稳定分析与控制在现代电网发展中面临的挑战及其对策

安全稳定控制装置是保证电力系统安全稳定运行的重要手段,现代电网的发展对稳定分析方法和稳定控制手段提出新的要求。讨论了电力市场化、电网互联和高压直流输电等现代电网发展趋势对电力系统稳定性的影响,分析了电力系统稳定分析与控制在现代电网发展中所面临的挑战,并针对性地给出若干应对措施和建议。最后对电力系统稳定分析和控制技术的发展方向进行了展望。     

分数阶滑模控制策略提高电力系统暂态稳定性研究

电力系统暂态稳定是电力系统遭受大干扰能够恢复稳定运行的能力,是电力系统安全稳定运行的重要基础.电力系统是一个高度复杂的、强耦合的非线性系统,PSS作为线性控制策略不能够有效抑制大扰动.基于滑模控制,分数阶微积分和有限时间稳定,提出了分数阶滑模控制策略来提高电力系统暂态稳定,使系统能够在有限时间内恢复稳定运行.首先,通过...     

基于PSASP的电子电力变压器建模与仿真

鉴于电子电力变压器对提高电力系统稳定性、改善供电灵活性具有潜在优势,在电力系统分析综合程序(PSASP)环境下建立了电子电力变压器稳态模型和暂态稳定模型,研究了基于电子电力变压器的电力系统潮流计算方法,提出了一种含电子电力变压器的电力系统牛顿交替潮流求解算法,利用PSASP的自定义程序功能(UPI)和用户自定义模型功能(UD)实现了电子电力变压器潮流及暂态稳定计算,并对含电子电力变压器的9节点WSCC系统算例进行了潮流及暂态稳定仿真计算。结果表明,建立的模型有效,提出的潮流求解算法收敛性好,电子电力变压器的引入使系统潮流可灵活控制,且提高了暂态稳定性。     

基于BPA软件的地区电网静态电压稳定性分析

电力系统静态电压稳定分析对电力部门的电压稳定控制、调度规划等工作十分重要。基于静态模型提出了求取实际运行电网的功率-电压(P-V)曲线的方法,该方法采用电力系统潮流软件(BPA)作为计算核心,通过设计外部接口实现连续潮流仿真,进行电力系统静态电压稳定裕度分析及绘制P-V曲线。利用该方法对上海电网黄渡分区进行静态电压稳定分析,计算系统的相对电压稳定裕度,找出其存在的电压薄弱点,并提出了进一步提高静态电压稳定水平的若干措施。     

基于解耦调制的电力系统稳定性容错控制技术

针对传统容错控制技术诊断故障准确率低、不能有效维持电力系统运行的稳定性,提出基于解耦调制的电力系统稳定性容错控制技术。从传动模块和电机模块2个方面搭建系统运行模型,并在该模型下设计安装解耦容错控制器。收集电力系统的实时运行信号数据,利用故障诊断方法来判断电力系统是否存在故障问题。将故障诊断结果作为容错控制的启动信号,当诊断结果为存在故障时,利用解耦调制方法处理电力系统故障电机,从而实现电力系统的稳定性容错控制。实验证明：该方法电力系统故障诊断准确率较传统方法高,且应用设计的容错控制技术后,电力系统的电压、电流与功率的波动范围均有所减小,该技术可以有效保证电力系统的稳定运行。     

重庆主力机组励磁系统辨识对抑制电网低频振荡的作用

励磁系统是提高电力系统运行稳定性,挖掘稳定储备和改善系统动态品质的有力手段。分析了励磁系统在电力系统稳定控制中的调节作用,研究了辨识的原理和线性模式分析法。利用小干扰稳定计算分析程序PSD-SSAP,对重庆电网进行了小干扰稳定计算。通过对重庆电网主力机组进行励磁系统模型及参数的辨识研究,得到可抑制电网低频振荡的准确励磁模型。小干扰稳定计算结果表明:励磁系统的准确辨识,可抑制电网低频振荡,对电网的稳定性具有重要作用。     

自适应外部环境的电网安全稳定控制 措施集的在线动态调整

电力系统在线安全稳定控制决策优化需要综合考虑电网实时运行工况、外部环境及其对电网影响情况和各类安全稳定控制的特点,需采用有效的算法对可用的安全稳定控制措施集进行动态调整,以保证辅助决策结果的可行性与经济性。提出一种根据电网运行的外部环境变化动态调整安全稳定候选控制措施集的方法。该方法根据电网的实时运行工况、灾害引发输电线路故障概率等信息,在线动态识别受外部环境影响的厂站、设备(含负荷母线)及受影响程度,再根据设备受影响的情况自动修正相应控制措施的调节范围和调节代价,从而使得预防控制结果适应外部环境的变化,并以实际电网算例验证了方法的有效性。     

直流逆变站动态无功源的电压稳定控制优化

直流逆变站电压系统不稳定会导致整个电力系统丧失稳定性,造成的经济损失和社会影响极大。目前使用的直流逆变站动态电压稳定系统对电压崩溃导致电压不稳和功角失恒导致电压不稳的情况不能及时计算出结果,导致电压调节稳定时间较长。提出一种直流逆变站动态无功源的电压稳定控制方法,通过建立动态负荷模型,对直流逆变站输电和配电系统的动态电压控制,及时发现电压无功源振荡阻尼,进行动态模型参数修正暂态稳定控制和电压闪变控制。降低了系统对电压稳定调节时间。仿真实验表明,动态无功源电压稳定控制方法缩短了直流逆变站电压动态调节缩短了时间,改善了动态调节过程,系统震荡得到有效控制,负荷电压稳定,符合应用要求。     

计及UPFC的含新能源电网静态电压稳定性分析

随着大规模高比例新能源的接入,新型电力系统的安全运行面临静态电压稳定性的问题。文章提出使用统一潮流控制器（Unified Power Flow Controller, UPFC）提升新能源电网静态电压稳定性的方案,从系统静态电压稳定性方面评估UPFC发挥的控制效能。首先详细分析了UPFC的结构及工作原理,并基于UPFC的等效功率注入模型得到电力系统潮流计算方程;其次基于潮流计算方程提出反映系统静态电压稳定的效能评估指标,计算分析接入不同容量新能源对系统静态电压的影响以及UPFC对系统薄弱节点静态电压的提升;最后通过仿真验证,安装UPFC后能明显地改善新能源电网薄弱节点的电压稳定问题。文中所提出的方法方便快捷,具有一定的实际应用价值。     

大型风电场并网运行系统暂态稳定性分析

采用时域仿真方法研究了大型风电场接入电网后的电力系统暂态稳定问题,建立了风力机传动部分两质量块的风力发电机数学模型,用PSAT软件对大容量风电场接入的电力系统进行电网侧故障的暂态仿真,以lEEE 39节点算例进行分析.仿真结果表明,风电场并网后系统的暂态稳定性降低,通过加入TCSC改善了系统的暂态稳定性.     

220kV电网解环方式对稳控系统的影响及分析

为设计出适用于合解环运行方式灵活、网架结构薄弱的220kV区域电网的安全稳定控制系统,以贵州省奢香区域电网为例,采用BPA程序建立了交直流系统机电暂态仿真模型,针对2013年丰大、枯大合环、解环多种运行方式进行潮流稳定计算分析。结果表明,合解环运行方式下系统潮流分布、稳定问题和稳控措施差别较大,且不同解环方式的判别方法和切机切负荷对象也不同。为准确判断系统运行方式、实施正确的稳控措施,稳控系统宜采用集中式配置方案。     

An input‐output linearization–based control strategy for wind energy conversion system to enhance stability

This paper proposes a novel control strategy for doubly fed induction generator (DFIG)‐based wind energy conversion system to investigate the potential of enhancing the stability of wind energy transmission system, a synchronous generator weakly integrated to a power system with a DFIG‐based wind farm. The proposed approach uses state feedback to exactly linearize the nonlinear wind energy transmission system from control actions (active power and reactive power control order of DFIG) to selected outputs (power angle and voltage behind transient resistance of synchronous generator) at first. Then, on account of the linearized subsystem, the stability enhancement controller is designed based on linear quadratic regulator algorithm to contribute adequate damping characteristics to oscillations of the synchronous generator system under various operation points. The proposed control strategy successfully deals with the nonlinear behaviors exist from the inputs to outputs and improve the robustness with respect to the variation of system operation points. Furthermore, not only the rotor angle stability but also the voltage stability is enhanced by using the proposed control strategy. The simulation results carried on the studied system verify the effectiveness of the proposed control strategy of wind energy conversion system for system stability enhancement and the robustness against various system operation points.     

电力系统预想事故筛选的一种快速数值积分算法

提出了一种基于Duhamel积分的电力系统暂态稳定数值积分算法,这种算法将描述电力系统暂态过程的非线性微分方程组,表示为线性部分和非线性部分。通过合理地选取线性部分的系统矩阵,并用一个线性可积函数去逼近非线性部分,得到了一种二阶显式单步的暂态稳定数值积分算法。该算法的局部截断误差与改进欧拉法和隐式梯形积分相当,而计算量只有改进欧拉法的二分之一、不到隐式梯形积分的三分之一。新英格兰10机39节点系统和IEEE 145节点系统测试结果表明,该算法可应用于大规模电力系统的预想事故筛选。     

考虑暂态电压稳定性的电力系统多目标无功备用优化

鉴于目前电力系统无功备用优化方法较少涉及暂态电压稳定性,提出一种同时提高电力系统静态/暂态电压稳定性的无功备用优化模型,该模型首先基于数据密度提出一种无功电压控制分区方法,分别在静态/暂态电压的薄弱区域内定义静态/暂态无功备用,然后结合所建立的两个目标建立多目标无功备用优化模型,最后提出一种基于多阶段的多目标优化求解方法。通过求解所建模型,获得能够同时提升系统静态/暂态电压稳定性的无功备用配置方案。对IEEE 39节点系统的仿真分析证明了所提方法的有效性。     

电站甩负荷情况下动力系统的协调控制策略研究

针对电站甩负荷时,主蒸汽压力易产生超压,且传统PID控制器无法快速有效地控制主蒸汽压力的问题,设计了燃烧系统和主机回汽协调控制策略以及小脑神经网络(Cerebellar Model Articulation Controller,CMAC)与PID并行的控制器,并在Simulink平台上进行了电站甩30%和100%负荷时系统动态特性仿真。结果表明:所设计的控制策略和控制器能够使主蒸汽压力控制系统较快地对电站的大负荷扰动作出响应,取得较好的控制效果,保障动力系统的稳定。     

基于逆系统内模算法的交流励磁发电机

在建立交流励磁发电机空间状态方程的基础上,运用逆系统方法将交流励磁发电机精确线性化成有功功率和无功功率两个一阶线性子系统,并运用内模控制算法对其进行优化以提高系统的稳定性。提出了交流励磁发电机的基于逆系统内模控制策略,并进行了仿真实验。仿真结果表明,该方法能够实现对发电输出功率的解耦控制,并具有更高的控制精确度和稳定性。     

基于反馈线性化的非线性鲁棒协调励磁控制

提出了结合直接反馈线性化(DFL)和非线性鲁棒控制理论的协调励磁控制器设计方法。DFL从系统的输出方程出发,直接指定含输入量的方程为虚拟控制量,实现系统的线性化。非线性鲁棒协调控制在考虑了系统存在非线性、模型误差、不确定干扰等特点的同时,还考虑了由于负载或调速变化等因素影响时出现的发电机端电压偏移的问题,在以功角为控制目标的控制律中引入了发电机端电压反馈,从而解决了端电压可能存在的偏移问题。仿真分析显示,该控制律既能很好地提高发电机端电压控制精度,又能有效地提高发电机组的运行稳定性,并能对干扰进行有效地抑制。     

A decentralized adaptive controller for multimachine power systems

This paper presents a new adaptive controller via multilevel technique. The control strategy is based on decomposing control signals into two components: the first one balances the effect of interconnections between the subsystems, while the second one is a local adaptive controller based on hyperstability theory for the decentralized subsystems. The changeable gains generated by a non‐linear time‐varying function act as the adaptive mechanism. Compared with MRAC or STAC the proposed control avoids the difficulty in choosing an appropriate reference model and the burden of implementing an online parameter estimator. The local control is constructed so that the closed‐loop system is hyperstable guaranteeing the dynamic stability improvement of each subsystem in the multimachine power system. A guarantee of stability of the overall system is also given. Simulation results of a numerical example of a multimachine power system reveal that the low frequency oscillations can completely be eliminated using the proposed control scheme. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

考虑跨区多能源协调的交直流输电系统稳定性控制模型

我国已建成世界上规模最大、电压等级最高的交直流混联电网,如何有效保障交直流混联系统安稳运行是重大而紧迫的国家需求。文章针对含大规模风电的交直流混联系统稳定性问题,将动态逆方法作为鲁棒控制的内环,将储电、储热装置作为多能源进行协调,对模型不确定性进行外环鲁棒控制补偿。在H∞控制基础上进行了含风电的交直流混联弱送端系统μ综合的分析与设计,建立了考虑跨区多能源协调的交直流输电系统稳定性控制模型。仿真结果表明,文章所提模型保证了动态逆方法的鲁棒性,提高了交直流输电系统的控制性能。