大功率扰动下计及系统频率分布特性的紧急控制策略研究

电网发生大功率扰动时,系统频率在大幅度偏移情况下,还可能存在明显的时空分布现象.通过对单机系统频率响应特性和两机系统的频率差异的分析,提出了大频差下考虑非线性因素的系统频率解析模型,以此来估算故障扰动下系统频率的最大偏移量.提出通过在不同时间选择在不同地点采取紧急控制的协调配合方法,在减小频率最大偏移量的同时,改善频率...     

计及二次调频独立型微电网快速调频策略

独立型微电网惯性弱、功率波动性强,遭遇大的功率扰动时,主电源调频容量不足易引起系统频率失稳。为了提高独立型微电网暂态频率稳定能力,提出了一种计及二次调频的快速调频策略。首先分析独立型微电网在主电源一/二次调频作用下频率运行区间,并通过仿真研究大扰动下主电源控制行为及频率特征。在此基础上,计及二次调频影响,基于微网协调控...     

电网频率扰动下并网变换器系统暂态稳定性分析

在弱电网条件下,锁相环固有的非线性特性会对电网扰动条件下并网变换器系统的暂态稳定性产生影响.针对并网逆变器系统中电网频率扰动工况,建立了锁相环输出相角的二阶微分方程.基于非线性动力学多尺度法对模型进行了时域解析求解,并量化分析了电网扰动对锁相环输出相角的影响,进一步给出了暂态稳定边界.针对电网频率、电流以及电网阻抗扰动工况,将所建模型的解析解与其数值解、仿真结果进行了对比,并与传统相图分析方法进行了比较,验证了所提出的锁相环暂态解析模型与解析方法的正确性.通过实验进一步验证了暂态稳定边界的有效性.     

并网VSC的大扰动失稳模式

目前并网电压源变换器(VSC)的大扰动稳定研究主要集中于锁相环(PLL)同步稳定问题,缺乏对大扰动失稳模式系统性的研究。基于VSC接入无穷大系统的详细模型,提出了VSC控制环节失稳的定义和判据。发现外环控制、PLL均存在大扰动稳定问题,并存在单调失稳、振荡失稳2种失稳形态。考虑脉宽调制(PWM)饱和后,电流环也可能发生失稳。不同失稳模式下系统稳定边界主要由不稳定极限环、不稳定平衡点的稳定流形以及代表饱和非线性的边界三部分组成。不稳定极限环主要由系统中存在的Hopf分岔产生。若系统工作点靠近Hopf分岔,则稳定边界由不稳定极限环组成,此时系统失稳表现为发散振荡。若工作点远离Hopf分岔,则稳定边界由不稳定平衡点的稳定流形组成,系统表现为单调失稳。通过MATLAB时域仿真对理论分析进行了验证。     

基于模糊自整定PI控制和重复控制的单相正弦脉宽调制逆变电源复合控制方案

提出了一种基于模糊自整定比例积分(ProportionalIntegral,PI)控制和重复控制的新型单相正弦脉宽调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation,SPWM)逆变电源控制方案.利用模糊自整定PI控制增强系统抵抗参数变化和各种非线性不确定扰动的能力,改善了系统的动态特性;利用重复控制改善系统的稳态特性和增强系统克服同频率扰动的能力.仿真实验结果表明,该控制方案使正弦波逆变电源系统获得了良好的稳态和动态性能,在系统含有不同扰动频率时仍具有较好的控制品质.     

低调频容量高比例新能源主导局部电网低频失稳分析

随着局部电网新能源发电比例的提高及调频容量的降低,系统低频段阻抗变化及频率维持特性削弱引发了局部电网的低频失稳现象。现有弱电网假设及固定基频的分析方法与电网调频特性不对应,导致系统低频振荡耦合频率波动失稳机理分析受限。针对含柴油同步发电机组及并网逆变器的局部电网,构建了含电压、电流、基频扰动的涵盖阻抗外特性与基频扰动特性的新能源主导发电模型框架。基于所建立的电网强度与渗透率、网侧等效阻抗的耦合关系,分析了强电网弱化后源网端低频段阻抗变化及衍生低频失稳诱因。构建了含基频扰动项的回比矩阵,分析了频率特性项对系统低频失稳的潜在影响并预判了不同渗透率下系统稳定情况。最后,结合硬件在环实验结果,在临界失稳工况下与传统固定基频分析方法进行对比,所提模型可准确预判低调频容量高比例新能源主导局部电网的低频失稳,验证了上述理论分析的正确性。     

死区和限幅环节对简化水电系统负阻尼时切换型振荡的影响

死区或限幅起作用的单机水电系统负阻尼时超低频频率振荡(切换型超低频频率振荡)可对应类Hopf非光滑分岔;同时,死区和限幅决定非光滑系统结构,影响系统振荡特性。有鉴于此,分析了一次调频中死区和限幅环节对死区和限幅参与的单机水电系统负阻尼时频率振荡及其类Hopf非光滑分岔的影响。具体地,首先,分析了典型死区下,有/无限幅的单机系统在突变负荷扰动下的平衡点和故障后轨线的类Hopf分岔特性;进一步,对比分析了有/无限幅、不同死区大小时,单机系统类Hopf分岔特性的变化情况。结果表明,对应振荡发生/消失的类Hopf分岔点受死区和限幅(系统切换边界)的影响。通过增大死区可在一定程度上避免切换型频率振荡的发生,而设置限幅可避免极端负荷扰动下,系统出现频率失稳的风险。     

电力系统混沌振荡的参数分析

混沌振荡是有别于系统失稳的另一种影响电网安全的因素,章具体描述了电网混沌振荡现象的发生机理并区分了混沌振荡和系统失稳的差异。通过对一非线性电力系统振荡和系统失稳的差异,通过对一非线性电力系统振荡模型的分析,利用动力系统分岔理论,证实了权有限尼而无周期性负荷扰动,则系统不会昆沌振荡,在受到较大的周期性负荷扰动时,则系统将出现混沌振荡,在周期性负荷扰动下,当阻尼纱数接近某个数值时,系统也将出现混沌振     

需求响应参与大规模风电接入下的电力系统频率调节研究

针对大规模风电接入下的电力系统频率稳定控制问题,研究了需求响应对系统频率的调节作用。为了反映风电的特点,建立了大规模风电接入下的电力系统频率响应模型,模型中对风电和火电机组分别进行了建模。风电机组可以通过暂时释放转子动能参与调频,然而在扰动过大时会导致系统失稳。通过采取一种类似于低压低频减载的需求响应控制方法,即在频率跌落时关闭部分用电设备,待频率恢复后将这些设备重新打开,可以为电力系统调频提供支持。仿真结果表明,需求响应与风电机组同时参与电力系统调频,能够克服风电机组的失稳问题,大大提高风电系统的频率稳定性。     

高比例风电电力系统考虑频率安全约束的机组组合

高比例风电接入电力系统导致转动惯量和一次调频能力降低,功率扰动下的频率安全问题凸显,机组组合中需要考虑频率安全约束.首先提出了一种简单实用的频率安全约束条件,当系统满足该约束条件时,给定功率扰动下的最大频率偏差将保持在设定限值内.将该约束条件纳入机组组合模型,同时考虑风电出力为预测区间上下限值时系统仍能够承受给定的功率...     

应用正规形理论分析电力系统奇异摄动模型

随着现代电力系统的日益复杂和非线性程度的增加,电力系统在运行点附近表现出了复杂的动态行为,采用传统小扰动法进行分析难以奏效。应用向量场正规形方法和奇异摄动理论,计及网络结构和负荷特性的影响,通过分析电力系统内部模式间的非线性相关作用来认识和理解系统的动态特性,深化了线性化分析中的特征分析理论,为分析强非线性下系统的稳定性及非线性动态特性提供了一条新的有效途径。采用该方法对一个3机9节点电力系统进行了分析,得出了一些有价值的结论。     

应用扰动观测器的定桨距风力机转速控制

目前,定桨距风力机在大功率应用场合采用恒速运行,若能采用变速控制,则可大大提高风能利用率。由于气动转矩与转速、风速间的非线性关系影响,在高风速区定桨距变速风力机的转速系统已变成一个不稳定的非线性系统。提出采用扰动观测器对气动转矩进行估计和补偿,以消除系统自身的不稳定性,使系统变成一个稳定的线性系统,并基于RT-LAB半实物实验平台设计了风力机的转速控制系统。实验结果表明:定桨距变速风力发电机组能够在设计风速范围内稳定运行,机组完全依靠应用扰动观测器的变速控制就能同时实现低风速区的最大功率点跟踪和高风速区的恒功率控制。     

基于HHT的电力系统暂态复合扰动信号的提取分析与研究

针对电力系统非线性和非平稳性暂态复合扰动信号的提取要求,采用经验模态分解(EMD)从信号的时间尺度特征出发对信号进行分解,实现了信号自适应的频带划分,在此基础上进行Hilbert变换,分离出了各扰动信号的时间、频率和幅值特征,仿真结果表明该方法对电力系统非平稳的扰动信号具有较好的分析效果。     

直驱风电机组与弱电网交互作用稳定分析

网侧变流器作为新能源发电单元与电网的接口,对电网系统的安全稳定运行有着重要影响。以直驱型风电机组网侧变流器为研究对象,采用小扰动数学建模方法,建立了包含锁相环和电压前馈环节的网侧变流器及其控制的数学模型,推导了其dq轴系下动态阻抗解析表达式,发现其阻抗在次同步频带呈负电阻（负实部）特性,与弱交流电网连接存在次同步频带不稳定现象。基于上述现象分析了影响稳定的关键控制参数及其特性,结果表明,增强网架强度、优化锁相环控制参数、增大电压前馈滤波频率可在一定程度上降低系统次同步振荡的风险,最后采用电磁暂态仿真验证了上述分析。     

ITD算法在电能质量扰动信号特征量提取中的应用

针对电能质量扰动信号非线性特点,采用固有时间尺度分解算法(Intrinsic Time-scale Decomposition, ITD)准确快速地提取电能质量扰动信号的幅值、频率、相位、衰减因子、扰动起止时刻等特征量。首先利用固有时间尺度分解算法提取电压扰动信号的固有旋转分量(Proper Rotation Component, PRC)。然后对PRC分量进行Hilbert变换求取相位和瞬时频率,根据高频突变点得到扰动起止时刻;由包络函数得到扰动信号的幅值,并计算衰减因子。运用Matlab对单一和复合扰动信号进行仿真计算,结果表明该方法能准确地识别电能质量扰动信号的特征量,具有抗噪能力,验证了所提方法的实时性和可行性。     

Immersion and Invariance-based Non-linear Coordinated Control for Generator Excitation and Static Synchronous Compensator of Power Systems

In this article, a non-linear coordinated control of generator excitation and a static synchronous compensator is proposed to enhance the transient stability of an electrical power system. The coordinated controller proposed is designed via immersion and invariance methodology. In particular, a non-linear model of the power system and immersion and invariance design method are used to achieve not only power angle stability but also frequency and voltage regulations following a large disturbance (a symmetrical three-phase short-circuit fault) on one transmission line or a small perturbation to mechanical power input to synchronous generators in the system. The controller design is validated using a simulation study on a single-machine infinite bus. Simulation results show that the proposed controller can not only keep the system transiently stable but also simultaneously achieve power angle stability and frequency and voltage regulation.     

基于动态系数法的互联电网K系数调整策略

自动发电控制(automatic generation control,AGC)是控制系统频率和区域间联络线交换功率按计划运行的重要手段。频率偏差系数K对于控制系统稳定和频率恢复起着重要作用。频率偏差较小时,设置区域的最理想频率偏差系数与本区域的自然频率相等,但当区域受到较大扰动时可能不利于系统频率恢复。文中在动态系数法的基础上,综合考虑区域之间AGC配合,确定了在各种扰动发生情况下区域频率偏差系数的方法。算例分析表明,采用该方法有助于提高频率质量,减少无谓控制,改善系统的频率控制特性。     

电力系统共振机理低频振荡扰动源分析

共振机理是解释电力系统发生低频振荡的理论之一。文中根据汽轮机功率扰动引起电力系统低频振荡的共振机理，研究了汽轮机功率变化的原因。应用MATLAB建立了火力发电厂动力系统和电力系统相互作用的机网耦合模型。详细分析了锅炉燃烧率扰动和汽轮机调节汽门扰动能否引起汽轮机功率变化。仿真分析表明，调节汽门扰动频率与电力系统自然振荡频率一致或接近时，均可能引起电力系统发生共振机理的低频振荡。由于锅炉具有很大的惯性，锅炉燃烧率扰动很难引起电力系统发生共振机理的低频振荡。     

考虑低电压穿越场景的频率稳定约束风电承载能力量化方法

具备良好低电压穿越能力的风电机组在故障后有功可逐渐恢复,此过程给系统带来的有功扰动并非阶跃形式。若在评估电网对此类风电的承载能力时仍考虑阶跃扰动,则评估结果将较为保守。针对此问题,提出了可用于量化风电低电压穿越过程系统最低点、平均变化率等关键频率特征的系统频率强度指标,并分析了该指标与系统中风电容量占比的关系。结合该指标和电网对最低点等频率特征的约束,建立了可量化评估低电压穿越场景下系统风电承载能力的双层优化模型,实现了低电压穿越场景下风电承载能力的精准评估。此外,为进一步提升风电承载能力,借助频率强度指标量化分析了给定风电占比目标下,风电机组需提供的最小调频能力。最后,通过仿真验证了所提出的风电承载能力量化方法及提升措施的有效性。     

On the nature of unstable equilibrium points in power systems

The application of direct methods for transient stability analysis of stressed power systems is considered. One of the most important issues in this area is to find the controlling unstable equilibrium point for the disturbance under consideration. A conceptual framework for discussing stable and unstable equilibrium points in power systems based on simple topological arguments is provided. It is shown that every conceivable case of system separation can be related to a specific unstable equilibrium point (UEP) in an unloaded system. This result can be seen as a verification of the soundness of the often-used corrected corner point approximation and ray point approximation, since these two approximations would give the same unstable equilibrium points in an unloaded system. Moreover, an example is given to show that some of the unstable equilibrium points can disappear when the loading of the system increases. The implications of the findings are discussed for the so-called MOD method of finding the controlling UEP, which is used in some software packages. A method based on a combination of the MOD method and the BCU method is outlined and proposed as the subject of future investigation