电力系统主导振荡断面的快速判断

依据扩展等面积准则(EEAC)的分群理论,在发电机采用经典模型、群内机组同调的条件下,推导出电力系统主导振荡模式的估算公式.据此分析了影响振荡频率的主要因素为联络线电抗以及区域等值惯量,并得出系统易发生振荡的主导断面应位于两侧区域惯量最接近的系统联络线上.以10机39节点新英格兰系统为例,将系统主导模式的解析估算频率及分群结果与特征根结果相比较,验证了前者的正确性.进一步以我国实际互联大系统为例,在系统的不同地点设置扰动,用傅里叶方法提取受扰轨线的振荡模式,并将该结果与估算结果相对照,表明根据解析估算结果计算系统的主导振荡频率、判断主导振荡断面的方法可行且简单快速.     

考虑构网型与跟网型逆变器交互的孤岛微电网小信号稳定性分析

随着新能源在电力系统中的渗透率越来越高,低惯性成为以新能源为主体的新型电力系统的重要特征,极大影响了系统的同步稳定运行能力。由于缺少大电网的频率支撑,孤岛微电网在故障扰动下将产生频率偏移现象。同时考虑新能源渗透率和频率偏移的影响,研究低惯量孤岛微电网的小信号稳定性。低惯量微电网由构网型逆变器和跟网型逆变器组成,其中构网型逆变器采用虚拟同步机控制策略。首先建立了孤岛微电网的全阶小信号模型。应用特征值分析法,揭示了2种类型逆变器的功率渗透率对微电网系统小信号稳定性的影响规律。进一步利用参与因子法分析了系统参数和控制参数对微电网系统稳定性的影响程度。最后仿真结果验证了理论分析的准确性。研究成果为低惯量微电网中2类逆变器的容量规划、参数设计和控制器优化提供了理论支撑,旨在提高微电网的小扰动同步稳定性。     

考虑小干扰稳定性的风火打捆配比优化

风火打捆是新能源基地电力外送的重要方式,研究风火打捆系统小干扰稳定性具有重要意义.本文研究了风火打捆系统的小干扰稳定性分析方法,基于互联电网构建的等效两机系统,推导了风火打捆系统区间振荡模态与风火打捆外送功率和系统等效惯量的关系,构建了考虑小干扰稳定性的风火配比优化模型.最后,通过风火打捆测试系统对所提优化方法进行验证.结果表明所提方法能够准确估计出风火最优配比,使风火打捆系统满足小干扰稳定的要求,并且保证了风火打捆系统功率外送能力.     

大区联网条件下四川电网低频振荡分析

针对川渝、华中、华北、山东等电网的互联,求出了与四川电网相关的系统主导低频振荡模式,研究了区域电网互联出现的低频振荡问题。分析了区域间弱阻尼低频振荡模式及发电机在振荡中的作用。利用Prony分析方法检测出了这些主振模式,验证了小干扰稳定分析的正确性。用数值微分方法计算了系统某些运行参数对系统主导振荡模式的灵敏度,分析了这些参数在小干扰稳定中的作用。研究了电力系统稳定器对系统主导振荡模式的阻尼作用。     

新能源高占比电力系统惯量相关问题研究

惯量在维持电力系统暂态稳定中具有重要作用，尤其是由于功率扰动引起的频率稳定问题。为了最大限度地实现“双碳”目标，新型的新能源高占比的电力系统必将成为我国电网建设的主体。然而，由于大规模新能源并网导致的低惯量问题，不仅影响了电力系统频率稳定性，而且也使电网的动态行为更加难以预测。介绍了惯量的基本概念，并分析了近些年由于缺乏足够系统惯量支撑能力而引起的频率波动、切负荷以及停电事故。从惯量的时空分布特性以及新能源高占比电力系统的等效惯量评估两方面对低惯量电力系统的研究方法和研究成果进行归纳梳理，给出了提升惯量支撑能力的措施和今后研究低惯量电力系统的建议。     

双馈风电机组虚拟惯量控制对系统小干扰稳定性的影响

含虚拟惯量控制的双馈风电机组与电力系统的动力学特性存在耦合关系,而锁相环的跟踪能力将直接影响虚拟惯量的控制输入量,因此,考虑虚拟惯量控制的双馈风电机组在锁相环作用下,对系统小干扰稳定性的影响成为亟需解决的问题。首先,计及双馈风电机组的转子电压、锁相环、虚拟惯量控制、转子侧变频器、风电机组机械部分等暂态特性,建立了考虑锁相环与虚拟惯量控制的双馈风电机组并网的互联系统小干扰模型。在此基础上,考虑到锁相环与虚拟惯量控制均会影响同步发电机振荡模态,采用解析的方法从机理上揭示了二者共同作用下系统的小干扰稳定性,即对于含虚拟惯量控制的双馈风电机组,锁相环主要通过影响虚拟惯量对系统的参与程度进而影响系统阻尼:锁相环比例—积分(PI)参数越小,虚拟惯量控制状态变量对区间振荡模态的参与因子越小,机电振荡模态阻尼比越大,这与不含虚拟惯量控制的双馈风电机组中锁相环对系统阻尼特性的影响相反。仿真结果验证了所建模型的合理性与分析结果的正确性。     

基于机电扰动传播特性的电网惯量分布辨识方法

大规模新能源通过电力电子设备并入电网,影响电力系统的动态运行特性。惯量是反映电网抗频率扰动能力的重要特性指标。基于机电扰动传播特性建立数学模型,通过分析扰动传播速度与惯量之间的映射关系,提出了电网母线节点的惯量分布辨识方法,实现对电网不同节点的频率抗扰动能力的在线评估。基于惯量分布结果,进一步评估了新能源接入对电力系统惯量特性的影响。通过IEEE 39节点系统仿真验证了所提惯量分布辨识方法的有效性,分析了新能源接入对电网惯量分布的影响。     

考虑频率空间分布特性的虚拟惯量配置优化

高比例电力电子设备并网改变了电力系统频率响应特性,使各节点的频率动态异质化明显,导致低系统惯量、弱频率稳定等问题。电力电子装备提供虚拟惯量支撑是提升频率稳定性的有效途径之一。为改善以新能源为主体的新型电力系统频率响应性能,提出一种考虑新型电力系统频率响应空间分布差异化的虚拟惯量配置优化方法。首先,基于分频器理论,构建反映频率空间分布差异特性的系统频率响应模型。其次,为定量描述惯量分布对节点频率响应性能的影响,提出节点惯量指标与节点动能偏差指标。然后,考虑频率空间分布特性,以优化扰动后各节点的能量不平衡为目标,建立虚拟惯量配置优化模型。最后,通过仿真验证了节点惯量指标有效性以及所提虚拟惯量配置方法对系统节点频率稳定性的提升作用。     

大规模风电接入电力系统的概率小扰动稳定性分析与优化控制

确定性模型的特征值分析方法难以准确评估含大规模风电电力系统的小干扰稳定性,为此提出一种概率小 干扰稳定的分析方法.首先,通过Weibull分布描述风速的不确定性,利用极大似然法并结合实测数据计算Weibull 分布的形状参数及尺度参数.其次,提出基于点估计的小干扰概率稳定分析,利用半不变量法和Cornish-Fisher级数 展开法拟合输出状态变量,获得输出变量的概率分布.最后,以区域振荡模式阻尼比为优化目标,以电力系统频率稳 定为约束,优化风力发电系统的虚拟惯量控制参数,提高含大规模风电的电力系统小干扰稳定性.仿真计算结果表 明,通过对风电机组的虚拟惯量参数优化,可提高含大规模风电的系统阻尼比,有效改善系统的小干扰稳定性,为高 渗透率风电接入电力系统的安全可靠运行提供一定的理论基础.     

直驱永磁风电机组虚拟惯量控制对系统小干扰稳定性影响分析

虚拟惯量控制方式下,直驱永磁风力发电机组(DDPMSG)能够为电力系统提供较好的频率支撑,但虚拟惯量控制使DDPMSG与系统之间产生了新的耦合关系,给系统的小干扰稳定带来新的影响。建立了包含DDPMSG的风电并网系统状态空间平均模型,并通过线性化得到其小信号模型。基于该小信号模型,利用特征分析法分析了虚拟惯量控制的比例系数和微分系数对风电并网系统的小干扰稳定性的影响,同时对比分析了虚拟惯量控制及最大功率跟踪控制对系统小干扰稳定的影响。结果表明虚拟惯量控制对系统阻尼特性的影响与DDPMSG接入系统的位置及容量有关,且主要影响其所接入区域的局部振荡模式和系统的区域振荡模式。     

微电网电磁时间尺度相角稳定性分析

随着电力电子化的分布式可再生能源大规模接入电网,同步振荡和谐波失稳现象越来越受到人们的关注。相较于传统的电力系统,新型微电网更多地表现出负阻抗性、低惯性、负阻尼性和能量的双向流动性。基于此,文章提出了一种基于小信号的电磁时间尺度相角稳定性分析方法。首先,建立了电磁时间尺度电力变换器的小信号模型,通过系统相角与分布式电源无功功率的内在联系得到电力变换器的相角稳定性指标;然后,建立了电力变换器的闭环传递函数并通过特征值分析得到相角稳定域;最后,通过仿真和实验验证了所提的微电网电磁时间尺度相角稳定性分析方法。     

风电采用MGP并网的小干扰建模和阻尼特性

针对高比例新能源给电网带来的低惯量和弱阻尼问题,提出新能源同步机的并网方式,即新能源驱动同步电动机—同步发电机(MGP)后并网。详细阐述了MGP的小干扰建模方法。首先,分析MGP的功角关系并考虑励磁系统动态,建立包含自动电压调节器和电力系统稳定器的小干扰模型,指出MGP存在阻尼转矩叠加效应。然后,考虑双馈风机状态变量,建立其与MGP对接的完整的小干扰状态方程。在此基础上,推导了基于K系数的动态特性和转矩分量表示法,揭示MGP的阻尼转矩叠加效应的本质是双励磁耦合特性。最后,基于模型建立单机无穷大算例,对比了MGP和传统机组的小干扰稳定特性;在双馈风机采用传统和MGP两种并网方式下,研究了双励磁耦合特性对风机主导的振荡模态的影响。结果表明,提出的小干扰建模方法可以准确反映MGP系统的双励磁耦合特性,该特性能够有效提升阻尼转矩分量和改善系统振荡模态。     

改善含风电场虚拟惯量互联电力系统稳定性的自适应鲁棒滑模控制策略

在以风电为代表的可再生能源大规模接入传统电力系统的背景下,非同步机电源与同步机电源之间的耦合作用以及风电出力的不确定性,使互联电力系统稳定性控制面临复杂的运行场景。针对该问题,基于功率平衡原理建立考虑双馈风电机组虚拟惯量影响的同步发电机组等效转子运动模型,将系统参数协调性及故障因素统一表达为等效惯量参数摄动及有界的不确定扰动;运用滑模变结构方法,结合等效惯量和等效阻尼的可变性及可控性,提出一种自适应鲁棒滑模控制策略以改善互联电力系统的动态稳定性。理论分析和仿真结果表明,与传统的虚拟惯量控制方法相比,所提控制策略能够更好地抑制频率振荡,降低频率变化率以及相对功角振荡幅度。     

直驱永磁风电机组的小干扰稳定性分析研究

在直驱永磁风电机组的数学模型基础上,推导了简单风电系统的小干扰稳定分析模型,利用特征值法分析了简单风电系统的小干扰稳定性、系统的振荡模态以及系统的阻尼特性。最后在Matlab／Simulink仿真平台上搭建了简单风电系统的模型,通过仿真对特征值分析法进行验证。分析表明本文的直驱永磁风电系统是小干扰稳定的。     

基于广义短路比的电力电子多馈入系统小干扰概率稳定评估

广义短路比是一种反映多电力电子设备互联和交流电网强度对系统振荡影响的静态指标,可用于量化系统的小干扰稳定裕度。新能源发电功率的随机性导致多馈入系统的小干扰稳定裕度呈现出不确定性,为此,提出一种基于广义短路比的电力电子多馈入系统小干扰概率稳定裕度评估方法。首先,将额定运行条件下的广义短路比推广到适用于一般运行条件的广义运行短路比,从而能够量度电力电子设备任意输出功率时的系统小干扰稳定裕度;其次,由于广义运行短路比在数学上对应拓展导纳矩阵的最小特征值,而拓展导纳矩阵元素中包含不确定的输出功率,因此采用矩阵概率D稳定描述系统小干扰概率稳定评估问题;同时为克服在工程实践中获取输出功率准确概率分布的困难,采用期望和方差等部分概率信息来描述系统随机性,在此基础上结合广义矩理论将矩阵概率D稳定转化为易于求解的半定规划问题。最后,通过算例说明所提评估方法的有效性。     

直流微网DC/DC变换器的虚拟直流电机控制策略研究

直流微网是小惯性系统,负荷频繁投切和新能源出力波动等因素都会影响母线电压的稳定。在直流微网系统中,往往通过储能单元维持系统功率平衡和母线电压稳定。针对储能端口双向DC/DC变换器,提出一种简化的虚拟直流电机控制方法,以增强系统的惯性和阻尼;建立虚拟直流电机控制的小信号模型,分析控制策略的稳定性和动态特性;对于动态响应初期母线电压的冲击性变化,提出输出电流前馈的小信号模型补偿方法,进一步平滑母线电压的动态过程;最后通过仿真分析验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

基于极点配置的新能源并网附加阻尼控制策略

大量新能源经电力电子装备接入电网改变了电力系统的阻尼特性,导致同步发电机低频振荡问题凸显,对系统安全稳定运行构成威胁。虚拟同步发电机作为一种新型的变流器控制技术,有必要对新能源基于该技术接入系统的阻尼特性进行深入分析。首先,建立虚拟同步发电机控制器的数学模型与同步发电机模型。其次,以新能源并入单机无穷大系统为研究对象,基于小信号分析法分析该策略与同步发电机的运行特性耦合机理。最后,提出一种新能源并网的附加阻尼控制策略,并基于电力系统极点配置法,设计附加阻尼控制器以改善系统阻尼特性并抑制系统低频振荡,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

基于最优阻尼比虚拟同步发电机的优化控制策略

针对微电网中可再生能源渗透率越来越高,微电网惯性和阻尼不足等问题越来越突出,随即一种新的控制方式即虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)技术被提出。区别于传统同步电机,虚拟同步发电机可以实时的控制电机参数获得系统稳定。文章从传统同步发电机有功控制环出发,结合功角特性曲线和频率振荡曲线分析惯性参数和阻尼系数对系统稳定性的影响。在现有控制方式的基础上提出一种基于最优阻尼比的惯性参数和阻尼系数共同自适应的控制策略。最后在Matlab/Simlink中通过离网和并网仿真分析验证所提策略的正确性和有效性,结果证明能够有效抑制系统的系统波动并具有很好的动态性能。     

虚拟惯性时间常数对互联电网小干扰稳定影响研究

传统同步发电机的惯性时间常数是不变的物理参数,虚拟同步发电机的推广与应用使得系统惯性时间常数具有可变性和可调性,继而有可能影响互联系统的小干扰稳定性。论文以VSC-HVDC为研究对象,对其进行虚拟同步发电机控制建模,然后基于特征分析法,对等值联网系统求解低频振荡衰减因子的解析表达式,分析了不同场景下惯性时间常数对小干扰稳定水平的影响程度,发现当惯性时间常数与阻尼系数在同一个数量级时对小干扰稳定有较大影响。最后在两区四机经典模型中验证了结论,对于虚拟同步发电机参数整定和研究互联系统的小干扰稳定性分析及控制具有一定的参考价值。