辨识算法(Fast Stochastic Subspace Identification,FSSI)的电力系统机电振荡参数识别方法。FSSI算法利用LQ分解取代了传统随机子空间算法中的奇异值(SVD)分解过程,在保证SSI算法在振荡频率、阻尼比及模态振型识别精度的同时,极大地提高了分析计算的速率。IEEE 4机2区域系统和16机68节点系统仿真计算结果表明文中提出的方法具有较高的识别精度和计算速率。     

虚拟惯性时间常数对互联电网小干扰稳定影响研究

传统同步发电机的惯性时间常数是不变的物理参数,虚拟同步发电机的推广与应用使得系统惯性时间常数具有可变性和可调性,继而有可能影响互联系统的小干扰稳定性。论文以VSC-HVDC为研究对象,对其进行虚拟同步发电机控制建模,然后基于特征分析法,对等值联网系统求解低频振荡衰减因子的解析表达式,分析了不同场景下惯性时间常数对小干扰稳定水平的影响程度,发现当惯性时间常数与阻尼系数在同一个数量级时对小干扰稳定有较大影响。最后在两区四机经典模型中验证了结论,对于虚拟同步发电机参数整定和研究互联系统的小干扰稳定性分析及控制具有一定的参考价值。     

电力系统稳定器影响频率振荡的机理及阻尼分析方法

频率振荡是有功频率控制过程的小扰动稳定问题。已有研究集中于发电机调速器和原动机环节的分析。电力系统稳定器也可用于抑制频率振荡。分析了发电机励磁系统影响频率振荡的机理,当负荷具有电压调节效应时,则发电机励磁系统通过影响负荷电压进而影响负荷功率,从而对频率振荡产生影响。给出了频率偏差通过电力系统稳定器、励磁、网络、负荷等环节影响电磁功率的过程,利用阻尼转矩法计算电磁功率阻尼系数并分析了电力系统稳定器的影响。提出了多机系统中不同发电机电力系统稳定器对频率振荡阻尼影响大小的评估方法,选择影响大的发电机进行参数优化可更加有效地提高频率振荡阻尼。利用IEEE的4机2区系统对分析结论进行了仿真验证。     

大干扰下主导低频振荡模式的鉴别

Prony方法是获取系统振荡模式特征的一种非常有效的方法，它可通过给定输入信号下的响应直接估计系统的振荡频率、衰减、幅值和初相位。基于Prony算法，作者提出了振荡模式能量级的概念，用于鉴别电力系统大干扰下的主导低频振荡模式，在8机36节点系统中应用本文所提方法准确识别出了主导低频振荡模式，验证了该方法的正确性，并与正则形理论研究低频振荡模式间的非线性相关作用的结果进行了比较，再次验证了大干扰中主导低频振荡模式对系统动态特性和稳定性有重要影响这一观点的正确性。     

双馈风电场穿透率及接入形式对系统稳定性的影响分析

为了研究双馈风电场穿透率及接入形式对系统稳定性的影响,首先给出了以微分代数方程描述的双馈风力发电机动力学模型,推导了全系统系数矩阵。然后,根据小干扰分析理论,计算了含风电场系统的特征值及参与因子,并确定系统的主导振荡模式。最后,以扩展的IEEE 3机9节点系统为例,对不同穿透率水平及不同接入形式下各振荡模式的阻尼变化进行了分析比较。研究表明,随着穿透率的增加,在原有同步机容量相应减小且系统未作补偿的情况下,与风电场电气距离较近的同步发电机功角稳定性有明显下降。在相同穿透率下,静止无功补偿器（static var compensator, SVC）补偿容量的增加对系统电压及功角稳定性均有明显改善作用,穿透率水平越高,SVC无功补偿对稳定性的改善作用越弱。由此可知,双馈风电场穿透率及接入形式对系统稳定性有较大影响。     

基于能量函数的电网低频振荡及扰动源定位研究

由于电力系统稳定器在实际电网中的广泛配置,常规的离线小干扰计算分析已经难以得到负阻尼或弱阻尼的低频振荡模式.然而,实际系统中仍然频繁出现低频振荡现象,根据对大量事故的分析,发现多重扰动的发生以及周期性扰动源的存在都可能引发低频振荡.构造了基于联络线的能量函数,并将能量分解为振荡分量和准稳态分量,从而对多重扰动引起的系统低频振荡进行分析,以提供可供调度人员参考的动态安全信息;并将传统的支路势能分解为周期分量和非周期分量,利用非周期分量在网络中传播耗散的方向来实现周期性强迫扰动源的快速、准确定位.实际电网仿真算例验证了所提方法的有效性和可行性.     

Damping controller design for power system oscillations usingglobal signals

This paper describes a new power system stabilizer (PSS) design for damping power system oscillations focusing on interarea modes. The input to the PSS consists of two signals. The first signal is mainly to damp the local mode in the area where PSS is located using the generator rotor speed as an input signal. The second is an additional global signal for damping interarea modes. Two global signals are suggested; the tie-line active power and speed difference signals. The choice of PSS location, input signals and tuning is based on modal analysis and frequency response information. These two signals can also be used to enhance damping of interarea modes using SVC located in the middle of the transmission circuit connecting the two oscillating groups. The effectiveness and robustness of the new design are tested on a 19-generator system having characteristics and structure similar to the Western North American grid     

新疆与西北主网互联后电网小干扰稳定性和系统扰动试验特性

新疆电网以750 kV电压等级线路接入西北主网后,互联电网的动态特性、振荡模式发生了变化,新增了一个新疆电网对西北主网的区域间振荡模式。新疆内部和西北主网内部主要断面的动态稳定水平没有下降,新疆电网内部局部地区仍存在弱阻尼振荡模式。通过协调优化新疆电网内部北疆西部地区部分机组的励磁系统自动电压调节器(automatic voltage regulator,AVR)和电力系统稳定器(power system stabilizer,PSS)参数,可提高系统的阻尼水平,并在一定程度上解决了该地区水电窝电现象。开展了实际互联电网系统扰动试验,实测数据验证了仿真计算结果的准确性,通过扰动试验掌握了互联电网的动态特性和系统阻尼水平。研究综合运用了时域和频域的方法,并以频率计算为主,辅以时域分析校验。     

光伏接入系统的小干扰稳定灵敏度分析及其应用

针对光伏并网对系统小干扰稳定的影响,提出基于随机响应面法和摄动法的阻尼比灵敏度求取方法.以光伏出力波动的随机激励作为摄动量,通过摄动法求解光伏在不同节点并网的阻尼比灵敏度;根据阻尼比灵敏度的大小筛选最佳的光伏并网节点,通过优化方法确定光伏发电的接入位置和容量,得到光伏发电的最佳接入方式.以New England 10机39节点系统和西部某省实际电力系统为例验证所提方法的有效性.     

柔性励磁系统抑制次同步振荡仿真分析

次同步振荡可能会对汽轮发电机的转轴产生严重的威胁,而传统晶闸管励磁系统使用附加励磁阻尼控制器对次同步振荡的抑制效果有限,需要为发电机配置如STATCOM的额外装置。相较于传统晶闸管励磁系统,柔性励磁系统具有双阻尼通道且相互耦合作用小,因此柔性励磁系统相较于传统晶闸管励磁系统对次同步振荡有更强的抑制能力。本文采用Matlab编程对发电机存在的轴系扭振模态进行了计算,并针对其中可能发生次同步振荡的模态设计了基于柔性励磁系统的无功控制器与传统励磁调节通道配合。本文在PSCAD/EMTDC平台上搭建了采用柔性励磁系统的IEEE次同步振荡第一标准模型,验证了柔性励磁系统对次同步振荡的抑制效果。