基于部分惯量中心等值的多机系统特征根计算

根据不同频率振荡模式的正交性质,针对每一振荡模式将系统机组分成两群,利用部分惯量中心(PCOI)将两 个机群分别等值成两台发电机,在等值两机系统上进行特征根的计算。给出了10机新英格兰系统的计算结 果,证明了该方法的有效性。最后分析了误差原因,并提出了进一步提高计算精度的一些方法。     

导致振荡中心迁移的基本因素及其敏感性分析

研究发现了振荡中心处电压和电流瞬时频率之和等于两侧等值电势频率之和的规律。提出导致振荡中心迁移的3个基本因素:主导振荡模式更迭、等值电势不等和系统阻抗比例变化。理论证明了失步断面线路开断或串补旁路导致的失步断面等值阻抗增大,不会导致振荡中心迁移出失步断面。基于"两华"电网不同失稳模式的等值阻抗特性,分析了不同扰动导致振荡中心迁移的途径及其敏感性。由于切机等措施引起的振荡中心某一侧等值电势阻抗变大,将导致振荡中心向该侧迁移,存在迁移出初始失步断面的风险。振荡中心一侧的机组不同调可引起等值电势比大幅变化,导致振荡中心迁移初始出失步断面,如不快速采取控制措施,可演化为多群振荡,出现主导失稳模式更迭,进而导致振荡中心大范围迁移,对系统影响较大,需重点防控。     

华北-华中-华东特高压联网大区模式下低频振荡模式的频率特性

以"三华"联网工程为背景,研究了"三华"互联电网低频振荡模式的频率特性。首先以实际网络特性为基础,建立了"三华"联网等值系统模型,并使用实际电网试验数据验证了等值系统的有效性和精度。基于"三华"联网等值系统,使用理论分析与数值仿真相结合的方法研究了"三华"电网主导振荡模式的频率特性及影响因素。研究结果表明:系统规模及联网区域的不断发展是导致主导模式振荡频率下降的根本原因。励磁绕组、发电机励磁系统、电力系统稳定器是使主导模式振荡频率进一步下降的重要因素。     

基于电气距离的低频振荡关联区域和模式类型识别

对于低频振荡在线分析得到的若干个振荡模式,调度运行人员需要掌握典型振荡模式的阻尼水平,在紧急状态下根据振荡模式的类型和关联区域采取控制策略。提出了一种基于电网运行分区间电气距离的关联区域和模式类型识别方法,自动识别参与振荡两群机组的关联区域,区分局部振荡模式和区域间振荡模式。通过拓扑分析确定电网的运行分区,选取电压等级最高的母线作为每个运行分区的代表母线。将振荡模式两群关联机组所属的运行分区作为各群的关联运行分区,通过多端口网络等值计算各运行分区代表母线间的电气距离。将同一群中电气距离较近的运行分区进行聚合得到振荡模式两群的关联区域,根据两群关联区域间的电气距离区分局部振荡模式和区域间振荡模式。通过对实际电网在线数据的案例分析验证了该方法的有效性。     

采用广域测量信息反馈的广域PSS参数设计

根据互联电网区间振荡的特点,可将参与振荡的机群按各自的"部分惯性中心"等值为两机系统.文中首先推导了等值两机系统的电磁转矩务数,为区间振荡模式的电磁转矩分析奠定了理论依据.在此基础上提出了双通道反馈结构的广域电力系统稳定器(PSS),并采用建立在同步转矩及阻尼转矩概念上的扩展相位补偿法,进一步推导了反映广域反馈信号与本地反馈信号之间关系的传递函数,然后进行相量坐标映射变换,最后系统研究了广域PSS的参数设计.仿真结果表明:它能有效抑制系统的区间低频振荡,提高系统的小信号稳定极限,与其他稳定器设计方法相比,能够进一步改善系统阻尼特性.     

电力系统主导振荡断面的快速判断

依据扩展等面积准则(EEAC)的分群理论,在发电机采用经典模型、群内机组同调的条件下,推导出电力系统主导振荡模式的估算公式.据此分析了影响振荡频率的主要因素为联络线电抗以及区域等值惯量,并得出系统易发生振荡的主导断面应位于两侧区域惯量最接近的系统联络线上.以10机39节点新英格兰系统为例,将系统主导模式的解析估算频率及分群结果与特征根结果相比较,验证了前者的正确性.进一步以我国实际互联大系统为例,在系统的不同地点设置扰动,用傅里叶方法提取受扰轨线的振荡模式,并将该结果与估算结果相对照,表明根据解析估算结果计算系统的主导振荡频率、判断主导振荡断面的方法可行且简单快速.     

H_∞控制理论在次同步阻尼控制器设计中的应用

电力系统次同步振荡阻尼控制器设计中,系统等值简化的准确度和控制器的鲁棒性对控制器的效果影响很大。通过对输出信号动态时域数据Prony辨识求得2008年南方电网贵广Ⅱ直流系统的等值降阶线性模型,利用基于时域仿真的复数力矩系数分析出该系统在弱连接和孤岛两种运行方式下易发生次同步振荡的模式,并针对监测出的振荡模式,采用H∞最优控制理论设计出抑制次同步振荡的附加直流阻尼控制器,最后电磁暂态时域仿真结果验证了该控制器抑制次同步振荡模式的效果明显,并具有一定的鲁棒性。     

并联感应电动机聚合负荷引起含双馈风电场电力系统振荡研究

围绕并联感应电动机聚合负荷,研究了该负荷自身的稳定性特征及其与双馈感应风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)间交互作用对电力系统稳定性的影响。首先,建立了聚合负荷线性化状态空间模型;理论研究表明,当聚合负荷内部n台感应电动机同型时,聚合负荷可等值变换为n个独立的等值子系统,其中1个等值子系统的感应电动机振荡模式(induction motor oscillation mode,IMOM)将随着电动机数量n的增加在复平面上不断移动,甚至可能穿越虚轴进入右半平面;并提出一种预估该移动的振荡模式负阻尼时对应的电动机数量的方法。其次,构建了由聚合负荷开环子系统和电力系统其余部分开环子系统构成的闭环互联系统模型,并从开环模式耦合的角度阐述了聚合负荷与双馈风机间交互作用导致电力系统振荡的机理:当开环感应电动机振荡模式与开环风机振荡模式在复平面上靠近时,可能出现的开环模式耦合将引发2个子系统间的强交互作用,并导致闭环系统振荡模式阻尼减弱。最后,通过新英格兰系统对理论分析及结论进行了验证。     

大规模光伏电站并网的振荡模式分析

随着光伏电站容量的不断增大,其对于电网稳定性的影响也日趋明显。建立了大规模光伏电站并网系统的等值模型,采用特征值法和时域仿真验证其准确性。基于等值模型采用特征值法分析了大规模光伏电站的振荡模式,并研究了光伏逆变器的控制器参数、光伏阵列结构以及交流系统强弱对振荡模式的影响。仿真结果表明:光伏并网系统中主要包含正阻尼的次同步振荡模式和低频振荡模式,其中次同步振荡模式主要受q轴电流PI参数的影响,低频振荡模式主要受外环电压和d轴电流PI参数的影响;光伏阵列结构的变化对系统振荡模式有影响,会使系统中与直流电压相关的模式由非振荡状态变为振荡状态;交流系统变弱会导致振荡模态阻尼减弱,威胁系统的安全稳定运行。时域仿真验证了特征值分析的正确性。     

阻抗不均导致振荡中心迁移的规律

基于计及阻抗不均的等值两机系统模型,采用向量图和数值计算相结合方法研究了线路阻抗不均导致振荡中心偏移的规律。定义两机系统总阻抗模值的中点为系统中心。在系统功角由0?360?摆周期中,系统阻抗角不等可导致振荡中心动态迁移:当系统中心落在联络线上时,振荡中心仅在联络线内部动态迁移。当系统中心落在联络线任侧系统等值阻抗上时,存在两种迁移规律,是仅在联络上动态迁移,二是振荡中心在联络线和系统中心所在的联络线侧等值阻抗上动态迁移。系统失步中心位置(振荡周期内电压过零点)不受阻抗不均的影响,不影响失步中心位置的定位,但失步中心并非只在系统功角摆至180?时出现。     

Two reduced-order methods for studies of power system dynamics

The authors present two reduced-order methods, namely second-order aggregation and external system partition, for the analysis of power system dynamics. These methods are developed by the combination of the machine mode associate property with the aggregated model of multimachine systems. An 18-machine and a 9-machine power system are employed to numerically verify the basic concept and the methods. The verification results show that the first method is suited for the computation of all swing modes, while the second method is suited for computing the modes associated with a selected machine group     

应用神经网络决定多机系统快速汽门控制规律

提出了一种应用单隐层前向神经网络决定多机电力系统暂态稳定快速汽门 控制规律的方法。神经网络采用故障前各发电厂单台机组的有功功率和开机 台数等稳态量以及故障位置和类型等当地暂态信息作为输入，其输出为不控情 况下故障后某一适当时段内发电机转子间的最大相对摇摆角以及汽门关闭持续时 间的上、下限，前者用来与某一给定临界值进行比较以决定是否需要控制，后 者则用于确定合适的关闭持续时间。为了说明这种神经网络结构的合理性，文 中定性地证明了其输出与输入之间近似呈连续映射关系，并给出了一个6机2 2节点试例系统的结果。     

Coherency identification by the method of weak coupling

A computationally efficient method for identifying groups of slowly coherent machines in an interconnected power system is presented. The method is based on the concept of weak coupling and uses a linearized representation of the total system. An algorithm is developed that rearranges the synchronous machines of the power system in order of their relative coupling. The machines are grouped into slowly coherent areas corresponding to the point of least coupling using a ‘coupling graph’. The method is illustrated by a case study on an 18-machine system. The results are validated by comparison with swing curves obtained from a transient stability simulation of the total system. It is shown that the proposed method identifies coherent groups that are independent of fault location.     

基于等值二机模型的多机PSS极点配置

利用部分惯量中心(PCOI)等值,在频域中将多机系统等值成二机系统,在等值二机系统上运用极点配置法,得出了关于PSS放大倍数和时间常数的解析方程组,方程组求解采用Newton-Raphson迭代法。这种方法得出的PSS参数同时考虑了多机因素的影响和多模之间的协调,能够给出较为满意的多机PSS参数协调结果,一个4机系统的算例证明了所提方法的有效性。     

基于功率灵敏度的动态等值模型可信度量化评估方法

为准确判断电力系统动态等值模型的有效性,提出了基于功率灵敏度的等值模型可信度量化评估方法。介绍了功率灵敏度的基本概念,推导了计及感应电动机负荷的系统功率灵敏度矩阵,指出电力系统动态响应本质上取决于动态元件相互之间传输功率的灵敏度。根据等值系统的特点,分析了等值前后功率灵敏度矩阵之间的关系,给出了研究系统内部及研究系统与外部系统之间的功率灵敏度误差,定义了等值模型可信度。以IEEE 10机39节点系统为例,分别计算了不同等值模型的可信度。仿真结果表明,该指标准确并量化地反映了动态等值模型的有效性,对于不同等值模型具有良好的辨别能力,且计算量小,可有效应用于等值模型校验。     

Best location of SVC to improve first swing stability limit of a power system

While the primary purpose of a static var compensator (SVC) is to regulate bus voltage, it can also improve stability and damping of a power system if located appropriately. This paper proposes a method of determining the location index of a SVC in a multi-machine system to improve the first swing stability limit of the system. Based on the concept of transient energy function method, the location index of a SVC is considered to be the additional critical energy supported by the SVC and is computed through controlling unstable equilibrium point and potential energy boundary surface methods. In computing the critical energy, the SVC is represented by its susceptance at the verge of stability and which can be justified by carefully observing a recent control strategy of SVC used to improve the first swing stability limit of a power system. The effectiveness of the proposed location index of SVC is then tested on the 10-machine New England system and the 20-machine IEEE test system. Results obtained by the proposed method are then verified by comparing the critical clearing time obtained through time domain simulations of system dynamic equations.     

基于惯量中心动态信号的交直流互联系统稳定控制

针对交直流互联电力系统的稳定控制问题,提出了基于系统惯量中心(center of inertia,COI)动态信号的发电机励磁和直流功率调制综合控制方案。该方案中各发电机功角和频率动态跟踪由广域测量系统提供的系统COI动态功角和频率轨迹。直流输电线路功率调制的目标是阻尼区域COI功角和频率间的相互振荡。考虑到模型误差和外部干扰因素,采用反步法设计了非线性鲁棒控制器。对某4机2区域系统进行仿真实验,结果表明该控制方案和控制器突破了系统只能稳定于工频下的局限,增大了系统的稳定域,显著改善了系统的功角稳定性。     

大扰动下机电耦合引起扭转模式不稳定的机理

介绍了用于研究机电耦合问题的轴系模型,分析了大扰动下扭振问题的研究方法.以A省B发电厂发电机轴系断裂事故为例,先采用同调等值法将A省电网等值为六机系统,并用仿真软件EMTDC(Electro-Magnetic Transient including DC)建立了机电耦合的等值系统模型.还通过旋转相量法分析了事故过程,得出了机电耦合引发振荡导致扭转模式不稳定的机理.仿真结果验证了该事故机理的正确性.     

互联电力系统中PSS的全局协调优化

分析了互联电力系统中常规分散、局部设计的PSS之间可能存在的不良相互作用,指出了对相关机组的PSS进行全局协调优化的必要性,并提出了一种多机互联系统中常规 PSS的全局协调优化方法。该方法使用在NETOMAC程序中实现的非线性优化算法,其主要目标是同时优化具有因定参数的PSS的预选参数,以处理电力系统复杂的非线性特性,通过最小化包含相关发电机转子振荡模式和区域间振荡特性的非显式目标函数,使互联电力系统在暂态条件下功率振荡的阻尼特性得到全面改善,因而该方法对大规模电力系统中控制器的全局协调具有独特的优势。4机测试系统和欧洲电网的仿真结果证明了文中所提方法的有效性和鲁棒性。     

Using Decoupled Characteristic in the Synthesis of Stabilizers in Multimachine Systems

A decoupled characteristic between the damping of a specific swing mode and the stabilizer gain of the corresponding machine in multimachine power systems is identified. Using this decoupled characteristic a power system stabilizer (PSS) synthesis approach which is based on the phase compensation concept is verified on a 9-machine system and the dynamic performance of this system is significantly improved. This method is proved to be effective, simple and it can provide useful guidances for the PSS field tuning.