暂态稳定计算中的网络方程

在电力系统暂态稳定计算中,解网络方程是最复杂、计算时间最长、占用内存最多的部分。特别是在多重不对称故障或操作和操作频繁时,解网络方程成为一个棘手的问题,使得有些计算程序只能适用于某些故障或操作。参考文献[1]中电力系统复杂故障计算采用修改导纳矩阵法。这种方法概念简单,适用于任何地点、任何类型、任意重的故障或操作的计算,而且具有编写程序容易、计算速度快、占用内存不多的优点。本文将参考文献[1]提出的计算电力系统复杂故障的网络方程,经过适当的变换,推导出适用于暂态稳定计算的网络方程。由参考文献[1]可知,电力系统不对称网络方程为     

考虑参数频变特性的风机塔体雷电暂态计算

为了采取有效的防雷保护措施,在考虑参数频变特性的条件下,提出了计算风力发电机组塔体雷电暂态响应的数学模型。将塔体用网格线进行划分,划分后的每一段导体等效为一个耦合的π型电路,推导了计算电路中阻抗和电容参数的公式。在频域中建立了塔体的网络方程,通过求解方程得到塔体雷电暂态响应的频域解。运用指数采样的傅立叶反变换求取了暂态响应的时域解。将计算结果与文献中实验值进行比较的结果表明,二者基本符合。分析了雷击点及雷电流的波形等对塔体雷电暂态响应的影响,结果表明,雷电流的波前越小,塔体的暂态响应波形陡度越大;雷电流从多点注入时支路电流的幅值低于从一点注入情况下的电流值。该计算结果可为风电系统的防雷设计提供依据。     

含非同步机电源交流电网暂态稳定性的电磁暂态仿真研究

随着非化石能源占一次能源比重和电能占终端能源比重的大幅度提升,大量非同步机电源通过电力电子换流器并网,导致同步机电源在电网中的主导地位被打破,使原本复杂的电力系统稳定性问题变得更加复杂。针对包含非同步机电源的交流电网的暂态稳定性问题,基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC,在2区域4机系统中,通过逐步等容量替换同步机电源,仿真研究分析了交流系统临界清除时间随非同步机电源比例、非同步机电源同步机制、非同步机电源并网位置、故障类型和故障位置5个影响因素的变化趋势。仿真结果表明,随着系统中非同步机电源占比的增加,系统的暂态稳定性逐渐增强。当系统中非同步机电源占比相同时,非同步机电源分散并网可以同时增强所在区域的暂态稳定性;在非同步机电源占主导的交流电网遭受故障时,暂态响应快,故障恢复时间短,不会表现出同步机电源的功角特性。     

基于逆变型电源暂态电流回代的系统级故障暂态解析

随着高比例电力电子设备和高比例新能源的接入,未来电力系统需要全时域量保护以应对系统复杂的故障特征。系统级故障暂态分析作为时域量保护的研究基础具有重要意义。鉴于逆变型电源(IIG)的受控特性,系统级故障暂态解析需应对机组输出电流的动态相位换算和多机系统方程高阶求解2个挑战。文中提出一种基于IIG暂态电流回代的系统级故障暂态解析方法。通过分析机组输出功率与端电压相位间的动态关系,实现了IIG暂态电流向统一参考系的动态相位换算;对系统方程进行暂态修正从而避免了高阶运算;在此基础上,网络节点暂态电压可由各机组暂态电流线性求解,进一步得到故障点及全网暂态电流的时域精确解。仿真验证结果表明,所提方法可实现较为精确的系统级故障暂态解析。     

用PC—1500袖珍计算机实现电网的静态等值

随着电力系统规模的日益增大,电力网络也越来越复杂,在进行电力系统的潮流、短路及稳定等问题的计算时、往往需要对系统进行适当的简化处理,利用等值的方法来取代系统中不感兴趣的部份,以缩小系统规模。系统经过一系列的等值简化后,减少了网络节点方程的阶数,降低了对计算机内存的要求,及减少了计算需要的时间,从而直接影响到解算的工作量与速度。因此,等值化简网络是我们在进行电力系统计算及分析中不可缺少的重要手段。本文主要概述利用电子计算机来进行电力系统的等值简化,以     

基于相平面轨迹凹凸性的暂态稳定性判别方法评述

基于响应的暂态稳定判别与控制技术是目前电力系统暂态稳定分析领域的热点,该技术具有不依赖于系统模型及参数、可以实时判别和计算量小等优点。其中基于角速度-功角相平面轨迹凹凸性的暂态失稳判别是-个活跃的研究分支。本文对这种暂态稳定性判别方法的原理进行了介绍,进而对方法应用于多机系统时存在的问题进行了分析和评述,并对IEEE 39节点系统进行了仿真分析。结果表明:该方法应用于多机系统时,由于分群的不正确及聚合等值后单机系统参数的时变性易造成相平面轨迹的复杂特性,从而容易将稳定案例误判为失稳。     

含分频风电的电力系统机电暂态计算方法以及暂态特性分析

对含分频风电的电力系统机电暂态计算方法以及暂态特性进行了分析。首先,建立了交交变频器的准稳态模型,该模型反映了暂态过程中变频器两侧的电压、功率关系。其次,提出了含分频风电的电力系统暂态稳定算法。该算法将交交变频器准稳态模型与低频、工频两侧的网络方程相连得到系统网络代数方程。同时,利用交替迭代法对系统微分—代数方程组进行求解。最后,对含分频风电的电力系统的暂态稳定特性进行了分析。分析结果表明,由于低频侧电抗仅为工频系统1/3左右,故障时低频风力发电机转速响应的阻尼高于同距离的工频系统。同时,当低频侧故障时交交变频器对工频侧发电机的振荡具有明显的抑制作用。     

基于内嵌物理知识卷积神经网络的电力系统暂态稳定评估

针对现有数据驱动的电力系统暂态评估方法依赖大规模数据集且可解释性不足的问题,文中将物理知识嵌入传统数据驱动方法,提出一种基于内嵌物理知识卷积神经网络的电力系统暂态稳定评估方法。该方法考虑大规模风电并网的电力系统,将电力系统暂态稳定物理方程内嵌至神经网络损失函数,通过神经网络直接逼近物理过程,使输出结果满足物理规律,提高暂态稳定评估的可靠性与可解释性。通过数据与知识双驱动,所提方法不依赖大规模训练数据集,依然具有较好的鲁棒性与泛化能力。此外,所提方法通过卷积神经网络进行特征提取与降维,解决拓扑数据无法直接作为神经网络输入的难题。在含风机的IEEE 9节点和IEEE 39节点测试系统上的实验结果表明,所提方法在准确率、计算效率、泛化能力等方面相较现有方法有显著提升。     

同步发电机不同实用模型对暂态稳定极限准确性的影响

电力系统暂态分析常用的发电机模型是在Park方程基础上引入不同假设得到的假设A和假设B实用模型。为了研究两种实用模型对同步发电机暂态稳定极限计算结果准确性的影响,以单机无穷大系统为例对两种实用模型计算的暂态稳定极限进行对比分析,并用经过实验验证的时步有限元结果对其进行校核;对比分析了发电机与系统强弱连接时,不同发电机模型所计算的暂态稳定极限的差异。通过分析得出,假设A计算的暂态稳定极限功率与时步有限元模型结果更接近,因此该模型更为准确。     

基于相对动能的电力系统暂态稳定实时紧急控制方案

为了实现基于响应的电力系统暂态稳定实时紧急控制,提出了一种基于相对动能概念的紧急控制方案。该方案通过转速差相对功角差变化趋势实时辨识电网暂态稳定性,当判断出系统将会失去功角稳定时,基于两机系统中相对动能的概念计算剩余加速面积,进而同步得到切机措施量。考虑了控制动作延迟时间的影响,使得计算结果更加可靠。该方案脱离了电力系统的元件模型和运行方式的计算,只需利用系统的动态响应曲线,适应任意复杂的运行方式和故障形式。计算仅使用实测的发电机功角和转速量,计算量小,使用方便灵活。通过新英格兰10机39节点算例验证了该方案的有效性。仿真结果表明,该方案可以防止系统进一步恶化甚至造成大停电事故,加强了电网安全稳定防御体系,具有很好的工程实用价值。     

极坐标形式的暂态稳定约束最优潮流的简约空间内点法

暂态稳定约束最优潮流是协调电力系统运行动态安全性与经济性的有效措施。针对直角坐标及混合极坐标模型存在形式复杂、不易实现的问题,建立了极坐标形式的暂态稳定约束最优潮流模型。该模型将潮流方程及转子运动方程统一到极坐标形式下,简洁明了,便于记忆及编程。为提高求解速度,采用了原始-对偶内点法和简约空间技术相结合的简约空间内点法。这一方法非常适合于自由度小的大规模暂态稳定约束最优潮流问题,它缩减了求解修正方程所耗用的时间,提高了计算效率,降低了内存消耗。对9节点至300节点等五个系统的计算表明了所提方法的鲁棒性、高效性。     

基于潮流及短路计算的电力系统Ward等值实现方法

对电力系统进行电磁暂态计算,需搭建原系统的等值模型。在电力市场环境下,由于商业机密,相关从业人员可能不具有电力系统外部网络信息,或不具备对大型电力系统进行等值的软件模块,这给工程计算带来了困难。针对这一问题,提出一种基于潮流和短路计算的电力系统Ward等值实现方法。首先将内部网络流向边界节点的电流作为边界节点的等效注入电流,进而对边界节点进行短路电流计算,获得相应的短路电流和节点电压,最后通过节点电压方程求解等值系统参数。理论和实际系统算例分析表明,该方法具有极高的准确性。     

电子式互感器暂态特性测试系统的研制

电子式互感器暂态特性必须采用直接法进行测试,现有的测试方法投资大、试验控制复杂,并不适合工程化的现场应用,针对该问题,提出了一种以三套电源装置为核心的暂态特性测试系统,测试系统通过计算机进行波形的计算、分解以及组合控制,提供宽范围的调节能力,合成一次侧全偏移暂态电流。该试验装置能够提供真实的暂态电流试验条件,对互感器的出厂检验和高压电力系统交接试验具有一定的指导意议和应用价值。     

基于一维卷积神经网络的电力系统暂态稳定在线评估

传统电力系统暂态稳定评估基于时域仿真计算,计算复杂度高,难以在线应用。提出一种基于一维卷积神经网络的电力系统暂态稳定在线评估,可极大提升暂态稳定在线评估速度。通过马尔可夫链蒙特卡洛抽样算法进行电力系统运行状态模拟,生成大规模运行数据。通过电力系统时域仿真计算确定发电机最大功角差。将电力系统运行数据作为一维卷积神经网络的输入,发电机最大功角差作为输出,训练一维卷积神经网络。在线应用场景下,一维卷积神经网络可基于当前运行数据快速计算发电机最大功角差,实现暂态稳定性在线评估。新英格兰39节点系统验证了所提在线评估算法的可行性。     

电力系统暂态稳定计算的一种时间并行算法

介绍了一种电力系统暂态稳定计算的时间并行算法。该算法应用隐式梯形积分法将描述电力系统有关元件动态特性的微分方程转化成差分方程，采用牛顿法对相应的差分方程和网络代数方程进行联立求解。借助于流水线处理技术的思想方法，实现了对暂态稳定计算中多个积分时间步的并行求解。描述了所提出的算法在IBM-SP2并行计算机上的实现方法。通过大型电力系统的仿真计算，对所提出的时间并行算法进行了评估。     

基于CBAM-CNN的电力系统暂态电压稳定评估

为进一步提高电力系统暂态电压稳定评估模型的特征提取能力和模型在系统拓扑结构发生变化时的适应性,提出一种将改进的卷积神经网络与迁移学习相结合的方法。首先,在卷积神经网络的卷积层后插入卷积块注意力模块,对输入的数据从通道和空间两个独立的维度依次提取特征,提高卷积神经网络对系统暂态电压状态的识别能力。然后,将该模块与微调技术相结合,提高模型在系统拓扑结构改变时的在线更新速度。最后,算例分析验证了所提模型的有效性。     

基于逆变型电源暂态电流回代的系统级故障暂态解析

随着高比例电力电子设备和高比例新能源的接入,未来电力系统需要全时域量保护以应对系统复杂的故障特征.系统级故障暂态分析作为时域量保护的研究基础具有重要意义.鉴于逆变型电源(IIG)的受控特性,系统级故障暂态解析需应对机组输出电流的动态相位换算和多机系统方程高阶求解2个挑战.文中提出一种基于IIG暂态电流回代的系统级故障暂...     

复杂水力系统模型对多机系统暂态稳定计算的影响

以具有上下游调压井的典型复杂水力系统为对象,建立了用于电力系统暂态稳定分析的水轮机和输水系统不同形式的数学模型。利用电力系统分析综合程序提供的用户自定义模型接口功能,在多机系统暂态稳定计算中分别计入水力系统不同模型,分析了水轮机和输水系统不同模型对暂态稳定计算结果的影响。     

用于系统直流电压控制尺度暂态过程研究的电压源型并网变换器幅相运动方程建模与特性分析

随着电压源型并网变换器(voltage source converters,VSCs)的大量使用,新型储能元件——直流电容在现代电力系统中已广泛分布。装备各直流电容在系统暂态过程中的能量积累与能量交换,可能引发系统出现与直流电容状态量(即直流电压)动态尺度相近的暂态稳定问题(文中称作直流电压控制尺度暂态稳定问题)。关于此,目前的文献在装备层面针对VSC直流电压的暂态行为及其控制优化进行了一些分析,但缺乏对多台VSC装备并入系统后因相互作用所引发的系统层面直流电压控制尺度暂态问题的研究。而认识VSC并网装备直流电压控制尺度下的暂态特性是研究现代电力系统相应尺度暂态过程及稳定性的基础。该文基于VSC完整矢量控制策略(包括直流电压、锁相及端电压控制等),应用幅相运动方程的建模方法建立适用于VSC直流电压控制尺度暂态特性分析的暂态模型。该模型为如何描述VSC并网装备相对电网的暂态特性提供了一种新的视角,使电气工程师可以像理解熟悉的同步机一样去理解VSC并网装备。最后,在Matlab/Simulink中验证了所建模型的正确性,并基于该模型分析了VSC对不同功率扰动的开环暂态响应特性及其与同步机暂态响应规律的异同。     

计算机在电力系统分析计算中的应用(续七)

第六讲电力系统稳定计算电力系统稳定计算是研究系统受到扰动以后,各发电机组是否具有维持同步运行的能力。由于电力系统失去稳定属于恶性事故,会引起大面积停电,给国民经济造成严重损失。为此,稳定计算在电力系统设计和运行工作中,得到了广泛的应用。电力系统稳定计算,是电力系统常规计算中最复杂的一种。它可以分为静态稳定和暂态稳定计算两种。由于篇幅所限,这一讲只重点介绍电力系统简化的暂态稳定计算。§6—1 概述电力系统稳态运行时,各发电机输出的电磁功率与原动机输入的机械功率相平衡,所有发电机以同步速度运行。当系统受到扰动以后,发电机与原动机间的功率平衡受到破坏,系统内将出现一系列暂态过程,如发电机的机械暂态过程、电机内部的电磁暂态