基于动态相量法的电力电子变换器的模型与仿真分析

电力电子装置在电力系统中得到广泛应用,忽略这类快速控制器件内部动态特性的准稳态模型在进行动态分析时缺乏准确性,而基于时域模型的电磁暂态仿真的仿真规模又受到限制。本文引入动态相量法,用来建立电力电子变换器的非线性、大信号、时不变的模型。仿真结果表明,动态相量模型比传统的稳态相量模型精确,非常接近于时域模型的结果,适合于快速数值仿真。     

时变相量下基于陷波滤波算法的下垂控制方法改进*

传统下垂控制中忽略了功率测量对电压频率有差控制的重要性,功率的测量往往通过一阶低通滤波器来获得,由于低通滤波器低频极点的存在,导致带宽受到限制。因此必须在响应速度与功率纹波抑制之间做出权衡;孤岛逆变器运行系统中,下垂参数的选取对于系统的稳定性和动态响应有着很大的影响,传统准静态相量忽略了系统中动态变化的成分,理论上稳定的控制参数可能导致实际运行系统的不稳定。基于此本文引入了陷波滤波算法建立了感性系统下时变相量小信号模型,给出了更为精确的参数选择范围,在分析系统动态过程的基础上解释了准静态模型下稳定区域增大的原因。陷波滤波算法改善了功率纹波抑制效果和系统响应速度。仿真和实验验证了所提出方法的合理和有效性。     

三相分布参数线路动态相量法的建模与仿真

传统的机电暂态模型由于建立在"准稳态"假设基础之上,因此不能用来仿真变化迅速的电磁暂态过程,而电磁暂态模型,虽然能准确反映电磁暂态过程,但由于仿真步长很小,仿真速度受到限制,不适合用来仿真大型电力系统。该文基于动态相量理论,对三相分布参数的线路进行推导和建模,提出一种适用于分布参数线路的大步长动态相量模型,并分析了其产生的误差。通过对算例的仿真和与电磁暂态模型仿真结果的比较,验证了动态相量模型能突破电磁暂态模型对分布参数线路仿真步长的限制,用来仿真三相分布参数线路上的电磁暂态过程。     

面向宽频振荡抑制的宽频相量测量装置

快速实时测量宽频相量对于宽频振荡抑制有着重要意义。然而,已有宽频相量测量装置主要面向监测类应用,响应速度慢。研制了一种面向宽频振荡抑制的宽频相量测量装置。该装置采用加窗插值离散傅里叶变换算法,实现多模式宽频相量测量;采用较短时间窗缩短算法的动态响应时间;通过2个数字信号处理器并行计算分别完成基波和谐波/间谐波相量测量。通过性能测试发现,所研制的宽频相量测量装置响应速度快、准确度高,能满足宽频振荡抑制等应用对相关性能的要求。     

动态条件下的同步相量测量算法的研究

考虑到电力信号的动态特性,利用泰勒级数对电力信号的时变相量进行建模,并利用相邻采样数据窗的相量测量值来表示相量导数,以此相量导数来修正系统动态特性对相量测量精度的影响。仿真计算以及现场数据的分析研究表明：该同步相量测量算法提高了多种动态条件下(如低频振荡和频率偏移等情况)对信号相量进行测量的精度,与传统相量测量方法相比,虽然运算量有所增加,但仍能够满足现场在线应用的要求。     

基于谐波特性的简化Buck-boost变换器动态相量法建模与仿真

随着大量电力电子开关器件的应用,传统的正弦稳态或准稳态假定在分析某些快速暂态问题上已经难以兼顾速度和精度。动态相量法模型在分析此类问题上比传统的稳态模型精确,非常接近时域仿真结果,适合快速数值仿真。本文对含电力电子开关器件的变换器用动态相量法建立了数学模型,通过对Buck-boost变换器中电感电流和电容电压时域仿真结果的傅里叶(FFT)分析,提出使用直流分量近似时域结果,从而又简化和改进了Buck-boost变换器的动态相量模型。仿真结果表明该模型具有非线性、时不变的特点,能准确反映变换器暂态过程。     

三相不平衡高频振荡的相量测量方法

实时测量高频振荡相量可为高频振荡自适应抑制环节提供信息支撑.然而,高频振荡频率处正负序都可能存在不稳定模式,从而导致振荡信号三相不平衡特征明显,影响高频振荡相量测量准确度.因此,提出一种基于sinc插值函数的高频振荡相量测量方法.首先,对系统三相信号进行Clark变换;然后,基于sinc插值函数对负序振荡分量进行建模,进一步求解得到高频振荡相量和频率;最后,通过采用数值仿真信号、PSCAD仿真数据和实测数据进行测试发现,所提方法比传统方法具有更好的负序分量干扰抑制能力,准确度更高.     

电压源型直流输电的动态相量建模与仿真

为适应电力系统快速精确仿真和分析控制的需要,采用了一种新的建模方法—基于时变傅立叶级数的动态相量法,对电压源型直流输电(VSC-HVDC)进行建模和仿真。该方法通过保留与系统状态变量相对应的时变傅立叶级数中的重要项对原系统进行简化,首先建立用开关函数描述的VSC-HVDC换流站详细时域模型,在此基础上,给出VSC-HVDC动态相量模型的详细推导过程。在对VSC-HVDC进行动态相量建模的过程中,换流站的开关函数考虑直流分量和基频分量,直流传输线路只考虑直流分量,从而大大简化高频开关过程,在保证仿真精度的同时,大大缩短了仿真时间。通过MATLAB仿真软件用动态相量模型与详细时域电磁暂态(EMT)模型分别对VSC-HVDC进行仿真比较的结果表明,动态相量模型精确而有效,不仅可以精确描述VSC-HVDC的暂态变化过程,而且可以大大节省仿真计算时间。     

A novel hybrid state estimator for including synchronized phasor measurements

State estimator is crucial for on-line power system monitoring, analysis and control. With the increasing use of synchronized phasor measurement units (PMU) in power grids, how to utilize phasor measurements to improve the precision of state estimator becomes imperative. Since there are lots of traditional measurements in SCADA system and it is hard for phasor measurements to replace them in the near future, the best way is to develop hybrid state estimator which includes both phasor and traditional measurements to get better behavior. In this paper, a novel state estimator for including voltage phasors, branch current phasors and traditional measurements is proposed. The detailed model and how to calculate covariance matrix of PMU measurements are described in detail. New England 39-bus system and IEEE 118-bus system are used as test systems and the simulation results demonstrate that the proposed state estimation algorithm improves the precision greatly and gets better behavior as compared with other state estimators with or without phasor measurements.     

非接触式电压相量测量算法

同步相量测量技术为电网动态安全监测提供了数据基础,非接触式电压传感技术具备安全、便捷、成本低的优势,有利于测量装置实现海量布点。现有非接触式电测量的缺陷在于复杂电压经探头传变后二次侧输出电压发生畸变,难以还原一次侧电压相量。为解决电压畸变问题,文中提出了一种对带内信号分频计算的相量测量算法。首先对探头输出电压进行预处理,滤除带外信号与噪声,随后采用矩阵束法计算带内信号频率,以此构建信号模型进行时域拟合求解带内信号相量,最后将带内信号相量还原至一次侧后合成得到综合相量。仿真结果表明,所提方法能够利用探头二次侧输出电压采样值计算一次侧电压相量。实验数据显示所提方法的幅值测量误差小于4.5%,相位误差小于1°,频率误差小于0.04 Hz,频率变化率误差小于4 Hz/s。     

基于暂态相控大电流的继电保护无负荷相量测量方法

针对一次设备带负荷前继电保护设备无法开展带实际负荷验证保护方向问题,提出一种基于暂态相控大电流的继电保护无负荷相量测量方法。注入电流互感器一次暂态大电流相位与参考电压保持固定角度,在电流互感器二次回路及继电保护装置回路中以录波方式测量参考电压与电流互感器变换后的暂态电流相位是否仍然保持固定角度,确定带方向保护功能的正确性,实现电流互感器极性、电流互感器二次回路注流、带负荷相量测量三项试验在设备正式带电前一次完成。     

Estimation Methods of Short Circuit Current Using Normal PMU Measurements and Field Testing

This paper proposes estimation methods for short circuit currents using phasor measurement unit (PMU) measurements (phasors). The methods follow the basic notion of representing the source side of a power system by an equivalent circuit with a voltage behind a back impedance, and employ a set of voltage and current phasors measured at substations during the normal variation of loads in their estimation. In order to improve the estimation accuracy of the proposed methods, the concept of using the changes between consecutive phasors is introduced. Furthermore, to make the methods applicable to a real‐world system, the concept of a reference phasor, used to remove the effects of system‐wide frequency variations and a filtering process to filter out the outlier phasors, is proposed and implemented. The validity and effectiveness of the proposed methods were checked and confirmed through experiments and field tests.     

电网电压不平衡条件下并网逆变器的动态相量模型

为适应电网电压不对称条件下微电网快速精确仿真和分析控制的需要,采用了一种新的建模方法。基于时变傅里叶级数的动态相量法,分别取正负序分量的一阶动态相量,无需进行2倍频滤波,减少了模型的计算量。建立了电网电压不平衡条件下并网逆变器的动态相量模型,并在Matlab/Simulink中建立三相电网电压不平衡条件下逆变器输出的详细时域模型,对两个模型进行仿真分析。通过对两个模型的仿真结果进行比较分析,结果表明所提的在电网电压不平衡条件下动态相量模型的正确性和有效性,为并网逆变器和微电网的不对称分析和控制提供了一种新方法。     

基于线路参数修正的同杆双回线故障定位方法

当电力系统在功率低频振荡等动态情况下发生故障时,电力信号的幅值和频率往往表现出一定的动态特性,然而目前大部分同杆双回线故障定位方法并未考虑这一因素。为此提出了动态条件下基于线路参数修正的同杆双回线故障定位方法,新方法拓展了传统的静态信号模型,建立时变的信号模型使其能正确表示信号的动态特性,并加入基于同步相量测量单元(phasor measurement units,PMUs)的动态同步相量测量算法估计的信号相量值,从而可以在动态条件下精确修正线路参数,最后通过牛顿迭代算法得到准确的故障距离。应用PSCAD/EMTDC软件模拟各种工况对算法进行验证,仿真结果表明:与传统的算法相比,经过线路参数修正的方法在动态条件下具有较高的故障定位精度,并且不受故障位置、过渡电阻、故障类型和故障初始角的影响。     

电力系统次同步和超同步谐波相量的检测方法

针对现有基于基波相量检测的动态监测装置和系统不能满足精确检测次(超)同步谐波的要求,提出一种能够同时检测次(超)同步谐波和基波相量的新方法,它改进了现有定间隔采样相量校正算法,通过自动频率检测、多模式滤波和相量校正方法,可在信号内包含多个非整次谐波分量的情况下,高精度检测出所有次(超)同步谐波和基波相量。给出了检测方法的原理和实现,采用理想测试信号和工程实际数据测试并验证了方法的精度和抗噪声能力。     

动态相量法在电力系统暂态分析中的作用

随着FACTS等电力电子器件在电力系统中的广泛应用,电力系统暂态分析应充分考虑这些元件引起的快速暂态过程.介绍了动态相量法,它可以用来建立电力系统元件的非线性、大信号、时不变的模型.动态相量法可能为电力系统电磁暂态与机电暂态混合仿真提供有利的工具.     

基于SDAE-ELM伪量测建模的高容错快速状态估计方法

目前在电力系统中无法保证相量量测单元完全覆盖的情况下,状态估计需要采用相量量测单元（phasor measurement unit, PMU）与数据采集与监控（supervisory control and data acquisition, SCADA）混合量测进行传统非线性状态估计,但是SCADA数据精度低,含有较多不良数据,同时混合数据需要迭代求解,会导致计算效率低且存在截断误差。针对该问题,文章提出了一种基于堆叠去噪自编码器（stack denoising autoencoder, SDAE）与极限学习机（extreme learning machine, ELM）伪量测建模的电力系统高容错快速状态估计方法。其将含有不良量测的SCADA量测数据作为SDAE-ELM伪量测模型的输入,节点电压实部与虚部作为输出,根据历史数据进行训练得到伪量测值与伪量测误差模型,训练完成后得到精度较高的伪量测;将伪量测与PMU量测一起进行快速的线性状态估计。仿真结果表明,所提方法在保证估计精度的基础上,提高了计算效率,验证了所提方法的有效性。     

多电压等级直流配电网平均动态相量建模及稳定性分析

为了精确实现多电压等级直流配电网的稳定性评估和时域模拟,提高系统分析效率,提出基于双有源全桥(DAB)直流变压器电流重构的多电压等级直流配电网平均动态相量建模方法.以系统中各变量的动态相量作为状态和输入变量,并通过忽略其高次分量,降低模型的复杂性.引入误差修正,将等效移相占空比作为修正后的代数变量,降低忽略高次动态相量所引起的偏差,实现对平均动态相量模型中直流变量的准确表征;采用傅里叶级数对模型无法精确描述的变压器电流进行重构,实现对平均动态相量模型中交流变量的准确表征.在单个DAB变压器平均相量模型基础上,引入直流线路方程,形成可拓展的系统全局模型.分析对比基于MATLAB/Simulink的多电压等级直流配电网平均动态相量模型和电磁暂态模型,在负荷突增和断线故障2种场景下证明所提出的平均动态相量模型和电流重构方法的正确性和准确性,并在变压器频率和漏感变化时,验证了系统全局模型的稳定性.     

电力系统暂态信号分析中小波基的选择原则

讨论了电力系统中常见的暂态信号分析应用，如电力暂态信号检测、去噪与数据压缩以及暂态信号定位等，对这些应用中小波基的选择原则进行了系统的分析研究。研究结果表明，具有高阶奇异性的电力暂态信号必须选择具有相当消失矩的小波基；低频载波中检测弱暂态，应尽量选择中心频率较高的小波基；窄带干扰中提取暂态信号，应选择过渡带窄工具有良好分频能力的高阶小波；去噪、滤波和数据压缩方面，B系列小波具有更好的噪声抑制能力；电力系统故障暂态信号与峰值突变更接近，因此，在暂态信号定位时，一般应选择对称小波对故障暂态信号定位。应用中除选择恰当的小波基外，应根据被分析信号选择合适的分析尺度。