基于混合单调系统理论的电压动态响应分析

电力系统电压控制存在典型的负反馈环节,使得系统雅可比矩阵呈现符号特征.这类结构特征与系统特性会对电压动态的鲁棒行为产生影响,决定了电压动态的响应规律,值得深入分析.针对计及励磁系统的电压动态响应机理开展研究,根据电压模型雅可比矩阵的符号特征,采用混合单调动态系统理论来分析电压响应规律,指出网络连接模式与同步机电压调节机制是电网具有较好电压稳定性的内在原因,并明确调节器比例系数与时间常数对电压稳定性的影响.首先,文中梳理了数学模型中的单调动态系统部分与负反馈环节,明确方程结构特征与雅可比矩阵符号特征.然后,应用混合单调系统理论在反馈通道上交换信息,快速构造增广单调系统,开展电压响应的双边估计.最后,结合增广系统解轨迹有界的充分条件,得到一种稳定域估计结果,可用于判断大干扰后的电压响应是否有界,有助于理解电压动态的鲁棒行为.     

基于特征结构法的交直流系统电压稳定性分析方法

提出了基于特征结构的交直流电力系统电压稳定性分析方法。将特征结构分析法应用于交直流系统的电压稳定性分析,以特征值分解技术为基础,对传统的雅可比矩阵进行降阶处理,利用该矩阵中的元素和直流系统各种参数的关系,求取出交直流系统雅可比矩阵的最小模特征值及其对应的左、右特征向量。通过比较不同负荷水平下的最小模特征值,得到整个交直流系统的电压稳定边界值。通过求出各母线的参与因子来判别系统中最易导致电压失稳的区域。对IEEE-14节点系统运用此方法进行了电压稳定性分析,证明了该方法对于评估交直流系统电压稳定性问题的有效性和正确性。     

直接电压控制构网型变流器控制参数暂态稳定影响分析

目前针对直接电压控制构网型变流器暂态失稳模式的演化和控制参数对暂态稳定的影响机理尚需进一步深入研究。首先,分析了两种常见电流限幅策略对变流器暂态稳定性的影响,归纳总结出3种暂态失稳演化路径。其次,通过极限切除时间、极限切除角揭示了变流器有功环节不同参数对暂态稳定的影响规律,并针对直接电压控制构网型变流器的内电势和并网点电压之间的非线性关系,使用变流器临界势能为指标,揭示了变流器无功环节不同参数对稳定性的影响规律。在此基础上,解释了不同控制环节参数对变流器暂态稳定性的影响出现反常规律的机理。最后,在PSCAD仿真平台上通过算例验证了理论分析的正确性。     

增强变流器对电网阻抗适应性的陷波前馈控制

由于电网电压前馈可减小启动电流对并网变流器的冲击,因此被广泛应用在并网变流器控制中。然而,在弱电网条件下电网电压前馈会导致系统稳定性下降,甚至出现不稳定。首先建立了弱电网条件下并网变流器的数学模型,并基于根轨迹和最小增益定理对弱电网条件下采用传统电网电压完全前馈时系统的鲁棒稳定性进行了分析。针对采用传统完全电网电压前馈时系统鲁棒稳定性较低的问题,提出了基于陷波器的改进前馈控制策略。通过引入陷波器对系统开环穿越频率附近的前馈电压进行幅值衰减,实现增益稳定,从而提高并网逆变器对电网阻抗的鲁棒稳定性。最后,搭建了并网变流器实验样机,实验结果证明了理论分析的正确性和所提控制策略的有效性。     

用奇异值分解法对二级电压控制效果的分析

选取系统潮流雅可比矩阵的最小奇异值作为电力系统稳定裕度的相对量度,利用奇异值分解 法分析与评价二级电压控制对电力系统稳定性的影响。对两机系统在负荷微增、接 地短路故障以及重负荷微小扰动下分别进行了时域仿真,结果表明,二级电压控制通过重新 配置区域无功,使系统结构得到一定改善,增大了潮流雅可比矩阵的最小奇异值,也即增加 了系统的稳定裕度,从而提高了系统的稳定性。因此,二级电压控制是延缓电力系统电压崩 溃的有效手段。     

低惯量交流系统并网变流器次/超同步振荡分析

低惯量电力系统中跟网型变流器可能会与同步机转子动态产生交互,给系统稳定性分析引入新的问题,仅靠跟网型设备动态和短路比衡量交流系统强度不再准确。为此,该文综合分析系统惯量和短路比对跟网型变流器小干扰同步稳定的影响,提出适用于分析低惯量系统中并网变流器稳定性的方法,所提方法计算量低、物理意义明确。首先,推导变流器和同步机混联系统的闭环模型,并提取出能表征低惯量动态的相互作用系数矩阵,定性分析两类设备间的交互关系。其次,基于模态摄动理论,将原多机系统解耦为稳定性等效的子系统。然后,选取适用于分析小干扰同步稳定问题的相位主导回路,根据该回路提出综合考虑惯量和短路比的稳定性分析方法。最后,基于仿真算例验证了所提低惯量系统中并网变流器小干扰同步稳定性分析方法的有效性。     

单电压环构网型并网逆变器暂态稳定性分析

随着电力电子化电力系统的快速发展,构网型并网逆变器作为新型电源得到了广泛关注,其中单电压环构网型并网逆变器因具有更强的小信号稳定性而在新能源并网中具有独特优势。同时,构网型并网逆变器在大扰动下呈现与同步电机不同的暂态响应,容易产生暂态失稳。针对这一问题,以单电压环构网型并网逆变器大扰动模型为基础,采用相平面图的方法分析了大扰动下功率控制环、电压控制环对逆变器的暂态作用,给出了关键控制器参数对暂态稳定性的影响,刻画了功角的暂态响应特性。同时,揭示了有功控制环、无功控制环和单电压环在暂态期间会改变功角超调量、逆变器输出电压幅值和变化率,进而影响并网逆变器的暂态稳定性。基于上述分析,给出了减小有功和无功下垂系数,增大电压积分系数和低通滤波器截止角频率的控制参数优化方法,可增强单电压环构网型并网逆变器暂态稳定性。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证了分析的准确性与可行性。     

构网型储能变流器并网系统SISO环路增益建模与重塑控制

储能变流器是连接储能介质与电网的核心装备,当变流器控制参数与电网阻抗不匹配时,易出现失稳现象。为了分析构网型（GFM）储能变流器的并网稳定性,本文提出一种功率同步环主导的单输入单输出（SISO）环路增益模型,结合频域控制理论中的幅值、相位裕度实现对GFM储能变流器并网系统小干扰稳定裕度的量化分析,结果表明GFM储能变流器在弱电网下具有良好的稳定性,但是在强电网下系统稳定裕度不足;因此,提出一种基于虚拟阻抗的GFM储能变流器并网系统环路增益重塑控制策略,并研究虚拟电阻、虚拟电感对系统抗噪声干扰、稳态运行点及稳定性的综合影响规律,给出参数的整定建议。最后,通过Matlab/Simulink仿真模型证明了理论分析的正确性和有效性。     

特征结构分析法对风电系统静态电压稳定的研究

以特征结构分析法为理论基础,对包含风电场(基于恒速恒频机组构成)的电力系统的静态电压稳定问题进行研究.通过对相关比、参与因子和潮流雅可比矩阵、收缩有功和无功雅可比矩阵最小模特征值的分析,揭示电压和角度不稳定的机理和失稳模态,并提供相关节点的参与程度和系统的稳定裕度信息.仿真结果表明:基于恒速恒频机组构成的风电场及其附近节点具有较强的无功-电压参与程度,是系统电压失稳的关键区域.在IEEE10机39节点电力系统中加入基于恒速恒频机组的风电场并网的简化模型进行仿真研究,采用连续潮流算法对系统平衡解流形进行追踪,对鞍结分岔点的计算采用分岔理论中的直接算法,工具软件采用MATLAB7.04.     

特征结构分析法对风电系统静态电压稳定的研究

以特征结构分析法为理论基础,对包含风电场（基于恒速恒频机组构成）的电力系统的静态电压稳定问题进行研究。通过对相关比、参与因子和潮流雅可比矩阵、收缩有功和无功雅可比矩阵最小模特征值的分析．揭示电压和角度不稳定的机理和失稳模态,并提供相关节点的参与程度和系统的稳定裕度信息。仿真结果表明：基于恒速恒频机组构成的风电场及其附近节点具有较强的无功-电压参与程度．是系统电压失稳的关键区域。在IEEE10机39节点电力系统中加入基于恒速恒频机组的风电场并网的简化模型进行仿真研究,采用连续潮流算法对系统平衡解流形进行追踪,对鞍结分岔点的计算采用分岔理论中的直接算法。工具软件采用MATLAB7．04．     

含风电系统中计及静态电压稳定影响的储能系统配置方案

随着电力系统中风电渗透率逐渐增加,大规模并网时有可能引起电网电能质量变差、电力系统失稳,甚至电压崩溃。文章提出了一种在含风电系统中计及静态电压稳定影响的储能系统配置方案,对潮流雅可比矩阵进行奇异分解,计算全天运行状态下基于最大、最小奇异值的条件数指标,以条件数最大时段数据为基础,利用弱节点判据和发电机参与因子确定系统的关键节点和关键风机,对储能系统配置位置进行选址。建立计及条件数指标约束的总有功功率网损最小的目标函数,对比分析在4种不同情形下储能系统的配置容量,并采用引入收敛因子的粒子群算法求解。最后,以IEEE 39节点系统进行验证,结果表明,在关键节点处配置储能系统所需容量最少,对静态电压稳定控制最有效。     

基于双馈风电机组控制参数优化的电网功角振荡控制

随着大量风电并网，双馈感应发电机（DFIG）与同步发电机（SG）间的动态交互，将加剧SG功角振荡。基于特征值分析的控制参数优化，未考虑非线性元件和大扰动场景。该文从抑制功角振荡出发，以SG转速为DFIG电力系统稳定器（PSS）输入信号，建立风电并网电力系统动态模型。在微分方程中引入中间变量，以解耦状态变量轨迹灵敏度。区分状态变量与代数变量对应的雅可比矩阵，推导DFIG并网电力系统轨迹灵敏度的解析表达。设定目标函数为SG功角偏差相对值二次方对时间积分，按时间顺序累加功角对控制参数的轨迹灵敏度，得到目标函数对控制参数的梯度信息。考虑DFIG-PSS可能弱化转子侧变流器（RSC）控制效果，提出基于轨迹灵敏度的RSC和DFIG-PSS参数协调优化方法。给出4机2区域系统仿真结果，验证了所提方法对DFIG并网系统功角振荡的阻尼效果。     

基于可信性理论的含风电电力系统电压稳定概率评估

由于风速变化对大规模风电并网后的电力系统电压稳定造成影响,提出了对风速进行模糊模拟的可信性静态电压稳定分析方法。该方法不仅能够计算出含有不确定因素时系统降阶雅可比矩阵对角元素的期望值和均方差,而且建立了基于可信性意义下的静态电压稳定指标。该方法避免了不确定参数分布函数类型的假设和参数统计对分析结果的影响,仅需根据不确定参数的实际变化范围和描述不确定参数的隶属度函数类型确定计算结果。最后,与采用两点估计法和蒙特卡洛仿真法后的计算结果进行对比,证明了所提方法在计算精度和计算量方面的优越性。     

考虑元件动态特性的静态电压稳定性初步研究

综述了静态电压稳定性常见的计算方法，简要阐明了潮流雅可比矩阵与静态电压稳定性间的关系，认为计算静态电压稳定性考虑动态元件特性，用代数－微分方程描述，通过广义雅可比矩阵求取PV曲线，指出今后电力系统运行中压稳定性分析的重要意义。     

统一潮流控制器( UPFC)在电压稳定性中的应用

采用雅可比矩阵的灵敏度指标探讨统一潮流控制器( UPFC)对电力系统电压稳定的影响,分析装设统一潮流控制器(UPFC)前后整个系统(包括UPFC安装点)的电压稳定性能,并通过系统仿真,表明UPFC能有效地提高系统的电压稳定性.     

静态电压稳定性分析模型的理论基础

严格证明了静态和小扰动电压稳定极限只决定于系统组成元件的稳态特性,与系统的暂态无关。在考虑实际动态过程中各种元件稳态特性的变化相应修正常规潮流雅可比矩阵后,求得的静态电压稳定极限和小扰动动态分析得到的电压稳定极限完全相同;从而说明可以利用计算量小的静态电压稳定分析方法研究大规模电力系统的电压主稳定性。最后以ＳＶＣ为例说明了建立考虑系统动态元件特性的静态电压稳定分析模型的方法。     

特约主编寄语

<正>随着风电、光伏、柔直、储能等电力装备的广泛应用,新型电力系统呈现源网荷储电力电子化发展态势,系统动力学特性及暂态稳定物理机理发生了根本变化。新型电力系统要求并网变流器逐步承担起同步发电机的任务,应从“被动适应”转变到“主动支撑和自主运行”,从而进一步保障电力系统的频率稳定性、电压稳定性和同步稳定性。电力电子化新型电力系统主动支撑技术已成为国内外学者关注的热点问题。     

基于RTDS的DFIG系统并网控制策略研究

风力发电机控制系统空载并网控制策略直接关系到发电机并网瞬间对大电网稳定的影响,通过对双馈型异步发电机空载并网情况下网侧变流器和转子侧变流器控制策略进行了研究,分别采用定子磁链定向和定子电压定向控制策略实现了空载并网和网侧变流器控制,将发电机参数的有功分量和无功分量进行了解耦控制,同时保证功率因数的恒定.在实时数字仿真平台中搭建了双馈型风力发电系统的空载并网模型,仿真结果验证了所提出控制策略的正确性.     

面向综合能源系统的静态电压稳定性分析

针对多能耦合情况下的电力系统静态电压稳定性问题,提出面向电–气–热综合能源系统的静态电压稳定性分析方法。首先对综合能源系统中各个能源载体及其耦合设备进行稳态建模并求解,得到多能流收敛的统一雅可比矩阵J后,进一步推导出用于综合能源系统静态电压稳定性分析的降维矩阵Jr、JR。其中Jr考虑了多能流状态变量对无功功率的影响,物理意义明确且计算简便;JR进一步考虑了多能流控制变量对电网电压的影响,具备更低的保守性,但计算相对复杂。在此基础上,该文讨论了统一雅可比矩阵J和降维矩阵Jr、JR基于奇异值分解的静态电压稳定性指标,探究能源载体负荷波动对综合能源系统及电网电压稳定性指标的影响。经算例验证,所求指标包含了重要的关于综合能源系统中电网电压稳定性的裕度信息,且降维矩阵可以更好地描述综合能源系统中的静态电压稳定性问题。     

构网型控制改善跟网型变流器次/超同步振荡稳定性的机理和特性分析

构网型(grid-forming,GFM)并网变流器具有良好的弱电网稳定性,同时能够改善跟网型变流器的次/超同步振荡稳定性。为明确GFM控制改善振荡稳定性的机理和特性,首先推导了GFM变流器电路特性与每个控制环节的关系,并分别从变流器自身电路特性、变流器并网系统整体阻抗特性角度揭示了GFM控制改善振荡稳定性的电路机理。然后,基于阻抗模型定量分析了GFM变流器占比提升对系统振荡频率、阻尼的影响。最后,利用电磁暂态仿真进行了验证。结果表明：GFM变流器在无功控制环节、电压外环作用下表现为“正电阻”,能够削弱跟网型变流器控制环节引入的负阻尼特性,进而改善系统次/超同步振荡稳定性;此外,GFM变流器占比提升能够显著改善系统振荡阻尼,但对振荡频率影响较小。