短路故障下单机无穷大系统的暂态稳定仿真分析

电力系统暂态稳定性是评估电力系统安全稳定运行的重要指标。短路故障是电力系统暂态稳定分析中最常见的大干扰信号,因此着重分析短路故障情况下电力系统暂态稳定变化特性。当系统发生短路故障时,根据发电机转速变化曲线可判断系统暂态稳定性。通过改进欧拉法对发电机转子运动方程进行数值求解,获得发电机转速的数学计算模型。采用单机无穷大系统模拟实际电力系统,建立短路故障下暂态仿真模型,从切除故障时间和调节发电机励磁系统两个方面分析电力系统暂态稳定性,结果发现通过快速切除故障和调节励磁放大系数均可保障系统的稳定性。研究成果可为电力系统稳定性的分析和控制提供有力的支持。     

自并励静止励磁系统精细建模及仿真

用于电力系统暂态稳定研究的励磁系统传递函数模型简化了功率单元和励磁电源,无法满足准确分析暂态稳定问题和励磁装置特性的需求。考虑功率单元和励磁电源以及励磁装置灭磁特性,提出更为完善的自并励静止励磁系统精细模型,在PSCAD/EMTDC中建立电磁暂态仿真模型,分析机端故障对电力系统暂态稳定以及励磁装置特性的影响。仿真结果表明,在发生近机端较严重的接地故障时,采用自并励静止励磁系统精细模型对电力系统暂态稳定以及励磁装置特性进行分析是十分必要的。     

交流励磁风电机组对相邻同步机组暂态稳定性的影响

分析了交流励磁发电机的暂态功率频率特性,通过调节励磁电流的频率来调节发电机转子的转速和发电机的功率,讨论了交流励磁机组对相邻同步机组暂态稳定性的影响。通过仿真分析,交流励磁风电机组可以提高相邻同步机组的暂态稳定水平。     

风电大规模并网对系统暂态稳定性的影响

随着风电的不断发展,风电在电网的比例不断增加,风电大规模并网对电力系统暂态稳定性的影响日益突出。本次仿真研究以内蒙古某地区实际含风电厂的电网为例,使用FASTEST软件搭建出风电并网的模型,并对含风电场的电力系统进行潮流计算。在潮流计算结果收敛的基础上,主要研究风电接入的电网在三相短路故障下系统的暂态稳定性。主要包括不同风电出力的情况下系统的故障极限切除时间,故障下系统的电压稳定性,以及考虑低电压保护的系统故障对风电机组机端电压、输出的有功功率和无功功率的影响。为了提高系统稳定性,使用静止无功补偿装置(SVC)为系统提供有效的无功支持,通过仿真验证了SVC可以提高风电并网电力系统的暂态稳定性。     

双馈型风电场接人电网的暂态稳定性分析

分析了双馈型风电场接入输电系统后的暂态特性以及对电力系统暂态稳定性的影响,建立了数学模型.在变换器建模方面,转子侧变换器的矢量控制实现了有功功率和无功功率的解耦控制,网侧变换器的矢量控制使直流母线电压保持恒定并可调节输入系统的无功功率.通过仿真研究了输电系统发生三相短路故障时对电力系统本身和双馈型风电机组暂态稳定特性的...     

考虑发电机性能差异性的励磁顶值电压优化配置方法

发电机强励紧急控制配合具备高顶值电压的励磁系统,可充分发挥机组强励功能,改善电网暂态稳定性。发电机励磁系统通常按照统一标准设计,无法兼顾实际故障下机组能够发挥的不同调节性能。考虑调节性能差异性后对发电机实施差异化控制或差异化配置控制参数,可有效优化网源协调性。提出一种考虑机组性能差异性的励磁顶值电压优化配置方法,利用系统暂态稳定裕度指标相对机组励磁顶值电压的灵敏度衡量不同临界机的调节性能,根据灵敏度大小对临界机组励磁顶值电压进行差异化配置。在修改的10机39节点交直流混联系统中,仿真研究表明:差异化配置励磁顶值电压能较好改善系统暂态稳定性,提升区域联络线输送功率,严重故障冲击下对系统暂态稳定性提升作用更显著。     

规模化光伏电站与电网暂态交互影响定量分析

在电力系统暂态安全定量分析软件平台FASTEST（Fast Analysis of Stability using the Extended equal area criterion and Simulation Technologies）上以研究规模化光伏电站接入系统后的稳定性分析为目的,建立了一个完整而且适合系统安全稳定分析的并网光伏电站机电暂态模型。基于FASTEST特有的暂态稳定量化分析功能,对并网光伏电站被浮云遮挡和系统侧发生扰动这2种典型情况进行仿真分析,从对系统暂态功角稳定性、暂态电压稳定性和暂态频率稳定性的影响的角度,探讨光伏电站与常规电源在影响电网运行特性方面的区别。结果表明,光伏电站并网后对系统暂态频率稳定性影响最为严重,相比较于带有励磁和调速系统的同步发电机,光伏电站在网侧故障时的暂态响应特性更为剧烈。     

基于Walve负荷模型的励磁系统多参数分岔分析

文中以通用非线性系统分岔分析软件AUTO97为工具，以负荷功率、AVR控制参考电压、励磁增益和励磁极限为分岔参数，对基于Walve综合负荷模型的典型3节点电力系统进行了多参数分岔分析。文中以负荷功率、AVR控制参考电压Vref、励磁增益KAVR和励磁极限Efdlim为分析参数，研究了Vref、KAVR以及Efdlim对系统电压稳定与运行情况的影响，得到了一些更接近实际的结论。分析过程表明：多参数分岔分析相对于单参数分析更能揭示系统参数对电力系统电压稳定性的影响情况。分析结果表明：不考虑励磁极限时，选取较高的参考电压Vref与励磁增益KAVR，不仅有利于提高功率传输极限、增加稳定裕度，而且有利于避免系统电压振荡失稳Vref、KAVR之间具有一定的互补特性，可通过Vref和KAVR的协调运用，避开Hopf分岔，保证系统安全运行：大的励磁极限将更有利于电力系统电压动态稳定。     

综合措施提高远距离大容量交流输电系统稳定性水平

本文对高电压,远距离、大容量、跨区间交流输电系统的暂态稳定、动态稳定性问题,提出了强行励磁控制、电力系统稳定我功补偿器、提出了强行励磁控制,电力系统稳定器,静止无功补偿器,中联补偿、快速切除故障及它们协调作用等多种措施,并以２０００年华东系统为研究对象重点针对阳城送电江苏输电系统所存在的突出的暂态稳定、动态稳定发实有铲的整体解决方案。     

扩建后的扬二电厂630 MW机组暂态稳定性分析

分析了扬州第二发电有限责任公司(简称扬二电厂)扩建后4台630 MW机组的暂态稳定问题.利用电力系统分析综合程序(PSASP)进行仿真分析,在计算不同故障情况下的极限切除时间后,对有效提高机组稳定性的措施如切机控制、励磁调节及单相重合闸等进行了进一步计算.在此基础上对提高扬二电厂暂态稳定性的各种措施进行了比较和评价,为提高扩建后的扬二电厂暂态稳定性提供了依据.     

高压直流输电与发电机励磁的综合变结构控制

研究了交直流互联系统采用变结构控制策略提高系统的暂态稳定性问题。以一单机无穷大系统为研究对象,并以交直流互联系统的动力学方程、发电机的电磁功率方程和高压直流输电直流功率调制规律方程为基础,建立了发电机励磁与高压直流输电综合控制的非线性数学模型。采用滑膜变结构控制策略设计了发电机励磁和高压直流输电的综合控制器,该控制器采用先设定系统的滑模运动方程,再求取等效系统,最后求取切换面的方法来得到控制规律。在交流输电线路发生故障时,采用常规的控制策略和文章提出的控制策略对系统进行了仿真,仿真结果表明,采用该控制策略能够显著提高输电系统的暂态稳定极限及暂态稳定性。     

同步发电机励磁对稳定性影响的研究

本文采用了典型的发电机及其励磁系统数学模型,介绍励磁系统的基本原理和主要任务,分析了同步发电机励磁对电力系统稳定性的影响,在Matlab的Simulink环境下设计了基于机端电压的励磁调节器,在电力系统模块(PSB)下将其用于单机无穷大系统三相短路故障试验,在仿真中对励磁系统作了不同的设定,即应用不同控制结构的电力系统稳定器(PSS),实现对同步发电机励磁的调节.     

发电机过励限制网源协调性能优化技术

主流励磁调节器厂家在设计过励限制反时限功能时,均依据发电机额定工况下的转子过流能力进行整定,导致系统发生故障时无法充分发挥机组的强励潜能。根据电机暂态温升理论推导得到大型汽轮发电机转子短时电流变化量与温升的关系式,进而求得发电机转子在不同负荷下的过流能力。在此基础上,提出了充分考虑发电机在不同负荷下真实过流能力且具备二次强励功能的励磁调节器过励限制反时限优化设计及实现方案,采用励磁电流计算转子温升变化量代替原来的励磁电流变化量整定反时限时间,在保障发电机安全的前提下,可最大限度地发挥机组对电网的无功支撑能力,提升电网在故障情况下的暂态稳定性。基于PSASP软件的仿真算例结果验证了所提方法的有效性和优越性。     

MICROPROCESSOR BASED NONLINEAR EXCITATION CONTROLLER FOR SYNCHRONOUS MACHINES

ABSTRACT

The synchronous machines in power systems have the excitation systems of field winding to improve the transient stability of power systems. The synchronous machines are nonlinear systems, however, the excitation systems have been designed based on linearized systems, because the stability analysis of nonlinear systems is difficult and the generalized control method of nonlinear systems has not been developed yet.

This paper proposes a nonlinear excitation controller for synchronous machines in power systems. For the sake of simplification of the nonlinear state feedback control, this paper considers both the transient stability and the suppression of the rotor swings in transient conditions. The effect of the automatic voltage regulator (AVR) for the synchronous generator is not discussed here. This controller is designed based on Lyapunov's direct method that can directly judge the stability of nonlinear systems. The usefulness and validity of the proposed excitation controller are confirmed by numerical simulations and experiments. The microprocessor based generator excitation system that consists of a nonlinear controller, state variable detector, and PWM inverter, is constructed. The nonlinear excitation controller can improve the transient stability of synchronous machines.     

励磁系统动态增益对凸极发电机暂态稳定的影响

由于励磁系统动态增益对凸极发电机动态稳定性有显著影响,为改善电力系统阻尼,多需要调整该动态增益,进而配置电力系统稳定器。但在动态增益对发电机暂态稳定的影响方面,存在某些模糊认识,妨碍了相关工作的开展。文中首先分析了发电机暂态稳定与同步转矩的关系,将研究励磁控制系统动态增益对暂态稳定的影响转化为研究对同步转矩的影响,以便于数学推导。然后,对励磁控制系统动态增益影响凸极发电机同步转矩的机理进行了推导和算例计算,继之以单机系统、两机系统和实际系统仿真。计算和仿真结果表明,励磁系统动态增益在正常范围内变化时,对凸极发电机暂态稳定的影响很小,可以忽略。当为了改善电力系统阻尼而在正常范围内调整励磁控制系统动态增益时,不会对凸极发电机暂态稳定带来明显影响。     

基于XGBOOST-PSO提高受端电网电压暂态稳定的发电机无功优化方法

考虑发电机稳态输出无功对其支撑暂态电压恢复稳定能力的影响,基于机器学习研究优化发电机稳态输出无功提高电压对故障扰动保持暂态稳定能力的预防控制方法。该方法采用加权多二元表暂态稳定裕度指标量化母线暂态电压对不同预想故障扰动的综合稳定裕度,并基于指标排序确定稳定裕度薄弱母线。同时基于发电机无功调节对预想故障下各薄弱母线电压暂态稳定裕度综合作用灵敏度排序,选择作用灵敏发电机。在利用XGBoost建立根据系统稳态特征向量预测薄弱母线暂态电压稳定的分类模型基础上,以系统对预想故障扰动保持暂态电压稳定为约束、以减小发电机稳态无功调节对网损产生影响为目标,基于潮流计算寻优灵敏发电机稳态输出无功,以提高薄弱母线的暂态电压稳定性。最后采用雅湖直流接入江西电网的PSASP计算模型验证了所提方法的有效性。     

提高暂态稳定的励磁与FACTS协调策略设计

灵活交流输电系统(FACTS)元件及发电机励磁系统对远距离输电系统的暂态稳定性有很大的影响。该文针对单机远距离与电网互联系统，提出采用非线性最优变目标策略协调设计发电机励磁、可控串补（TCSC）和静止无功补偿器(SVC)，从而提高首摆稳定性及快速阻尼后续振荡。所提协调方案是基于TCSC在故障期间闭锁时，SVC作为TCSC的辅助控制手段，当故障清除后，立即投入TCSC，从而使TCSC、SVC与发电机励磁同时贡献于暂态稳定性。在整个过程中，采用非线性最优变目标控制策略来协调所有控制器，即在暂态稳定第一摆及后续动态过程中预先设定两个目标：其一是励磁与FACTS输出最大，从而保证系统最大的暂态稳定域；其二是当发电机滑差接近于零时，控制器以阻尼功率振荡为目标，以使系统迅速恢复至稳态。最后采用NETOMAC仿真软件在我国阳城—淮阴输电工程中进行了仿真，并与常规PID控制进行了比较。结果表明，所提策略是正确的，有效的。     

双馈感应风力发电机故障穿越特性及其控制

风电场低电压穿越能力对接入系统的暂态稳定性有着重要影响。分析双馈感应风力发电机的励磁控制原理,在此基础上研究风电机组基于电流解耦的矢量控制策略以及故障期间转子侧变流器Crowbar(撬棒)滞环保护方案和网侧变流器的电压支撑技术。运用PSCAD/EMTDC仿真工具研究常规同步发电机和双馈风力发电机2种类型机组在短时间和长时间短路故障时的暂态响应特性,并探讨变流器参数对风电机组性能的影响。结果表明:变流器紧急应对措施可以使风机迅速恢复控制能力,从而通过灵活地调节其转子磁链矢量的幅值和相角使电压快速重建;此外,选择合适的直流侧电容容量将增强不对称故障情况下网侧变流器抵抗负序电流的能力。     

励磁调节器辅助限制特性及技术指标探讨

励磁调节器是维持发电机机端电压恒定进而保证电力系统稳定的关键设备。然而,各厂家励磁调节器辅助限制环节特性存在明显差异,影响机组安全和电网稳定,但却长期以来未得到足够重视。根据励磁调节器设备性能检测情况并结合发电机运行时功率图,分析上述差异,即数字式自动励磁调节器各辅助限制环节的控制外特性,并确定其可能给发电机设备安全和电网稳定带来的影响。依据试验得到的统计数据,对励磁调节器各辅助限制环节技术指标检测分析提出建议,以期为相关部门加强励磁系统管理提供技术参考。     

浅谈自并励励磁系统在大容量机组中的应用

发电机的励磁系统是同步发电机的重要组成部分,其主要任务是根据发电机运行状态,向发电机的励磁绕组提供一个可调节的直流励磁电流,以满足发电机各种运行方式的需要。励磁系统直接影响发电机的安全运行,其技术性能低下将给机组的运行造成了极大的安全隐患。为满足电力系统对发电质量高标准的要求,确保发电机组长期安全、稳定地运行,必须采取先进科学的励磁系统。通过介绍目前国内外600 MW及以上机组的主要励磁方式,对发电机自并励励磁系统和无刷旋转整流器励磁系统的特点进行了分析比较,提出自并励励磁系统具有接线简单、主机轴系短、造价低、运行维护方便、反应速度快等特点,并分析了大容量机组采用自并励励磁系统的可行性,可供工程设计参考。