电力电子化电力系统多尺度电压功角动态稳定问题

随着可再生能源发电、远距离输电及无功补偿和交流传动等应用的快速发展,电力电子变换装备以其在电能变换方面的灵活性在电力系统中的渗透水平不断提高,深刻地改变着电力系统的动态行为。近年来,国内外电力系统持续出现各种不明机理的动态问题,对电力系统安全稳定和运行构成重大威胁。该文从主要发电、输电和负荷装备的控制方式、动态特性及其对电力系统动态行为的影响角度出发,分析一次调频时间尺度以下电力电子化电力系统电压功角动态稳定问题的多尺度特征,并初步提出基于幅相运动方程、自稳性致稳性及广义稳定器等3个方面的系统建模、分析和控制的一般化概念和方法,即幅相动力学方法。     

“电力电子化电力系统稳定分析与控制”专题征稿启事

正随着可再生能源发电、远距离输电及无功补偿和交流传动等应用的快速发展,电力电子变换装备因其在电能变换方面的灵活性,在电力系统中的渗透水平不断提高,国内外电力系统将可能在局部电网甚至全网出现100%由电力电子化电力装备组成的电力系统,这将深刻地改变着电力系统的动态行为。近年来,国内外电力系统持续出现各种不明机理的动态问题,对电力系统安全稳定和运行构成重大威胁。为展示国内外在电力电子化电力系统领域的最新进展和发展趋势,共享学术和技术成果,《中国电机     

电力电子化电力系统暂态稳定性分析综述

与传统交流电力系统相比,电力电子化电力系统具有其特殊性,其拓扑结构会随着电力电子器件的开关动作而改变、多个时间尺度的控制相互作用、非线性程度强、结构更加复杂、状态变量阶数更高,这些特点给电力电子化电力系统的暂态稳定性分析带来了严峻的挑战。该文首先基于电力电子化电力系统的结构特点将其暂态稳定性分析划分为3个层次;然后通过研究电力电子化电力系统与传统交流电力系统暂态稳定性分析的差异,结合非线性系统理论阐述其暂态稳定性的本质;接着总结将传统交流电力系统暂态稳定性分析方法应用于电力电子化电力系统所需要解决的问题;最后将直接法分解成建模、简化模型、构造李雅普诺夫函数和估计吸引域4个步骤。该文全面梳理暂态稳定性分析方法,探索电力电子化电力系统暂态稳定性分析的基本思路和方法,为电力电子化电力系统的暂态运行及控制研究提供一些可靠的理论基础。     

电力电子化电力系统多时间尺度建模与算法相关性研究进展

电力电子化电力系统的多时间尺度分析,与传统的单一时间尺度研究有根本的不同,不仅要建立多时间尺度模型,且建模过程必须要考虑计算方法,即模型和算法不能单独存在,这样才能准确描述电力电子化电力系统的多时间尺度特性.文中基于多时间尺度分析理念,综述电力电子化电力系统多时间尺度建模与算法相关性研究现状.为此,首先分析现有多时间尺度算法及其适用范围;进而基于相同数学形式模型可以采用相同算法计算的准则,将电力电子化电力系统划分为元器件机理、切换系统、电磁暂态、机电暂态4个时间尺度.然后,通过不同时间尺度模型之间的相关性,探讨多时间尺度模型的性质,阐明多时间尺度模型与算法的相互制约关系.最后,提出电力电子化电力系统多时间尺度建模与算法待解决的问题及研究展望.     

“电力电子化电力系统稳定分析与控制”专题征稿启事

正随着可再生能源发电、远距离输电及无功补偿和交流传动等应用的快速发展,电力电子变换装备因其在电能变换方面的灵活性,在电力系统中的渗透水平不断提高,国内外电力系统将可能在局部电网甚至全网出现100%由电力电子化电力装备组成的电力系统,这将深刻地改变着电力系统的动态行为。近年来,国内外电力系统持续出现各种不明机理的动态问题,对电力系统安全稳定和运行构成重大威胁。     

“电力电子化电力系统稳定分析与控制”专题征稿启事

正随着可再生能源发电、远距离输电及无功补偿和交流传动等应用的快速发展,电力电子变换装备因其在电能变换方面的灵活性,在电力系统中的渗透水平不断提高,国内外电力系统将可能在局部电网甚至全网出现100%由电力电子化电力装备组成的电力系统,这将深刻地改变着电力系统的动态行为。近年来,国内外电力系统持续出现各种不明机理的动态问题,对电力系统安全稳定和运行构成重大威胁。     

“电力电子化电力系统稳定分析与控制”专题征稿启事

正随着可再生能源发电、远距离输电及无功补偿和交流传动等应用的快速发展,电力电子变换装备因其在电能变换方面的灵活性,在电力系统中的渗透水平不断提高,国内外电力系统将可能在局部电网甚至全网出现100%由电力电子化电力装备组成的电力系统,这将深刻地改变着电力系统的动态行为。近年来,国内外电力系统持续出现各种不明机理的动态问题,对电力系统安全稳定和运行构成重大威胁。     

“电力电子化电力系统稳定分析与控制”专题征稿启事

正随着可再生能源发电、远距离输电及无功补偿和交流传动等应用的快速发展,电力电子变换装备因其在电能变换方面的灵活性,在电力系统中的渗透水平不断提高,国内外电力系统将可能在局部电网甚至全网出现100%由电力电子化电力装备组成的电力系统,这将深刻地改变着电力系统的动态行为。近年来,国内外电力系统持续出现各种不明机理的动态问题,对电力系统安全稳定和运行构成重大威胁。     

“电力电子化电力系统稳定分析与控制”专题征稿启事

正随着可再生能源发电、远距离输电及无功补偿和交流传动等应用的快速发展,电力电子变换装备因其在电能变换方面的灵活性,在电力系统中的渗透水平不断提高,国内外电力系统将可能在局部电网甚至全网出现100%由电力电子化电力装备组成的电力系统,这将深刻地改变着电力系统的动态行为。近年来,国内外电力系统持续出现各种不明机理的动态问题,对电力系统安全稳定和运行构成重大威胁。     

“电力电子化电力系统稳定分析与控制”专题征稿启事

正随着可再生能源发电、远距离输电及无功补偿和交流传动等应用的快速发展,电力电子变换装备因其在电能变换方面的灵活性,在电力系统中的渗透水平不断提高,国内外电力系统将可能在局部电网甚至全网出现100%由电力电子化电力装备组成的电力系统,这将深刻地改变着电力系统的动态行为。近年来,国内外电力系统持续出现各种不明机理的动态问题,对电力系统安全稳定和运行构成重大威胁。     

“电力电子化电力系统稳定分析与控制”专题征稿启事

<正>随着可再生能源发电、远距离输电及无功补偿和交流传动等应用的快速发展,电力电子变换装备因其在电能变换方面的灵活性,在电力系统中的渗透水平不断提高,国内外电力系统将可能在局部电网甚至全网出现100%由电力电子化电力装备组成的电力系统,这将深刻地改变着电力系统的动态行为。近年来,国内外电力系统持续出现各种不明机理的动态问题,对电力系统安全稳定和运行构成重大威胁。     

“电力电子化电力系统稳定分析与控制”专题征稿启事

<正>随着可再生能源发电、远距离输电及无功补偿和交流传动等应用的快速发展,电力电子变换装备因其在电能变换方面的灵活性,在电力系统中的渗透水平不断提高,国内外电力系统将可能在局部电网甚至全网出现100%由电力电子化电力装备组成的电力系统,这将深刻地改变着电力系统的动态行为。近年来,国内外电力系统持续出现各种不明机理的动态问题,对电力系统安全稳定和运行构成重大威胁。     

基于暂态量的继电保护研究

电力电子化设备的广泛应用导致电力系统故障暂态过程更加复杂、快速,对继电保护的“四性”提出了更高要求,基于暂态量的继电保护优势更加凸显。首先介绍了电力电子化电力系统的故障特性,详细分析了电力电子器件的快速调节特性与脆弱性以及对电力系统故障特性的影响。其次全面梳理了暂态量在线路保护中的应用,包括行波波头保护、单端暂态量保护等,并进一步分析了基于双端(多端)暂态量的保护新原理和新方法。最后给出了对暂态量保护研究的建议,通过合理利用故障全过程中丰富的暂态信息,实现与故障信息自适应匹配的高速暂态量保护,全面筑牢电网安全的“第一道防线”。     

电力电子化电力系统随机电磁暂态仿真算法

为了准确高效地反映电力电子化电力系统在参数随机迁移扰动下的运行特性,该文首先分析了基于随机微分方程的电力系统随机动态模型和数值计算方法的基本特点和限制性,并从基本电气元件出发,建立了适用于电磁暂态仿真的参数随机迁移元件动态伴随电路模型。然后,以电阻–电感串联支路为例,解析推导了动态伴随电路模型的数值稳定性特征,进而针对电力电子化电力系统的仿真需求,设计了随机电磁暂态仿真的算法主流程。最后,采用RLC简单电路和三相两电平VSC电路,通过对比EMTP(electromagnetic transients program)确定性仿真和蒙特卡罗多轨迹仿真结果,验证动态伴随电路模型和所提随机电磁暂态仿真算法的正确性与有效性,且对EMTP算法框架直接兼容。     

基于交叉耦合锁相环的多频带滤波器：一种检测系统多时间尺度振荡的自适应滤波器

电力电子装备的大规模应用所引起的振荡,给电力电子化电力系统安全与稳定运行带来了巨大挑战。为解决上述振荡问题,通常需要使用滤波器检测系统振荡信息并设计相应的附加稳定控制器。然而,电力电子装备所引起的振荡呈现出多时间尺度和振荡频率大范围漂移等新特征,传统固定带宽的滤波器已经难以适用。为此,该文提出一种基于交叉耦合锁相环的多频带自适应滤波器,可以快速跟踪并检测电力电子化电力系统所出现的多时间尺度振荡。首先介绍所提出滤波器的结构及工作原理,然后建立该滤波器的小信号模型并验证模型的准确性。通过研究所提出滤波器的特性,该文发现,其他通道交叉耦合的影响相当于在待研究滤波通道中级联了一个陷波器,陷波器中心频率为其他滤波通道锁相环的中心频率。此外,所提出的滤波器可以用于构建电力电子装备的广义稳定器,并解决电力电子化电力系统多时间尺度振荡及振荡频率漂移的问题。     

电力电子化电力系统动态问题的基本挑战和技术路线

源–网–荷装备电力电子化是当前我国电力一次系统发展的重要趋势和特征。运行实践中与装备电力电子化相关的不明机理事故频发,开展电力电子化新一代电力系统动态问题研究是保障电网安全稳定运行的重大需求。文中基于源–网–荷环节中电力电子化装备比重持续提升的现实,凝练电力系统稳定分析与控制、故障分析与保护所面临的新挑战,提出分析和解决电力电子化驱动下电力系统控制和保护问题的技术路线图,结合电网运行实践提出基础理论和关键技术创新的主要需求,为相关管理部门、研发机构和研发人员提供参考。     

基于小波变换的电力系统故障暂态信号分析

介绍了连续小波变换定义.小波变换具有良好的时频局部化特性,并可根据信号频率的变化自动调节时频窗口,因此小波变换十分适合电力系统故障产生的暂态信号的分析.电力系统故障暂态信号的小波变换模极大值标志着电力系统最重要的故障特征,可以作为继电保护和故障测距的依据     

电力电子接口新能源并网的暂态电压稳定机理研究

为掌握大规模风电、光伏等新能源并网给电力系统稳定性带来的影响,对采用电力电子接口的新能源发电接入系统的暂态电压稳定机理进行了研究。首先对机电暂态过程中新能源发电进行简化建模。采用电力电子变换器的风电、光伏等电源功率控制快速灵活,在机电暂态过程中可以忽略功率调节的快动态,其特性简化为功率平衡代数方程,系统动态方程为微分代数方程。基于微分代数系统稳定性研究了新能源并网的暂态电压稳定机理,暂态过程中轨迹可能遇到微分代数方程的奇异点,对应系统发生暂态电压失稳,此时新能源发电对应的功率平衡方程无解。通过仿真验证了该机理,并在风火打捆送出系统中揭示了系统失稳模式的变化,风电功率增加时,系统失稳模式由同步机主导的功角失稳变为风电主导的电压失稳。     

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。     

电力电子化电力系统的调频挑战与多层级协调控制框架

电力电子接口装备在源、网、荷的深度应用推进了电力系统的电力电子化进程。净负荷波动增加、同步惯性减小、有功平衡能力削弱,对系统频率稳定的冲击初现端倪。电力电子接口电源的输出功率不响应系统频率变化、输入能量不可控、控制器高度异构,难以纳入传统交流同步系统的有功频率调整框架,而未来的电力系统需要在越来越少同步发电机容量背景下维持有功平衡,问题更加凸显。从电压源型换流器可定制性出发,提出了电力电子化下对电力系统有功频率多层级协调控制的新框架：在接口层面,重建输出功率与系统频率的耦合关系,虚拟同步机的惯性响应与一次调频特性;在单机层面,协调电力电子电源内部储能元件释能和输入能量来提供调频能量,优化虚拟参数实现机网协调,降低频率二次跌落风险;在多机层面,统筹改善频率动态特性的装置和长期频率恢复装置的配合;在系统层面,借助柔性直流输电换流站的下垂策略,重建直流互联的多同步系统间跨区频率支援。