中低压直流配电系统:关键装备阻抗建模与稳定性分析

中低压直流母线电压稳定是中低压直流配电系统稳定的关键指标.针对由多绕组变压器隔离型变换器与输入串联输出并联的多模块Boost+LLC型直流变压器组成的中低压直流配电系统,为分析其小信号阻抗稳定性,建立柔性变换器、直流变压器和Buck变换器的小信号模型,推导中压和低压直流端口阻抗表达式.采用阻抗分析法分析了表征级联系统稳定性的参数,以伯德图和奈奎斯特曲线为依据,分析了电路参数和控制参数对系统阻抗特性和级联系统稳定性的影响.分析结果表明,增加柔性变换器电压控制环参数和直流变压器电流控制环参数,可提高中压直流级联系统的稳定性.增加直流变压器电压控制环参数,可提高低压直流级联系统的稳定性.最后在MATLAB/Simulink平台中搭建系统仿真模型,验证了所推小信号阻抗模型的正确性.     

模拟直流发电机特性的储能变换器控制策略

直流微电网的变换器均通过电力电子变换器接入直流母线,而电力电子变换器缺少惯性和阻尼作用,负载功率突变会引起变换器端口电压电流的振荡,给直流母线带来较大的冲击,影响微电网的稳定性。文中参考虚拟同步发电机在并网逆变器控制中的应用,提出了一种模拟直流发电机特性的储能变换器控制策略,使储能变换器具有直流发电机的端口特性,并建立小信号模型,利用阻抗比判据分析了其小信号稳定性。仿真和实验证明所提控制策略可以增强储能单元维持直流微电网内功率平衡的能力,提高直流微电网的供电质量。     

基于隔离型模块化多电平换流器的中压直流柔性互联配电系统稳定性分析

中压直流柔性互联配电系统作为连接高压输电网和低压直流配电网的纽带,可实现源-网-荷-储的灵活接入,适用于未来城市能源互联网。建立了基于隔离型模块化多电平换流器的中压直流柔性互联配电系统小信号等效电路,推导了中压直流端口的阻抗模型,通过对比仿真测量与解析计算结果验证所建模型的准确性,并利用所建精确模型进一步研究电路参数和控制参数变化对系统稳定性的影响。在MATLAB/Simulink仿真平台搭建中压直流柔性互联配电系统的仿真模型,验证了所提小信号阻抗模型的准确性。     

永磁同步风电机组机侧直流阻抗建模

永磁同步风电机组因其具有单机容量大、发电效率高、控制性能好等优势,在海上风电场中占有较高比例。在海上风电场直流外送系统中,永磁同步电机风电场采用直流汇集方式,然后经高压直流线路送出,可以减少电能变换次数,从而减少设备数量、节约海上平台建造所需人力物力,因此直流海上风电场成为一种研究趋势。因为多机组串联时单机组故障易引发系统崩溃,直流海上风电场外送系统对于风电机组和系统稳定性具有较高要求。阻抗模型已逐步成为广泛采用的稳定性分析方法,作为直流海上风电场的基本组成单位,永磁同步风电机组直流端口阻抗模型尚未建立。基于谐波线性化方法建立永磁同步风电机组机侧模型的直流端口阻抗模型,并对不同转速条件下的阻抗模型进行仿真验证。最后开展机组阻抗特性分析研究,详细分析了转速以及电流环控制特性对机组直流阻抗特性的影响,为后续直流海上风电场外送系统稳定性分析奠定模型基础。     

双母线直流微电网的级联稳定性分析

双母线直流微电网因具有供电可靠、负载匹配性高、接入中低压配电网系统灵活方便等特点,逐渐成为未来家庭和楼宇的主要供电架构之一,而级联稳定性分析是其设计中的重要问题.对双母线直流微电网在不同稳态运行模式下的级联小信号稳定性进行分析,利用广义状态空间建模法、传统状态空间平均建模法建立变换器的阻抗模型,根据系统各单元稳态运行模式的源荷属性提出4种模式,并利用阻抗比判据判定系统的小信号稳定性.仿真结果表明,在轻载模式下系统的稳定裕度最小,其中双有源桥、光伏变换器的阻抗特性不受功率交互的影响且一直具有负阻抗特性,而储能单元仅在作为负荷时具有负阻抗特性.对比3种无源阻抗方案以改善负载阻抗特性,提高系统的稳定裕度.实验结果表明:加入无源阻抗后轻载模式的负载电流纹波系数从14.3％下降至1.9％,可见无源阻抗可以改善负载阻抗特性,提高系统的稳定性和抗扰性能.     

低压直流配电系统谐振机理分析与有源抑制方法

谐振对低压直流配电系统有负面影响,是导致电压崩溃的潜在原因。提出了分布式控制下低压直流配电系统的基于阻抗的单母线谐振分析方法和系统级谐振分析方法,并给出了一种有源阻尼补偿器。对各子系统建立了考虑控制器影响的阻抗模型,结合系统的阻抗模型和节点阻抗矩阵分别提出了分布式控制下系统的单母线和系统级谐振分析方法,并对单母线谐振机理进行分析,通过时域小信号模型分析该方法的正确性;系统级谐振分析方法适用于多并联、多级联和环型的低压直流配电系统。研究了部分影响因素对谐振的影响。根据谐振机理提出了有源阻尼补偿器,能够有效降低谐振频段输出阻抗的幅值,提高系统的稳定性。仿真结果证明所提分析方法和阻尼补偿器的有效性。     

直流微电网多端口变换器虚拟惯性控制策略

目前,直流配电系统内部多变换器并联一般采用传统的下垂控制策略,系统表现出低惯性、弱阻尼的特征,使得系统稳定性较差,为此提出了一种用于直流微电网多端口变换器的类虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)虚拟惯性控制策略。该策略可同时实现下垂、虚拟惯性及阻尼特性功能。首先,对多端口变换器的拓扑结构进行了简介;其次,对所提控制策略进行了理论分析与推导,并给出了控制策略框图;再次,建立了变换器小信号模型,分析了加入类VSG虚拟惯性控制策略后变换器的稳定性;最后,在Matlab/Simulink中建立了系统仿真模型,并进行了仿真对比,验证了所提控制策略的有效性及稳定性分析的正确性。与传统控制策略相比,所提控制策略增加了直流配电系统的惯性,平抑了直流母线电压的波动。     

含恒功率负载的交直流混联配电系统稳定性分析

交直流混联配电系统的稳定性分析方法是评价系统能否安全稳定运行的关键技术。传统稳定性分析方法通常以直流级联系统和直流微电网作为研究对象,而对于含恒功率负载的交直流混联配电系统稳定性分析和评价较少涉及。基于这一问题,提出了适用于交直流混联配电系统的阻抗匹配稳定性分析方法,建立了柔性互联装置、光伏发电单元、恒功率负载以及?型线路的状态空间小信号模型。在多端柔性互联装置采用主从和下垂控制情况下构建了交直流混联配电系统的戴维南等效电路,利用奈奎斯特稳定判据确定了负阻抗稳定边界,并且采用Simulink仿真工具搭建了详细物理模型,通过仿真结果和奈奎斯特曲线对比分析验证了所提稳定性分析方法的可行性。     

直流微网中双向高变比DC/DC变换器阻抗特性分析

随着直流微网、分布式发电、电动汽车等技术的发展,具有宽电压变比范围的双向DC/DC变换器成为研究的热点,而系统中各模块的双方向下的阻抗特性会直接影响直流微网系统的稳定性。对于带耦合电感的非隔离型双向DC/DC变换器,简述了其工作原理。考虑电感和电容的等效串联电阻,利用状态空间平均法分别建立了两个能量流动方向下的开环阻抗模型,根据闭环控制原理进一步建立了闭环阻抗模型。分析了输入电压、输出电流和寄生参数对阻抗模型的影响,为直流微网系统稳定性的研究提供依据。     

含混合储能直流微电网混合势函数建模及稳定性分析

针对含恒功率负荷的混合储能直流微电网大扰动稳定及储能变换器建模问题,在推导混合储能(hybrid energy storage system, HESS)脉宽调制开关网络等效模型基础上,提出了一种基于混合势函数理论的含HESS直流微电网稳定性判据及分析方法。首先,计及HESS充放电特性,将含HESS直流微电网系统的工作状态划分为buck和boost工作模式;接着,分别建立上述两种工作模式下基于脉宽调制开关网络等效模型的直流微电网系统混合势函数模型;最后,应用混合势函数理论第3稳定性定理,分别推导得到buck和boost工作模式下的直流微电网大扰动稳定性判据,并对比基于开关平均模型的系统稳定性判据,提出的稳定性判据推导方法对系统动态行为预测更为准确。仿真验证了所提稳定性分析方法的合理性以及混合势函数判据的先进性。     

负荷失稳的有界性分析及其与电压稳定的关系

准确界定负荷稳定与电压稳定的关系对于完善电力系统电压稳定理论基础有重要意义.利用非线性动力系统稳定理论,定义了负荷稳定,发现负荷失稳的有限性,即在负荷失稳后,负荷等值导纳模值只能在有限的范围内变化.研究了电压稳定问题的本质属性,认为电压稳定性应属于输出变量有界性问题.用戴维南等值定理分析了负荷稳定与电压稳定的关系.结果表明:负荷失稳的有界性决定了电力系统负荷稳定性不能等同于电压稳定性,负荷失稳不是电压失稳的充分条件;电力系统电压稳定性的本质属性决定了电压稳定性不仅与负荷稳定有关,而且与系统各元件和控制装置对电压的支持力度有关.对典型测试系统的仿真,证实了研究结果的正确性.     

电力系统稳定的定义与分类述评

IEEE/CIGRE联合工作组于近期给出了新的电力系统稳定定义和分类,该定义和分类与我国《电力系统安全稳定导则》中的电力系统稳定定义和分类并不尽相同。为深入理解电力系统不同稳定类型的定义、区分不同类型稳定之间的相互关系以及理清国内外两种定义的区别和联系,在介绍和比较国内外电力系统稳定定义和分类的基础上,分析了两种不同定义和分类的依据。分析内容和结论对于正确识别导致电力系统失稳的主要诱因、分析特定问题时进行合理地简化以及采用恰当的模型和计算方法、安排合理的运行方式、制定提高系统安全稳定水平的控制策略、规划和优化电网结构具有帮助价值。     

基于广域量测信息的电力系统暂态稳定研究综述

暂态稳定是电力系统研究的重要内容,一直以来受到人们的关注。近年来,随着基于相量测量装置的广域测量系统日趋完善,实时获取全网动态响应数据成为可能,这为暂态稳定研究提供了新手段。文章从暂态稳定传统分析方法的改进、快速暂态稳定判据的研究、暂态稳定趋势预测以及暂态稳定控制4个方面,对广域量测信息在电力系统暂态稳定研究中的应用进行了综述,指出基于广域量测信息进行暂态稳定研究是未来的发展方向。     

云广直流孤岛运行的稳定特性研究

根据云广直流孤岛运行的实际情况,提出了适用于孤岛运行的稳定判据;对孤岛运行的静态电压稳定问题进行了分析,提出了适用于孤岛运行的静态电压稳定裕度指标,计算了典型方式的稳定极限和稳定裕度;对线路、机组等元件N?1、N?2和多重严重故障下系统的响应进行了分析,掌握了孤岛系统暂态电压稳定和频率稳定的规律;提出了提高孤岛系统稳定性的措施建议。     

电压稳定和功角稳定关系的平衡点分析

分析了一个典型系统的平衡点与负荷功率、发电机功率的关系，表明静态电压稳定和功角稳定本质上都可视为一种不稳定平衡点的模式，揭示了系统失稳模式随潮流改变而转变的现象，还指出了P—V曲线的下半分支和其他分支蕴含了丰富的系统分岔信息，可从中了解系统不稳定平衡点的产生和消失情况。对不同负荷模型的分析结果则说明了不同负荷模型会导致不同的失稳模式。所得结论具有普遍性，对深入研究复杂系统下电压稳定和功角稳定关系有一定的价值。     

感应电动机暂态电压失稳的定量分析

用时域仿真重现了感应电动机负荷引起的暂态电压失稳现象，进一步改进了感应电动机暂态电压稳定的判据，以便尽早地中止仿真过程；还提出了暂态电压稳定裕度的概念和定义，直接求取与暂态电压稳定相应的故障临界切除时间，以及与给定故障切除时间相应的极限动态负荷。算法的有效性和强壮性华中系统、浙江系统和新英格兰系统中得到了验证。     

基于稳定域边界的主导不稳定平衡点(BCU)法前提条件的验证

通过对基于稳定域边界的主导不稳定平衡点法(Boundary of stability based controlling unstable equilibdum point method，BCU)的前提条件的分析，得到了当故障清除后的电力系统不完全稳定时，应用该方法的一个必要条件：相关的广义梯度系统不完全稳定。并证明了使该条件得到满足的一个充分条件：广义梯度系统无源点。在稳定性分析中，可以通过检验该条件来间接地检验电力系统是否满足BCU法的前提条件。对一个4机系统和IEEE50机测试系统的计算验证了上述的结果。     

浙江电网稳定控制技术开发和应用情况回顾

简述了浙江电网发展的三个阶段,以及电网发展各个阶段的稳定特点和稳定控制技术开发和应用的重点,对曾经付诸实施的稳定控制装置情况进行了简要回顾。     

空间时间混合变步长暂态稳定仿真新算法

本文提出了一种新的电力系统暂态稳定仿真算法。该方法基于事故扰动对系统中不同区域具有不同的影响,对不同的发电机使用不同的积分步长,在积分过程中自动地将大系统分割成一系列子系统,在每步积分或在绝大部分时间里只需求解一个或几个子系统,从而在稳定计算中将一系列高维数方程组的求解螽化成一系列低维数方程组的求解。 这种方法既不同于常规的变步长方法,也不同于一般的固定边界分解方法和混合步长积分方法.通过对一个31机、128节点系统的数字仿真,验证了该方法的有效性.     

基于混合方法的电力系统暂态稳定性分析

本文将数值仿真方法和暂态能量函数法相结合,提出了一种分析出力系统暂态稳定性的混合求解方法。该方法首先通过数值积分计算出系统的运行轨迹,然后利用暂态能量函数法判别出系统的稳定性。 为了避免不必要的、费时的数值积分计算,本文提出了一种仿真计算终止判据。另外,本文提出了一种曲线拟合技术,不仅可以快速地求解出系统在稳定情况下的稳定裕度,而且还可以估计出系统的极限切除时间等。 这种混合方法结合了数值仿真方法和暂态能量函数法两者的优点,为在线暂稳分析和控制提供了一个有力工具。