直流换相失败冲击下的两区域交流联络线功率波动峰值计算

随着未来多回大容量高压直流高密度接入交流电网,交直流系统间的相互作用变得更加复杂。基于二阶线性系统的冲击响应模型,阐释直流换相失败后的功率冲击对两区域交流联络线功率波动的影响机制;证明直流换相失败冲击下,两区域互联系统交流联络线功率首摆峰值大小主要取决于直流换相失败的功率跌幅和持续时间、交流互联系统区域振荡模式的振荡频率和阻尼比、区域电网的总惯性常数之比,峰值时刻主要取决于振荡频率;提出直流换相失败冲击下两区域交流联络线功率波动峰值的快速估算公式,并从能量守恒的角度进行了推导印证。通过对简单三区域交直流互联系统的仿真分析和华北—华中—华东互联系统直流换相失败的分析验证了所提方法的有效性。研究结果可为互联电网运行方式的安排和控制措施的制定提供依据。     

两大区互联系统交流联络线功率波动机制与峰值计算

提出两大区互联系统交流联络线功率振荡的线性化模型。基于2阶线性系统时域分析理论和电力系统冲击功率的功率分配理论,阐明联络线功率波动的机制,证明由功率扰动引起两大区电网交流联络线功率波动峰值的大小取决于两大区电网的惯性常数比和区域振荡模式的阻尼比。提出功率缺额后联络线功率波动峰值以及功率转移比的计算方法。通过华北—华中互联系统特高压联络线的实测数据验证提出的模型、机制和算法的正确性和有效性。研究结论有助于掌握两大区互联电力系统联络线功率波动的动态特性,为互联电力系统运行方式的安排和控制措施的确定提供依据。     

交流互联电网中大扰动对联络线的冲击特性分析方法

针对在规模庞大的同步交流电网中,区域内大扰动不仅会对本区域电网稳定性造成冲击,而且将通过区域间联络线对其他区域电网的稳定性产生冲击,甚至会导致区域联络线功率振荡解列的现象,研究了故障后大扰动冲击各个区域电网的特性。基于联络线暂态势能变化,定义了扰动起始冲击时间和扰动冲击时间,可以定量描述大扰动冲击区域交流联络线的过程,并根据首次扰动冲击时间联络线功率偏差与暂态势能间的关系,提出了联络线脆弱性指标作为系统是否在联络线处发生解列的判据,从而建立了基于能量函数的大扰动冲击特性定量描述方法。最后,在华中—华北交流互联电网中验证了所述方法的有效性。     

弱联络线功率浑沌振荡研究

本文应用Melnikov方法首次对两个周期性负荷扰动引起联络线功率浑沌振荡进行解析分析，得出引起系统出现浑沌振荡的条件，数值计算表明，在浑沌发生区域，系统中只有确定性的负荷扰动，联络线功率也会出现随机振荡现象。     

基于功率分布特性法分析和控制区间联络线功率振荡

针对故障后区间联络线功率振荡的问题,结合动态稳定分析理论提出采用电网支路功率分布特性法分析发电机状态量对联络线功率振荡的影响,并制定相应的控制措施。根据故障后系统的网络情况,分析各电源出力对联络线支路传输功率的影响程度。运用矩阵束分析法对故障后联络线功率进行模态分析,识别系统主要互联振荡模式幅值,并基于上述分析提出根据联络线支路功率综合贡献因子调整故障后各区域发电机出力的方法抑制互联区域振荡。采用CEPRI 8机36节点系统对该方法的有效性进行了仿真验证。仿真结果表明,所述控制方法显著地提升了系统阻尼,能够抑制故障后系统的区间功率振荡。     

Analysis and Control of Interval Tie Line Power Oscillations Based on Power Distribution Method

针对故障后区间联络线功率振荡的问题,结合动态稳定分析理论提出采用电网支路功率分布特性法分析发电机状态量对联络线功率振荡的影响,并制定相应的控制措施。根据故障后系统的网络情况,分析各电源出力对联络线支路传输功率的影响程度。运用矩阵束分析法对故障后联络线功率进行模态分析,识别系统主要互联振荡模式幅值,并基于上述分析提出根据联络线支路功率综合贡献因子调整故障后各区域发电机出力的方法抑制互联区域振荡。采用CEPRI8机36节点系统对该方法的有效性进行了仿真验证。仿真结果表明,所述控制方法显著地提升了系统阻尼,能够抑制故障后系统的区间功率振荡。     

基于端口供给能量的特高压电网扰动冲击传播机理分析

针对某些情况下互联电网边缘地区故障会导致特高压联络线功率振荡甚至失稳解列的现象,将电力系统描述为端口互联结构,引入端口供给能量概念分析系统中各端口之间的能量流动。基于端口供给能量的分配定义支路暂态能量概念,推导出端口供给能量分配与线路电抗成反比,支路暂态能量大小与联络线功率振幅成正比的规律。对华中华北互联电网的仿真验证了上述规律,并在此基础上解释了扰动冲击在电网中传播进而影响系统稳定性的机理:由于发电和负荷比例悬殊,故障后产生的大量暂态能量难以就地耗散;又因为特高压联络线阻抗较小,暂态能量主要通过特高压联络线向周边区域转移,造成特高压联络线较其他超高压线路功率振荡幅度更大。仿真分析结果表明,利用所提出的端口供给能量方法能够清晰地阐述故障后系统中暂态能量的产生和流动过程以及特高压电网扰动冲击传播机理。     

弱互联大区电网联络线功率振荡研究

以华中华北两大电网特高压互联为大背景,研究大扰动(跳机、直流闭锁)下弱互联系统联络线有功功率波动峰值问题.结合实际振荡过程分析了联络线功率波动的特点.通过两机系统模型对联络线功率波动最大值进行了理论推导,分析了影响联络线功率波动峰值的相天因素.指出波动峰值与联络线两侧系统电磁功率突变量的差值成正比,与故障侧系统和对侧系统转动惯量的比值成反比.由于系统电磁功率突变量的差值与故障位置紧密相关,实际系统中故障地点距离联络线落点越近转移比越小.采用华中华北联网系统作为算例对相关结论进行了验证.     

考虑频率与区间联络线功率安全约束的两区互联电力系统机组组合

随着电源结构与电网形态的转变,互联电力系统频率时空分布特征日益显著,区域频率差异与区间联络线功率振荡增大,基于统一频率假设的频率安全约束机组组合方法不再适用。针对考虑频率时空分布特征的两区互联电力系统安全约束机组组合,推导区域频率与区间联络线功率闭式解,并基于闭式解的两项划分,推得区域频率最低点、最大变化率、准稳态值以及区间联络线功率振荡峰值、准稳态值等一系列解析安全量化指标。基于所得指标,构建考虑区域频率与区间联络线功率安全约束的机组组合模型。并根据调度模式与指标特点,提出兼顾区域能力保障与区间能力协调的两级两阶段迭代求解算法。结果表明,所得指标可准确描述两区互联电力系统的安全特征,所提模型和算法可有效保障两区互联电力系统机组组合方案的运行安全。     

IPC增强互联系统稳定性控制策略研究

基于相间功率控制器IPC(Interphase Power Contmller)互联系统,比较了保证电网互联的IPC同步策略。从暂态振荡能量函数角度分析了联络线功率振荡的机理．提出通过调节联络线功率不断削减互联系统暂态振荡能量．从而达到阻尼联络线振荡的IPC参数控制策略。设计了IPC自适应模糊控制器,选择联络线两端电压相位差与联络线功率作为控制信号．对增益系数进行自适应模糊调节。以4机双区域测试系统为例,分多种情况进行了暂态时域数值仿真。仿真结果表明：该控制器能够保证互联系统同步,并有效阻尼联络线功率振荡,联络线传输功率和关键节点电压等指标也可得到保证．     

风电场并网对互联系统小干扰稳定及低频振荡特性的影响

为研究风电并网对互联系统低频振荡的影响,基于完整的双馈风电机组模型,定性分析了两区域互联系统在风电机组并网前后阻尼特性的变化情况.从双馈风电机组并网输送距离、并网容量、互联系统联络线传送功率、是否加装电力系统稳定器等多个方面,多角度分析了风电场并网对互联系统小干扰稳定及低频振荡特性的影响.之后,以两个包括两个区域的电力系统为例,进行了系统的计算分析和比较.结果表明,有双馈风电机组接入的互联电力系统,在不同运行模式下,双馈风电机组的并网输送距离、出力水平、联络线传送功率对低频振荡模式的影响在趋势和程度上均有显著差异,这样在对风电场进行入网规划、设计和运行时就需要综合考虑这些因素的影响.     

超低频振荡中的区间联络线功率振荡现象及机理

超低频振荡是指一次调频中阻尼不足引发的频率整体振荡,一般认为不存在相对振荡情况。然而,在实际区域互联电网的研究中发现,系统频率在超低频振荡的同时,区间交流联络线功率也存在同频振荡现象。文中以两区域互联系统为研究对象,首先,基于分区域等值的统一频率模型,仿真分析了超低频振荡中联络线功率振荡的现象和特征。然后,基于阻尼转矩理论定义了区域电网的综合频率调节效应系数,继而从线性系统稳态频率响应视角提出该现象的发生机理,并讨论了影响因素。研究表明,如果区域之间的综合频率调节效应系数存在差异,即使在超低频振荡达到稳态振荡后,也会导致区间联络线发生与超低频稳态振荡频率相同的功率振荡。最后,以实际电网算例进行了验证,并讨论了该现象可能存在的危害。     

An investigation on interarea mode oscillations of interconnected power systems with integrated wind farms

The ever-increasing penetration of wind power integration into a power system can produce significant impacts on the operation of an interconnected power system. As the major energy conversion technology for large wind turbines, the doubly fed induction generator (DFIG) will play an important role in future power systems. Hence, the impacts of the DFIG on the low-frequency oscillations of interconnected power systems have become an important issue with extensive concerns. This paper examines the impacts of several factors, including the DFIG transmission distance, tie-line power of the interconnected system, DFIG capacity, with/without a power system stabilizer (PSS), on the low frequency oscillation characteristic of an interconnected power system using both eigenvalue analysis and dynamic simulations. To investigate the effects of these factors on the interarea oscillation mode, case studies are carried out on two two-area interconnected power systems, and some conclusions are obtained.     

两区域互联系统交流联络线随机功率波动机制及幅值估计

正常运行时两大区互联系统交流联络线上存在随机功率随机波动的现象,限制了联络线的输电能力。研究了随机功率波动的机制与波动幅值估计。基于系统静态频率特性,推导了两区域交流联络线功率波动的公式,阐明了联络线上的低频功率波动是一种稳态过程,是负荷随机功率波动在全系统中再分配后在联络线上的反映。提出了一种联络线功率波动幅值的概率模糊估计算法。首先通过概率统计的方法来估计系统频率波动幅值的概率分布,再通过模糊数来描述贡献因子的不确定性,最后通过模糊抽样和解模糊来得到联络线功率波动的均值和标准差。通过华北–华中互联系统特高压联络线功率的实测数据验证了所提机制和算法的正确性和有效性。研究有助于掌握两大区互联电力系统的随机功率波动特性,为制定抑制联络线功率波动的措施提供依据。     

基于耗散功率的区域电网强迫功率振荡扰动源定位

持续的周期性小扰动会引发电力系统强迫振荡,通过切除扰动原则可以使振荡迅速衰减。为了能够找到扰动源的具体位置,使振荡快速平息,对共振稳态时线性化系统能量转换特性进行了分析,结合实际电网扰动源自动定位存在的一些问题,对能量函数法进行了改进,提出了利用耗散功率进行扰动源识别的新方法。基于该方法,对4机2区系统、某实际大电网仿真模型以及广域测量系统(wide area measure system,WAMS)实测数据进行了仿真分析,结果表明利用耗散功率能够快速准确地确定强迫功率振荡扰动源的位置,说明了利用耗散功率进行扰动源识别方法的可行性以及对实际电网的适用性。     

基于超导储能装置的联络线功率控制

改变了以往将超导储能装置安装在发电机出口处的策略,利用该装置与系统间有功和无功功率交换的灵活性,进行互联系统联络线的功率控制.控制目标由传统的驱使系统恢复到故障前的稳定运行点,转为跟踪系统惯量中心,以较小的控制代价尽快将系统拉回同步,并迅速平息故障后的区域间功率振荡.利用反步法为超导储能装置的有功环节设计了鲁棒控制器,使闭环系统对建模误差及有界的外部扰动具有鲁棒性.最后利用PSS/E对所提出的控制方案在4机2区系统上进行了数字仿真,证明了该方案的有效性.     

抑制区域间低频振荡的UPFC模糊滑模控制器

低频振荡是区域互联电力系统面对的重要问题。从暂态能量的角度对区域间低频振荡进行了分析,并以暂态能量函数下降为目标,分析了统一潮流控制器(UPFC)抑制区域间低频振荡的原理。进而设计了UPFC抑制区域间低频振荡的模糊滑模控制策略。该策略采用区域联络线电气量作为输入信号,构造滑模控制的切换函数,然后通过模糊控制器输出控制信号,改变UPFC串联侧输出电压,抑制低频振荡。该方法兼具滑模控制与模糊控制的优点,经四机两区域系统仿真分析,验证了所提抑制策略的有效性。     

基于模式综合分析法的联络线功率振荡抑制措施

目前,通过合理地配置电力系统稳定器（PSS）来抑制联络线功率振荡仍然是最经济可行的方法,这需要确定与联络线振荡模式强相关的机组并对相应PSS的参数进行优化,为此,提出了模式综合分析法。该方法通过时域仿真将Prony分析法与特征值法相结合,不但能够分析联络线功率振荡的主导振荡模式及其基本信息,还能给出该振荡模式的模态信息,从而为PSS安装地点的选择提供了依据;同时,引入两点拟合法优化PSS的参数,使其在较宽频带范围内提供超前相位,从而能够抑制多个振荡模式。对某实际电网的仿真结果验证了该方法的有效性。     

互联电力系统联络线功率波动机理及其扰动概率分析

广域测量系统的历史数据中统计的电网每日发生有效扰动次数的突然变化能够反映系统的稳定水平的变化,因此研究并从理论上给出扰动概率和阻尼比的数学关系对分析和评估电网的稳定性具有重要意义。基于此,在分析了计及网络中功率扰动的小干扰计算的基础上,通过分析联络线对扰动的响应,推导得出了联络线功率波动幅值与阻尼比的解析关系。然后,基于扰动服从正态分布的假设给出扰动概率与阻尼比的关系式。最后以10机39节点系统为例进行算例分析,验证了推导得出的联络线振荡幅值解析表达式的正确性和分析了联络线功率扰动概率与阻尼比的关系。研究结果可为广域测量系统历史统计数据的分析及电网稳定性评估提供理论参考。