基于主导轨迹断面阻尼比灵敏度的仿真关键参数诊断

电力系统机电暂态仿真中,励磁、调速、电力系统稳定器(PSS)等控制系统参数不合理,易引起控制系统稳定性弱化,导致仿真可信度降低。基于轨迹断面阻尼比灵敏度指标,提出一种机电暂态仿真中控制系统关键参数的实用诊断方法。由仿真中各控制系统的输出变量振荡特性确定主导断面时刻、主导发电机及其对应控制系统,针对主导断面时刻和主导发电机进行单机无穷大(OMIB)等值后,经阻尼比灵敏度分析给出参数调整建议,多个算例验证了所提方法的有效性。该法是轨迹特征根思想的一种工程应用,结合数值积分提供的控制系统振荡信息与平衡点特征根技术提供的阻尼比灵敏度解析信息,可快速定位不合理的控制系统参数,适用于复杂多机系统的参数诊断。     

基于关联机组风险系数的发电机振荡模式辨识

针对发电机功角振荡,提出基于关联机组风险系数的机组振荡模式辨识方法。首先分析Prony算法提取发电机功角振荡模式的原理,介绍了能量级理论在机组功角振荡模式辨识中的运用,结合Prony算法所抽取的振荡幅值、阻尼比和衰减因子等参数,提出了机组振荡模式评估系数——参与因子;并给出了基于该系数的主振模式具体辨识方法。最后,在IEEE39节点系统计算结果表明:所提因子能够辨识扰动下的强关联发电机组及主导振荡模式,且通过振荡模式与振荡能量级关系分析,验证了所提方法的可行性和有效性。     

融合轨迹预测技术的输电线路新型自适应重合闸

输电线路故障的重合闸时刻对系统的暂态稳定有很重要的影响.针对目前最佳重合时刻难以在线确定的问题,提出融合轨迹预测技术的重合时刻在线捕捉方法.核心是利用机组功角的轨迹预测信息,确定系统振荡机组的主导模式,并按主导模式对机组进行分群,将多机系统复杂的暂态稳定性问题转化为对应的单机无穷大系统的功角稳定性分析,选其单机无穷大系...     

基于功角轨迹灵敏度的交直流电网振荡抑制优化

高压直流线路稳态功率影响交直流互联系统功角稳定性。为抑制同步发电机功角振荡,基于功角轨迹灵敏度,提出对故障前直流功率的优化方法。建立交直流系统轨迹灵敏度解析表达,引入中间变量确定功角和稳态直流功率关系。推导潮流解对稳态直流功率的灵敏度,计算轨迹灵敏度初值。基于时域仿真中网络约束方程,推导含直流变量的不平衡项。以功角差最小为目标,提出稳态直流功率优化模型,采用内点法求解。仿真结果验证了所提算法对功角振荡的抑制效果。     

基于EEAC理论分析低频振荡

扩展等面积准则（EEAC）通过互补群惯量中心 — 相对运动（CCCOI-RM）变换,将多机系统受扰轨迹映射为一系列时变单机无穷大（TV-OMIB）系统的映象轨迹,并解耦各振荡模式的信息,进而可以识别主导振荡模式,并实现稳定性的量化分析。文中提出以轨迹特征根反映系统非线性对低频振荡特性的影响,以轨迹特征根对各机组机械阻尼系数的灵敏度来反映各机组的参与因子;发现按减小联络线功率的准则调整机组出力可能产生负阻尼效应;指出为抑制低频振荡,应以减小映象功角为准则来调整机组出力。分析扰动大小对系统振荡特性的影响,发现系统振荡特性在分岔点附近可能与平衡点特征根明显不同。     

电力系统频率模式特征辨识及仿真分析

基于云南电网工程实践,建立含直流外送的4机2区系统模型,通过特征值计算和时域仿真校验,分析了调速器模型、直流模型和运行方式对频率模式的影响,以及模态分析法应用在频率模式分析中的关键问题。进一步,对比分析了频率模式和功角模式的频域、时域特征,频率模式由调速器和原动机主导,表现为频率的同调变化;功角模式由PSS和励磁系统主导,表现为功角的相对摇摆;若系统同时存在负阻尼的频率模式与功角模式,时域上会表现为频率和功角拍频振荡现象。最后,应用模态分析法辨识了大电网中的不同振荡模式,指导了相关机组的参数调整,为揭示大电网振荡机理和制定抑制措施提供了技术支持。     

基于相轨迹分析的实用动态安全域构建方法

随着广域量测系统的广泛应用,出现了基于相轨迹分析的暂态稳定性判别方法,由此提出了一种基于相轨迹的实用动态安全域(practical dynamic security region,PDSR)快速构建技术。以单机无穷大系统为例展示了相轨迹灵敏度比传统功角灵敏度具有更好的线性拟合效果,并将其推广应用于多机系统。基于相轨迹的判稳分界函数,通过分析注入空间参数改变时发电机功角与角速度的变化情况,识别影响系统稳定性的主导失稳机组。进而,根据判稳分界函数和注入空间参数改变量之间的灵敏度关系,围绕主导失稳临界点构建实用动态安全域。文中提出方法的有效性在新英格兰10机39节点系统中得到了验证,分析表明该方法利用功角和角速度组成的相轨迹数据,在计算的快速性、适用性等方面具有良好的应用前景。     

采用原子分解能量熵的低频振荡主导模式检测方法

针对互联电力系统普遍存在的低频振荡现象,提出一种检测低频振荡主导模式的新方法,来克服以往方法不能准确识别主导模式以及无法自适应揭示振荡模式时变特性的缺点。根据振荡信号特点,选取衰减正弦量模型表示原子库。由功角轨迹,通过原子分解法从原子库中辨识出各模态参数,在辨识过程中计算原子分解能量熵,通过比较能量熵大小识别出低频振荡主导模式。该方法不受系统阶数影响且具备较强的数据处理能力,能揭示各模式间复杂的动态特性和非线性作用,可用于低频振荡在线分析。2个仿真算例结果表明,该方法能准确检测出系统低频振荡的主导模式,所得结果与正规形理论分析结果相同,从而验证了所提方法的正确性和有效性。     

多区域单机等效法分析和控制故障后区间振荡

针对故障后系统的区间振荡,提出改进的单机等效法分析不同区域间的相互作用,并制定相应的控制措施。根据故障后各发电机功角的振荡轨迹,将系统划分为若干个主导振荡区域和非主导振荡区域,并将多区域系统进一步等效为单机无穷大母线(one machine infinite bus,OMIB)系统。定义并计算不同区域间的相对动能及OMIB系统动能,用于分析不同区域间的非线性相互作用。采用傅里叶频谱分析和Prony分析辨识OMIB系统参数,得到故障后系统的主导振荡模式及相应的阻尼比。基于上述分析,提出调整故障前各区域发电机出力的方法以减少区间的相对动能,抑制互联区域振荡。算法用于分析和控制IEEE5区域16机标准测试系统的故障后区间振荡。仿真结果表明,算法不但能准确辨识故障后的主导振荡模式,且能分析多种区间模式的非线性相互作用;控制措施显著地提升了系统阻尼,抑制了故障后系统的区间低频振荡。     

电力系统超低频率振荡模式排查及分析

近年来,在水电机组比例较高的孤网和直流孤岛送出系统中陆续出现振荡频率低于0.1 Hz的超低频率振荡现象。为查找振荡原因,文章建立了一个典型的孤岛送出系统,并用特征根分析和时域仿真的方法对超低频率振荡模式进行了排查和分析。当孤岛系统中发电机采用实测调速系统模型参数后,时域仿真中孤岛系统出现了频率振荡,同时计算系统全部特征根可查找到一对超低频率振荡特征根,该特征根根的阻尼比随着发电机调速系统调节速度的加快而降低。进一步的灵敏度计算得出:水轮机引水系统水锤效应时间常数,调速系统的频率放大倍数,以及数字控制部分积分、比例、微分系数将显著改变特征根在复平面上的位置,同时也改变了超低频率振荡模式的阻尼比,这些参数是影响超低频率模式的关键因素。分析表明超低频率振荡是调速系统引起的机械振荡模式,对调速系统进行参数优化可从根本解决振荡问题,同时也降低了机组一次调频能力。另一方面,投入直流控制系统频率限制控制(frequency limit controller,FLC)功能可快速调节直流电流或直流功率,能一定程度提高孤岛系统的频率调节性能,FLC的死区不易过大,其值可参考机组调速系统一次调频死区配置。     

选择合适的曲线提取低频振荡信息

在互联多机系统中,存在多种振荡模式,需要重点关注的是主导弱阻尼或负阻尼模式。利用振荡曲线提取多机振荡信息．需要选择合适的曲线,才能得到系统主导振荡模式。分析了两机相对曲线、单机相对于角度中心（COA）曲线、单机相对于惯量中心（COI）曲线存在的问题,指出扩展等面积法（EEAC）利用分群的概念首先确定系统主导振荡模式的中心位置,利用轨迹聚合的概念弱化非主导模式对主导模式的影响．利用相对运动的概念,获得等值单机曲线提取信息。算例仿真结果表明．EEAC等值机模型可以很好地提取出主导振荡信息,并且可以显示系统振荡的中心位置。     

抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化

超低频频率振荡是有功频率控制过程的小扰动稳定问题。由于负荷电压调节效应使得无功电压控制和有功频率控制产生耦合,传统用于抑制低频振荡的电力系统稳定器(PSS)可用于抑制频率振荡。提出了在多机系统中选择抑制频率振荡的PSS的方法,该方法综合了PSS对低频振荡和频率振荡的影响大小。构建了抑制频率振荡的PSS参数优化模型,该模型仍然以低频振荡模式阻尼比作为优化目标,但加入频率振荡对应频段发电机励磁系统相位要求作为约束,保证机组励磁系统为频率振荡提供足够的正阻尼。采用粒子群优化算法对模型进行求解得到PSS最优参数。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

用于提高多机系统阻尼的可控串补稳定器的研究

在多机系统中,TCSC稳定器的阻尼作用在于提升系统主导振荡模式的阻尼水平。文中在含有TCSC稳定器的多机系统线性化方程的基础上,根据主导振荡模式特征根、TCSC控制器参数及附加转矩的关系．将系统主导模式的振荡频率代~TCSC附加转矩公式,利用相位补偿法完成TCSC控制器参数整定,达到提高主导振荡模式阻尼水平的目的。在IEEE5节点系统仿真算例中,利用特征根变化及转速时域仿真曲线验证了TCSC稳定器在多机系统中的阻尼效果。     

电力系统阻尼特性规律探索

为了探索电力系统阻尼特性规律,给出了电力系统小干扰稳定模型的一般形式,推导了考虑发电机励磁控制作用、定子侧电阻及线路电阻等情况下单机-无穷大系统小干扰分析线性化数学模型.利用特征分析法,分析了定子侧电阻对振荡模式阻尼的影响,振荡模式总阻尼的守恒现象,阻尼守恒成立的基本条件,阻尼在不同振荡模式之间的传递规律.结果表明:随着励磁放大倍数的增加,系统机电模式阻尼减少,系统阻尼由机电模式流向非机电模式;系统引入电力系统稳定器(PSS)后,系统机电模式总阻尼随着PSS放大倍数的增加而增加,系统阻尼从非机电模式流向机电模式.     

双轴励磁发电机功率跟踪励磁控制系统研究

采用传统双通道励磁控制系统的双轴励磁发电机(简称为双励机)动态过程时间长,振荡幅值大,不利于电力系统的稳定运行。为此,在双励机的功率反馈环节增加不完全微分控制,提出了一种具有功率跟踪功能的励磁控制系统。对双励机动态过程中的有功功率、无功功率和励磁电流差值进行不完全微分,进而判断功率的变化趋势,调节d、q轴励磁电流的比例以改变励磁磁动势的方向,进而抑制功率的振荡,最终达到增加系统阻尼的作用。以转矩扰动和无功扰动为例,对比研究了功率跟踪励磁控制系统与双通道励磁控制系统对双励机动态过程振荡幅值和振荡时间的影响,结果表明,采用功率跟踪励磁控制系统可大幅减小系统的振荡幅值和振荡时间,有效提高系统的阻尼,为电力系统的稳定运行提供有力支撑。     

电力系统稳定器影响频率振荡的机理及阻尼分析方法

频率振荡是有功频率控制过程的小扰动稳定问题。已有研究集中于发电机调速器和原动机环节的分析。电力系统稳定器也可用于抑制频率振荡。分析了发电机励磁系统影响频率振荡的机理,当负荷具有电压调节效应时,则发电机励磁系统通过影响负荷电压进而影响负荷功率,从而对频率振荡产生影响。给出了频率偏差通过电力系统稳定器、励磁、网络、负荷等环节影响电磁功率的过程,利用阻尼转矩法计算电磁功率阻尼系数并分析了电力系统稳定器的影响。提出了多机系统中不同发电机电力系统稳定器对频率振荡阻尼影响大小的评估方法,选择影响大的发电机进行参数优化可更加有效地提高频率振荡阻尼。利用IEEE的4机2区系统对分析结论进行了仿真验证。     

含双馈风电场的互联电力系统虚拟惯量与虚拟阻尼协调控制方法

风电场的大规模接入会同时降低互联电力系统的相对惯性和阻尼,虚拟同步发电机(VSG)技术能够有效支撑电网频率,目前对VSG技术虚拟阻尼方面的研究成果较少。为了更有效地利用VSG虚拟阻尼,进一步提升高风电渗透率电力系统的稳定性,推导了VSG控制器参数与虚拟惯量、虚拟阻尼之间的数学关系,针对VSG虚拟惯量与虚拟阻尼调节存在的矛盾,提出一种结合系统主导振荡模式在线辨识和粒子群优化算法的VSG控制器参数协调控制策略。最后通过含双馈风电场的两区域互联电力系统仿真模型验证了所提控制策略的有效性,仿真结果表明所提控制策略可实现系统频率稳定性和功率稳定性的综合优化。     

风火打捆外送系统次同步振荡的改进自抗扰直流附加阻尼控制

针对送端电网大规模风电接入可能加剧火电机组次同步振荡的问题,提出一种基于改进遗传算法的自抗扰附加阻尼控制方法。利用基于总体最小二乘法-旋转不变技术的信号参数估计(TLS-ESPRIT)算法对系统进行次同步振荡特性辨识,根据主模比指标选择合适的控制反馈信号,得到系统在次同步频段内各振荡模式对应的低阶传递函数;结合时间乘绝对误差积分准则(ITAE)指标与极大极小值原理确定被控系统控制目标,并利用改进遗传算法寻优确定多通道自抗扰控制器参数。在PSCAD上搭建含大规模风电的测试系统模型,仿真结果表明基于改进自抗扰控制的附加次同步阻尼控制器在送端电网多种运行方式和不同故障情况下都能有效抑制汽轮发电机组的次同步振荡,鲁棒性较强,同时低阶自抗扰控制器也具有令人满意的控制效果。     

Power system multi-parameter small signal stability analysis based on 2nd order perturbation theory

A novel method based on multi-parameter 2nd order perturbation sensitivity is proposed to analyze the low-frequency oscillation modes in large-scale interconnected power system, since the low-frequency oscillation mode change is hard to determine due to the violent fluctuation of multiple parameters during operation. Firstly, the multi-parameter 2nd order perturbation sensitivity matrices of eigenvalues and eigenvectors are deduced. Then, their multi-parameter 2nd order estimated values are calculated. On the basis of this, the changing system oscillation modes under multiple parameters variation are estimated. The simulation results of WECC (Western Electricity Coordinating Council) system verify that this method is able to assess the small signal stability of the system relatively accurately even several parameters of the system change. Then it can adjust appropriate dispatching method accordingly to improve the damping of dominant oscillation mode. Also, this method makes the solving process direct and clear since it avoids the burdensome derivation calculation of 2nd order sensitivity, and it is time-saving by avoiding solving complicated high-dimensional state matrices.