多时间尺度电力系统的模型降价及稳定性分析（二）电力系统的降阶与中长期失稳

从元件的基本方程出发，导出了电力系统的三时间尺度模型，利用慢流形和快流形的概念，研究了电力系统三时间尺度动态模型降价的条件，在感应电动机并联线性阻抗的负荷模型下，证明了在静态稳定和暂态稳定分析中略去发电机定子绕组阻尼磁链和负荷感应电动机转子绕组磁链动态的合理性，证明了在静态稳定分析中固定发电机组原动机力矩的合理性。通过一个利用固定负荷慢动态的降价模型判断暂态稳定性导致误判的实例，说明了在暂态分析中随意地固定负荷慢动态是不可取的，并指出未建模负荷慢动态是造成电力系统发生中长期失稳的原因。     

双时间尺度电力系统动态模型降阶研究(一)——电力系统奇异摄动模型

电力系统是一个时间尺度的大规模非线性系统，其稳定性分析非常复杂，为提高稳定计算的效率，对复杂的电力系统模型进行化简，以实现系统化降阶非常必要。文中以电力系统物理电路为基础，导出了一个计及电磁快动态的电力系统奇异摄动模型。推导中，以感应电动机并联线性阻抗为负荷模型，并考虑了线路充电容与负荷补偿电容，该模型是一个标准的双时间尺度模型，为电力系统的系统化降阶与分析奠定了基础。     

双时间尺度电力系统动态模型降阶研究(一)——电力系统奇异摄动模型

电力系统是一个多时间尺度的大规模非线性系统，其稳定性分析非常复杂。为提高稳定计算的效率，对复杂的电力系统模型进行化简，以实现系统化降阶非常必要。文中以电力系统物理电路为基础，导出了一个计及电磁快动态的电力系统奇异摄动模型。推导中，以感应电动机并联线性阻抗为负荷模型，并考虑了线路充电电容与负荷补偿电容。该模型是一个标准的双时间尺度模型，为电力系统的系统化降阶与分析奠定了基础。     

双时间尺度电力系统动态模型降阶研究(二)——降阶与分析

电力系统是一个多时间尺度的大规模非线性系统，其稳定性分析非常复杂。在实际的电力系统稳定分析中，具有快变特征的电磁变量的动态通常被略去，通过系统降阶使稳定性分析得以简化。然而，一个十分重要的问题是在什么条件下系统的降价不会引起质的错误。同时，降价后的系统代数方程的特征也需要进行充分的研究，以便对降价后的系统模型进行分析。文中以基于物理电路的计及快慢动态的电力系统奇异摄动模型为基础，研究了系统降价的条件，得到了当系统负荷模型为感应电动机和并联线性阻抗时系统降价对系统稳定分析不会引起质的错误的重要结论。另外，文中还证明了在上述负荷模型下，系统降价后的代数方程解流形是正则子流形。     

多时间尺度电力系统的模型降阶及稳定性分析(一)基本理论

在双时间尺度系统中，慢流形的存在性及其基本特征的研究为研究时间尺度分解及系统降阶提供了理论基础，但对于多时间尺度的电力系统模型降阶问题而言，还必须研究快流形的存在性及其基本特征，以给出固定系统慢动态的降价条件。文中研究了慢流形的基本理论及略去快动态的条件，提出了系统快流形这一不变流形的存在性定理，并在系统初值落在快流形的条件下，实现系统的精确降阶，文中所得到的结果不仅为电力系统降阶奠定了理论基础，而且可以对电力系统的短期失稳与中、长期失稳做出合理的解释。     

一种多时间尺度电力系统奇异摄动模型的推导

由于电力系统是一个多时间尺度的高阶非线性系统,其稳定性分析就变得异常复杂。为了提高稳定计算的效率．研究电力系统的多时间尺度动态模型及其降阶是非常必要的,为此,以电力系统物理电路为基础．导出了一个计算快动态和慢动态的电力系统奇异摄动模型。利用系统化的降阶方法,对电力系统模型进行降阶,并通过忽略快动态和固定慢动态,得出一个简化的、符合传统电力系统储备结构的电力系统模型,这对理解系统失稳机制具有重要意义。     

一种多时间尺度降阶原则及其在交直流电力系统中的应用

基于奇异摄动理论及矩阵特征值扰动定理,推导得出多时间尺度系统在小扰动作用下,采用忽略快动态或固定慢动态降阶时,降阶前后系统静态稳定性的一般规律,并给出一种使该稳定性规律成立的奇异摄动参数范围的计算方法,从而提出一种小扰动作用下多时间尺度系统的降阶原则,该降阶原则能保证降阶前后系统的静态稳定性一致。建立交直流电力系统中典型电力电子元件的开关周期平均奇异摄动模型,并运用所提出的降阶原则,对简单交直流电力系统进行降阶研究。降阶前、后系统在小扰动作用下的时域仿真结果证明所提出的降阶原则是有效的,能应用于交直流电力系统静态稳定性分析。     

3种感应电动机综合负荷模型的比较

感应电动机综合负荷模型晃电力系统动态计算和稳定分析等的基础,已提出了多种模型,文中从计算精度、参数获取以及应用场合等角度对３种感应电动机综合负荷模型（即三阶机电暂态模型、一阶机械暂态模型以及一阶电压暂态模型）进行比较,为应用和选择提供了参考依据。     

舰船电力系统暂态稳定性仿真分析

通过分析舰船电力系统暂态稳定性的特点,并结合陆地电力系统暂态稳定性分析的理论,提出了适用于舰船电力系统暂态稳定性分析的发电机六阶数学模型、电动机二阶动态模型和恒功率静态模型相结合的综合负荷模型,以及具体的分析步骤.在舰船电力系统暂态稳定性分析中采用了适用于舰船电力系统暂态稳定的判据,并同时考虑了原动机、调速器和励磁器的...     

配电网中感应电动机动态模型的比较分析

感应电动机是电力系统中最常见也是所占比例最大的一类负荷,建立合理、简化的感应电动机动态负荷模型,准确反映其动态行为对电网的冲击,在电力系统运行和规划中具有重要意义。以经典的感应电动机五阶电磁暂态模型为基础,忽略定子绕组的暂态过程,可以得到三阶机电暂态模型;在三阶机电暂态模型的基础上忽略转子的暂态过程,可以得到一阶机械暂态模型;当不考虑运动方程的暂态时,可以得到另一种一阶模型,即一阶电压暂态模型。在Matlab/Simulink中搭建这四种感应电动机模型,对不同电压扰动下的动态响应进行仿真,并对其响应曲线进行比较分析,得出相关结论。     

用拓扑能量函数法评估多机系统的暂态稳定域

本文论述了基于网络结构保持的拓扑能量函数法评估多机系统暂态稳定域的数学模型与算法。主要论点是发电机用E_q′模型代替经典的E′模型,它对于首次摇摆稳定分析更为实用。同时在系统模型中计入了负载的电压特性,并有效地判定系统的暂态能量,运用位能边界曲面方法决定稳定域。用16机51结点简化的华东系统对上述方法的有效性进行了研究,仿真结果验证了所提论点的正确性。     

风电场接入电网的安全稳定分析

采用电力系统潮流算法,基于风电场出力与母线电压的P-V曲线,实现大容量风电场接入电网后电力系统的静态安全分析方法。建立异步风力发电机组的动态仿真模型,实现含有大容量风电场的电力系统动态稳定分析方法。结合风电场接入系统实例,提出保证电网和风电机组安全稳定运行的风电场运行控制方法。探讨通过控制负荷侧功率因数、采用动态无功补偿装置及进行故障后切除风电机组等措施提高电网动态稳定水平、改善风电场运行条件的有效方法。     

中长期电压稳定时域仿真软件应用评估

大规模电力系统的中长期电压失稳是一个缓慢的过程,其发生和变化与系统中慢速元件的动态行为紧密相关,研究电网中长期电压稳定问题需要选择能够反映其动态过程的仿真软件。选择PSS/E、PSD-FDS、Eurostag、PSASP和DSATools 5种仿真软件,通过仿真实验、程序参数、应用案例的对比分析,在原理算法、计算规模、元件模型、接口界面和实际应用等方面评估了各软件中长期时域仿真的特点、功能和适用范围,结果表明,PSD-FDS拥有更适合中国电力系统的模型库和数据格式,在实际系统中应用也更广泛,较其他软件更适用于中长期电压稳定研究。     

送端感应电动机负荷无功特性对送出极限的影响

通过分析计及转子电磁暂态的三阶感应电动机负荷模型在定子三相接地过程中的响应,指出位于系统送端的感应电动机负荷的无功倒送特性在一定时段内对系统送端电压有一定的支撑作用。分析了电压支撑作用对系统送出极限的影响。将华北电网典型送端张家口地区实测综合负荷模型(以感应电动机为主)应用于沙岭-昌平线极限切除时间的计算,并与采用不同比例ZIP负荷模型的计算结果进行比较,验证了理论分析的结果。说明张家口地区(送端)负荷模型对系统送出极限的灵敏度很高;动态负荷模型具有静态负荷模型难以模拟的特性。强调了在电网稳定计算中采用动态负荷的必要性,从无功角度研究了负荷模型在暂态稳定计算中的应用,提供了新的思路。     

不同风力发电机组同时并网稳定性分析

针对不同类型风电机组并网对电力系统稳定性的影响,提出了一种系统稳定分析方法。以异步风电机组、双馈风电机组和永磁直驱风电机组为例,详细介绍了其动态数学模型。阐述了电力系统稳定性分析的方法,包括基于特征根的小干扰稳定分析和基于动态时域的暂态稳定分析。基于8机24节点系统进行了仿真实验。从特征根分析结果和动态响应曲线可知:异步风电机组并网对系统动态性能的影响较小;而双馈风电机组和永磁直驱风电机组并网对系统动态性能的影响较大,系统趋于不稳定。     

Operating point stability analysis of SMIB power system equipped with high PV penetration

This paper presents the operating point stability analysis of a Single Machine Infinite Bus (SMIB) power system equipped with high Photovoltaic (PV) penetration. The detailed dynamical model of the synchronous generator in dq reference frame is considered including the dynamics of the damper windings and Automatic Voltage Regulator (AVR). A DC–DC buck–boost switch mode converter is placed as an intermediate stage between the PV array and the inverter. The main function of this implementation is to inject the voltage corresponding to the PV generator Maximum Power Point (MPP) by automatic adjusting its duty cycle. The PV array is designed to provide a maximum output power of about 0.78 pu at the full solar irradiance. The nonlinearity of the output characteristics of the PV generator is taken into account. Operating point stability analysis is performed by extracting the eigenvalues of the linearized model around the operating point at different solar irradiances. System response after successive step changes on the synchronous generator input mechanical power at three solar irradiances based on the complete nonlinear dynamical model is investigated. For given synchronous generator input parameters, the response of the system after successive step changes on the solar intensity is addressed. It is found that high PV penetration via DC–DC buck–boost converter and DC–AC inverter is practically possible, experiences a stable operating point and can withstand successive step changes on system parameters in case of practical solar irradiance levels. All numerical simulations are conducted using MATLAB software package by building the code required.