基于风电不确定性的电力系统机电暂态过程

随着风电功率的随机性对电力系统稳定性的影响愈发突出,如何分析含动态随机激励的电力系统暂态稳定性,对电力系统的动态安全具有重要意义。基于随机微分方程理论,提出了计及风电不确定性的电力系统模型,讨论了不同风力发电机在风速波动下的随机动态并网模型。通过双机无穷大系统和3机9节点系统对系统的静态及动态稳定性进行了分析。仿真结果表明,风电不确定性一定程度上会恶化系统的暂态稳定性,同时会引起长期无法消除的低频振荡,由不确定性产生的波动而造成的系统震荡会加剧并网造成的危害。     

计及风电随机激励的电力系统暂态稳定分析

为了探讨风电随机激励对电力系统暂态稳定的影响,提出一种基于随机微分理论对含风电电力系统进行建模和稳定分析的方法。首先将异步风机机械功率作为随机激励,在暂态过程中利用伊藤型随机微分方程对异步风机的转子运动方程进行建模,将传统的微分代数方程模型扩展成随机微分代数方程模型;然后针对新的模型,通过时域仿真进行求解,分析风电功率随机波动对电力系统暂态过程的影响。算例结果表明:相比于确定性和概率性暂态稳定分析方法,所提方法能够更好地揭示风电不确定性对电力系统暂态稳定性的影响。     

风电并网系统小干扰概率稳定性分析与改善

在桨距角控制系统中加装电力系统稳定器(PSS)以阻尼电力系统低频振荡,并且考虑系统运行方式的随机不确定性,利用累积概率曲线来获得随机变量的概率数字特征。采用基于数值分析的概率方法研究含风电场系统的小干扰稳定统计属性。通过在含风电场的五机两区域系统中进行仿真,验证在桨距角控制系统中安装PSS对改善小干扰概率稳定性的有效性,并对其改善效果进行评估。仿真结果表明,在桨距角控制系统中加装PSS能有效抑制本地振荡模式,并削弱区间振荡。     

基于实测信号的电力系统低频振荡模态辨识

广域相量测量系统的应用为基于量测的电力系统稳定性分析提供了有力支持。基于动态量测信息准确地辨识电力系统低频振荡模态参数及振型,对提高电力系统低频振荡的实时监测与控制至关重要。结合经验模态分解与随机子空间辨识算法,基于发电机有功功率的动态量测信息,开展了电力系统低频振荡辨识与分析的研究。该方法能够在较短的时间从含噪信号内提取原系统真实准确的振荡信息,同时能够得到各振荡模式相应的振型,有效地克服Prony算法和自回归滑动平均算法受噪声、系统实际阶数的影响大,以及单一随机子空间辨识算法难以处理非线性、非平稳振荡信号的缺点。测试系统及仿真结果验证了该方法在电力系统低频振荡分析中的可行性。     

考虑Levy变异帝国竞争算法的改进电力系统稳定器

为加强传统电力系统稳定器设计中抑制低频振荡的能力,提高其整定范围和控制能力,该文利用分数阶比例-积分-微分控制器在控制方面所具有的灵活控制能力和良好跟踪性能,设计了一套基于分数阶比例-积分-微分控制器的电力系统稳定器系统。同时利用基于Levy变异的帝国竞争算法对改进的电力系统稳定器系统进行优化配置,并在单机无穷大系统下对设计模型进行仿真。仿真结果表明提出的设计可以充分抑制电力系统低频振荡、灵活控制受控对象,具有很好的控制效果和鲁棒性。     

一种实用的大电网低频振荡概率稳定性分析方法

提出了适用于实际电力系统低频振荡概率稳定性分析的TLPA法,定义了稳定概率指标,给出了基于点估计法的指标计算方法。TLPA法能够在已知电网各种不确定性因素的概率分布条件下,通过很少的计算量就得到由于这些不确定性因素引发系统低频振荡的概率大小。对IEEE-16机系统以及实际的华中-华北互联电网的仿真结果表明:与蒙特卡罗法等传统方法相比,TLPA法能够得到同样精度的结果,同时计算量极大减少,因此可用于大电网低频振荡概率稳定性分析。     

计及广域信号多时滞影响的电力系统附加鲁棒阻尼控制

针对基于广域测量系统的多时滞电力系统低频振荡阻尼控制的研究不足以作为主要控制方法之一的鲁棒控制方法求解参数步骤复杂的缺陷,提出一种可直接求解控制参数的多时滞广域电力系统阻尼控制器的设计方法。利用Lyapunov-Krasovskii泛函理论推导出的多时滞系统稳定判据,将控制镇定问题转化为线性矩阵不等式的可行性问题,直接求解控制参数,避免了传统方法中利用智能算法迭代求解参数的不便。4机2区域系统的时域仿真结果表明,所提出的多时滞阻尼控制方案能有效抑制区间模式的低频振荡,提高电力系统的稳定性。     

一种基于自抗扰控制的多机低频振荡本地控制方法

电力系统低频振荡严重威胁着电网的安全稳定,主要表现为弱(负)阻尼振荡及强迫振荡。针对低频振荡抑制问题,引入基于自抗扰的多目标非线性控制方法,并采用本地控制信号实现多机电力系统低频振荡抑制。首先介绍自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)的基本理论,并进一步研究扩张状态观测器对低频振荡的观测能力。其次,结合非线性控制理论,采用微分几何线性化方法建立包含励磁及调速附加控制的电力系统模型,并将自抗扰控制与多性能指标非线性综合控制方法结合,采用分散的本地控制实现低频振荡抑制。最后,通过4机2区系统和新英格兰10机系统案例验证所提方法的有效性。理论分析和仿真结果表明本文所提方法具有良好的低频振荡抑制能力。     

大规模风电接入电力系统的概率小扰动稳定性分析与优化控制

确定性模型的特征值分析方法难以准确评估含大规模风电电力系统的小干扰稳定性,为此提出一种概率小 干扰稳定的分析方法.首先,通过Weibull分布描述风速的不确定性,利用极大似然法并结合实测数据计算Weibull 分布的形状参数及尺度参数.其次,提出基于点估计的小干扰概率稳定分析,利用半不变量法和Cornish-Fisher级数 展开法拟合输出状态变量,获得输出变量的概率分布.最后,以区域振荡模式阻尼比为优化目标,以电力系统频率稳 定为约束,优化风力发电系统的虚拟惯量控制参数,提高含大规模风电的电力系统小干扰稳定性.仿真计算结果表 明,通过对风电机组的虚拟惯量参数优化,可提高含大规模风电的系统阻尼比,有效改善系统的小干扰稳定性,为高 渗透率风电接入电力系统的安全可靠运行提供一定的理论基础.     

直流微电网大扰动稳定判据及关键因素分析

混合势函数理论可以给出解析形式的大扰动稳定性判据,是非线性系统大扰动稳定性分析的有效工具。该文以直流微电网为研究对象,建立了并网电压源换流器为主电源时,系统的混合势函数模型,推导了考虑电压环输出限幅下系统的大扰动稳定性判据。基于该判据和李雅普诺夫方法,首先分析了负载类型对系统大扰动稳定性的影响。然后分析了物理参数和控制参数对系统稳定边界的影响,以及稳定性判据和系统暂态振荡次数的关系。基于暂态过程的能量守恒,给出了使得稳定性判据成立的电容极值估算方法,探讨了电压环输出限幅对电容极值的影响,分析了电容对系统稳定性、暂态振荡次数和响应速度的影响。最后,通过电磁暂态仿真验证了稳定性判据的准确性。     

电力系统低频振荡的类型判别研究与分析

随着区域电网互联、电网规模不断扩大和快速励磁系统的大量应用,电力系统动态稳定性问题也越来越突出,逐渐成为影响电网安全和限制输电功率极限的主要因素。由于动态元件的大量投入,改变了系统动态调节性能,若动态稳定性差将容易引发系统低频振荡。系统低频振荡会导致系统出现频率、电压、功率等电气量不同程度振荡的现象,持续恶化的互相作用最终将导致系统失稳、解列,形成大规模的停电事故。因此电力系统低频振荡问题越来越受到人们的关注,而如何正确、快速判别振荡性质成为难于解决的问题。对负阻尼振荡和强迫振荡的特性进行研究,提出了基于起振阶段暂态响应包络线形状的振荡类型判别判据,以某电网低频振荡为实例加以验证,表明所提出的研究方法能有效判断低频振荡类型。对分析实际运行中低频振荡现象以及有效抑制系统低频振荡具有重要的指导意义。     

含风电的互联电力系统时滞相关稳定性分析与鲁棒阻尼控制

针对大区电网互联和风电接入互联电力系统后面临不同区域电网间的低频振荡问题,提出一种利用广域测量信号来增强互联电力系统区域间功率振荡阻尼的设计方法。基于自由权矩阵方法表示牛顿–莱布尼茨公式,公式可以由线性矩阵不等式进行求解,可以克服利用固定权矩阵带来的保守性。在利用自由权矩阵方法推导得到的时滞相关稳定性判据基础上,设计了广域时滞状态反馈控制器。结合状态观测理论设计了一种新型广域时滞输出反馈控制器。采用平衡截断技术对原系统和控制器进行降阶,实现了对互联电力系统的广域时滞阻尼控制。基于新英格兰测试系统建立了含风电接入的互联电力系统研究模型。时域仿真表明,所提出的广域时滞阻尼控制器能有效地阻尼系统区间振荡。     

基于动态参数等效的风电场并网系统振荡稳定性评估的数据驱动方法

开环模式谐振理论为风机接入电力系统引起的振荡稳定性提供了清晰的机理分析基础。然而,如何利用实测数据来评价风电场并网后电力系统的振荡稳定性仍然是一个悬而未决的问题。针对多风电场并网电力系统的振荡稳定性问题,该文提出一种基于等效系统和数据驱动的振荡稳定性评估方法。该方法能够在全系统参数不确定情况下,实现对大规模风电场系统的动态等效,利用联合分布适配算法,在等效系统中离线建立数据驱动的振荡稳定评估模型,并泛化到实际系统中,实现在线评估。通过典型仿真系统算例与实际大规模风电场算例,结合多方面的对比测试,验证所提方法的有效性和适应性,证明建立的数据驱动模型具有优良的评估性能。所提方法通过深度学习,将评估模型的在线计算负担转移到离线训练中,对实现基于量测的大型风电场振荡风险评估具有重要意义。     

基于相关辨识法的大型光伏电站广域阻尼控制器设计

针对含大型光伏电站的电力系统可能存在的区间低频振荡问题,提出基于相关辨识法的大型光伏电站广域阻尼控制器设计方法。首先采用基于伪随机信号的相关辨识法得到系统的开环传递函数。接着将TLS-ESPRIT法应用到主模比指标的计算中,并结合留数指标对阻尼控制器输入信号进行优选,然后采用极点配置的方法整定控制器参数。最后,在DIgSILENT/PowerFactory中搭建含光伏电站的两区域系统机电暂态模型,时域仿真结果表明:所提出的光伏广域阻尼控制器能够有效抑制系统区间低频振荡,提升了系统小干扰稳定性。     

基于Brauer定理的多变流器并网系统小干扰稳定性分析

高比例新能源和高比例电力电子设备(简称“双高”)并网会引起电力系统的宽频振荡问题。采用传统阻抗分析法研究多变流器并网系统(multiple grid-connected-converter system,MGCCS)小干扰稳定性问题存在一定局限。该文将多变流器并网系统建模为负反馈模型,并基于Brauer定理提出一种充分稳定性判据。最后,通过一个包含7个变流器群的并网系统验证所提判据的有效性。理论分析与时域仿真证明该判据计算复杂度较低,具有分析高阶系统小干扰稳定性问题的潜力,且其作为充分判据的保守性较低,有利于指导并网系统的参数设计。     

原动机调速系统参数对低频振荡的影响

应用MATLAB建立原动机调速系统和电力系统相互作用的机网耦合模型,分析机网耦合是否能引发电力系统低频振荡。仿真分析表明,如果水轮机调速系统微分增益偏大且水轮机输出功率对水头的偏导数随负荷变化时,在扰动下可能出现功率的低频振荡。对于汽轮机调速系统,在系统的阻尼不太强时,汽轮机控制器参数对小信号系统稳定性具有重要影响。采用比例积分微分(proportional-integral-derivative,PID)控制器时,系统在小干扰下振荡衰减;采用PI控制器时,系统小干扰下出现幅值增大的低频振荡。     

工况模态分析在低频振荡辨识中的应用初探

工况模态分析是结构动力学工程模态辨识的前沿课题,初步探讨了这一概念应用于电力系统低频振荡特性在线辨识的可能性。论述了电力系统低频振荡和一般振动力学数学模型的相似性,利用随机子空间算法辨识低频振荡的频率、阻尼和振型。 随机子空间算法无须人工激励电力系统,利用日常负荷的随机波动激励系统,通过相量测量单元（PMU）采集发电机功角摇摆轨迹数据,识别电力系统振荡特征参数。在Matlab仿真平台上,通过对一个3机电力系统的实例分析, 证明所提方法对振荡频率、阻尼比和振型识别的有效性。     

水电机组引起的超低频振荡特性及抑制措施研究

近年来,直流孤岛送出系统中陆续出现了振荡频率低于0.1Hz的超低频振荡现象,严重危害电网的安全稳定运行。研究表明,由于水电机组中存在水锤效应,若调速器控制参数设置不合理,系统的阻尼和稳定性会恶化,水电机组比例过高会使得系统中出现超低频振荡。针对此问题,首先建立含PID型水电机组调速器的多机系统线性化状态空间模型,求解出超低频振荡模式。然后,采用阻尼转矩分析法分析调速器控制系统的阻尼特性,并提出一种基于相位补偿原理的调速器侧电力系统稳定器(governorpowersystem stabilizer,GPSS)设计方法,可以通过GPSS来增加调速器控制系统阻尼,从而抑制系统的超低频振荡。最后,在3机9节点系统中,采用特征分析法,根据参与因子和根轨迹对超低频振荡特性进行分析得出:调速器控制系统确实深度参与了超低频振荡现象,通过合理设置调速器控制参数可以增大超低频振荡模式的阻尼比。同时,在单机单负荷和4机2区域仿真系统中验证了该文所设计的GPSS抑制超低频振荡的有效性。     

能量变换器四机系统低频振荡控制方法研究

能量变换器是一种新型的可以直接与电网相连的高压发电装置,针对其多机并网以及在并网后的低频振荡的重要问题研究的较少.为了进一步了解能量变换器的运行特性,采用多频带电力系统稳定控制器的控制方式,对四机互联的能量变换器进行系统建模,分析了在故障情况下,发生弱阻尼形式的低频振荡,给出了发生振荡后的转子转速变化规律,探讨了能量变换器阻尼绕组对多机系统的影响,仿真分析了多频段电力系统稳定器的对低频振荡的抑制效果,并给出了自并励励磁系统的参数和多频段电力系统稳定控制器的选择方法.仿真结果表明,多频带电力系统稳定器对弱阻尼方式的低频振荡的控制效果明显优于转速变化量的控制方式.     

电力系统低频振荡分析与控制仿真平台

提出一种大规模电力系统的低频振荡分析与控制仿真平台的构建方法.利用C++矩阵数学库,编写实现低频振荡特征提取、模型辨识和控制器设计等功能的用户程序.基于电力系统分析软件提供的用户程序接口功能模块,实现用户程序与分析软件暂态稳定仿真模块的交互.用户程序和分析软件共同完成电力系统低频振荡分析与控制的仿真.仿真平台具有较好的收敛性、准确性、可靠性和较快的计算速度.新英格兰10机39节点系统的仿真结果验证了平台的可用性和正确性.