多机电力系统的强迫功率振荡特性研究

推导了多机电力系统强迫功率振荡近似稳态响应的表达式,在此基础上应用左右特征向量和参与因子等参数对多机系统发生强迫功率振荡时的振荡分布特性、扰动源位置对系统响应的影响等问题进行了分析。介绍了应用电力系统仿真软件DIgSILENT进行电力系统小干扰稳定性分析的一般方法。通过对4机2区系统的仿真分析对多机系统强迫功率振荡特性进行验证并与负阻尼和弱阻尼振荡进行比较,有助于更加深入地认识电力系统强迫功率振荡。     

负阻尼和强迫功率振荡的特征分析与区分方法

电力系统中的功率振荡根据其产生机理的不同可以分为负阻尼振荡和强迫功率振荡。虽然这两种功率振荡形式比较接近,但对其采用的控制措施却完全不同。因此如何根据广域测量系统的实时数据来区分功率振荡的类型成为了采取合适措施抑制功率振荡的前提条件。基于此,以支持向量机方法作为工具,提出了一种通过辨识实时功率振荡曲线来区分其振荡性质的实用方法。针对2种功率振荡的起因与特点,该方法采用希尔伯特-黄变换求取振荡曲线主导模式的包络线,并在该包络线上等间距选取100个采样点作为样本对支持向量机的神经网络进行训练和测试。以16机68节点系统功率振荡仿真曲线为训练样本,训练得到了用于功率振荡类型区分的支持向量机模型。并将其应用于16机68节点系统和实际大规模区域电网的振荡类型区分,分析结果表明所提方法能够准确地区分振荡类型,具有工程实际应用价值。     

小水电机群对特高压电网功率振荡特性的影响研究

为了分析区域内集中的大量小水电机组所产生的群集效应以及这些机组之间的弱阻尼振荡模式引发主网强迫功率振荡的风险,以湖北恩施地区小水电机群为研究对象,在某年度湖北电网丰水大负荷运行方式模型的基础上,分析了恩施地区小水电机组采用详细模型时,华中—华北主网以及特高压联络线的低频功率振荡特性,结果表明:恩施地区小水电机群内部存在阻尼比接近3%的弱阻尼振荡模式,并且这些发电机参与了三峡机组主导的振荡模式;进一步的仿真研究表明,在某些特殊情况下小水电机群可诱导主网产生上百MW的强迫功率振荡;针对该现象文中提出了一种振荡传播路径图用于指明振荡向外传播扩散的路径与影响范围,分析表明其对三峡以及特高压电网的影响比较小。     

基于支路势能的电力系统强迫功率振荡特性分析

我国电网已经发展成为规模庞大的交直流混联大电网,电网规模扩大的同时意味着电力系统中不稳定因素的增加,我国电网中发生了多次功率振荡事件并且呈现出新的振荡特性,但是根据负阻尼转矩机理却无法解释这类振荡产生的原因,研究表明强迫振荡源的存在是该类振荡产生的根本原因.根据电力系统自身的能量结构构建支路势能函数,通过发生强迫功率振荡过程中系统能量在系统中的分布情况研究强迫功率振荡的振荡特征,仿真结果验证了该方法的实用性和有效性.     

由风力发电引起的电力系统强迫功率振荡

强迫功率振荡理论可以解释电力系统非负阻尼功率振荡,建立了风力发电机组模型,仿真分析了计及风电场接入电网时风速扰动引起系统传输功率的振荡的情况,结果表明,风速扰动的频率接近或等于系统功率振荡的固有频率时,会引起大幅度的功率振荡.且随着风速扰动幅值的增大,系统功率振荡的幅值也增大.     

电力系统低频振荡的类型判别研究与分析

随着区域电网互联、电网规模不断扩大和快速励磁系统的大量应用,电力系统动态稳定性问题也越来越突出,逐渐成为影响电网安全和限制输电功率极限的主要因素。由于动态元件的大量投入,改变了系统动态调节性能,若动态稳定性差将容易引发系统低频振荡。系统低频振荡会导致系统出现频率、电压、功率等电气量不同程度振荡的现象,持续恶化的互相作用最终将导致系统失稳、解列,形成大规模的停电事故。因此电力系统低频振荡问题越来越受到人们的关注,而如何正确、快速判别振荡性质成为难于解决的问题。对负阻尼振荡和强迫振荡的特性进行研究,提出了基于起振阶段暂态响应包络线形状的振荡类型判别判据,以某电网低频振荡为实例加以验证,表明所提出的研究方法能有效判断低频振荡类型。对分析实际运行中低频振荡现象以及有效抑制系统低频振荡具有重要的指导意义。     

电力系统强迫功率振荡及其影响因素研究

近年来,跨区域电网中出现了多次功率振荡并且呈现出新的振荡特性,但是根据经典的负阻尼转矩机理却无法解释这类振荡产生的原因,而强迫功率振荡机制可以很好地揭示这类振荡的起因。基于经典阻尼转矩理论在多机系统中对强迫振荡源作用下的电力系统受迫振荡机制进行分析,详细推导并论证了跨区大电网发生强迫功率振荡的影响因素,并指出系统的稳态响应是多种影响因素累加的综合效应。     

考虑发电机控制装置的低频振荡定位及识别方法

负阻尼振荡和强迫功率振荡是两种典型的低频振荡,发电机的控制装置包括励磁系统和调速系统是振荡的两大能量注入源,其引发振荡的机理有本质的区别。因此,准确定位和识别振荡源对采取合理的抑制措施,提高系统稳定性有较大的参考价值。提出了一种根据发电机控制装置对系统阻尼的贡献以及强迫扰动源的相移特性进行振荡源定位及识别的方法。首先,深入到发电机励磁系统和调速系统,提炼出两种振荡下其内部电气量响应的一般规律;其次,在此基础上提出低频振荡源定位和识别判据;然后,进一步根据定位和识别判据原理,采用经验模态方法分解得出了判据指标的计算方法;最后,给出了发电机控制装置振荡源定位及识别方法流程。实际算例验证了所述方法的可行性和有效性。     

基于变点探测的功率振荡数据挖掘

针对当前功率小幅振荡数据挖掘的不足,引入了变点探测方法判断系统是否发生振荡、主要参与机组以及振荡何时进入平稳阶段,从而提出了一种新的大电网功率振荡特征挖掘方法。该方法通过在海量广域测量系统(WAMS)数据中挖掘电网振荡信息,根据变点探测方法获取的极值特性区分弱阻尼的低频振荡以及强阻尼快速衰减过程,并在弱阻尼振荡情况下确定Prony分析时间窗的起点,从而获取更为准确的振荡模式和强相关机组信息。通过新英格兰10机39节点系统仿真和河南电网WAMS实测振荡数据挖掘验证了所提方法的有效性,结果表明该方法能够从海量数据中有效挖掘大电网振荡特征,并准确识别系统模式信息。     

多机电力系统强迫功率振荡稳态响应特性分析

采用复模态叠加方法推导了多机电力系统强迫功率振荡的稳态响应,分析了多机电力系统强迫功率振荡发生共振的条件及其振荡大小的主要影响因素.通过讨论多机弱阻尼系统共振情况下强迫功率振荡稳态响应与传统的负阻尼低频振荡响应的相似和不同之处,阐述了对多机系统强迫功率振荡稳态响应特性的一些基本认识,有助于更好地理解强迫功率振荡理论及其振荡分布特性.分别通过2区4机系统和新英格兰10机39节点系统的仿真分析对这些特性进行了验证.     

多频振荡下的失步振荡中心变化规律及其定位

基于三机等值系统,研究了多频振荡下失步振荡中心的特性及其变化规律。在同一失稳模式下,机组不同调导致振荡中心向不同调侧偏移,不同调越明显,偏移量越大。多频失步振荡过程中,同一个时刻仅有一个断面由于机组振荡导致电压为零,为系统失步振荡中心。失步振荡中心出现时,所在线路两侧等值两机系统功角摆开180°。系统阻抗参数决定了系统振荡中心最大迁移范围,在确定阻抗参数情况下,三机系统功角变化趋势决定了振荡中心迁移方向。传统基于就地信息的解列判据难以适应多频振荡下的失步场景,通过线路两侧相位差摆开180°的判据,可准确定位多频振荡下失步振荡中心出现时刻及其位置。     

专用直线振荡电机的振荡特性分析

文章介绍了直线振荡电机的一般原理，然后从电机的电磁特性，受力特性，运行特性，频率特性等方面对直线振荡电机的振荡特性进行了分析，并且用MATLAB对振荡特性进行了仿真，最后给出了实验电机的一些具体参数，实验结果与理论分析基本一致。     

基于振荡能量的低频振荡分析与振荡源定位:（二）振荡源定位方法与算例

系统的总能量与振幅对应,产生能量的元件对振荡衰减的贡献为负,可认为是振荡源。负阻尼发电机以及外施周期性扰动所在元件都会产生能量,文中推导了发电机上外施扰动产生能量的表达式。根据网络中的能量流,找到产生振荡能量的能量源,能量源就是振荡源。在振荡源处采取控制措施可有效抑制振荡。在分析网络中的能量源以及能量流动的基础上,提出了利用电网中的振荡能量流定位振荡源的方法。该方法只需要广域测量信息,可在线应用。仿真结果以及实际电网振荡事故分析的结果验证了该方法的有效性。     

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。     

同步电动机的振荡及相关问题

分析了同步电动机振荡产生的原因和产生机理,介绍了同步电动机的自由振荡、同步电动机的强制振荡及同步电动机振荡的危害。为避免同步电动机的振荡,找出避免共振的方法提供依据,从而保证同步电动机能够安全可靠的工作。     

基于起振波形数据与相干谱的低频振荡类型识别方法

根据激励的不同,电力系统有功功率低频振荡主要表现为强迫功率振荡和负阻尼振荡。2种振荡表现形式相似,但控制方法不同。在深入分析电力系统有功功率振荡解析表达式的基础上,对2种振荡的外在表征及区别进行总结和概括,进而提出了基于相干谱法的低频振荡类型识别方法。该方法首先需要从安装在不同发电机组的广域相量测量系统(wide area measurement system,WAMS)中获取2组含有噪声的振荡初期数据,利用相干谱理论计算2组数据的幅值平方相干函数值,通过对幅值平方相干函数值的量化比较实现低频振荡类型的识别。4机2区域系统仿真计算与分析,验证了所提识别方法的可行性及有效性。     

基于振荡能量的低频振荡分析与振荡源定位:（一）理论基础与能量流计算

提出了一种基于振荡能量的低频振荡分析方法。该方法通过网络中的振荡能量流评估元件的阻尼特性、定位负阻尼发电机和外施周期性扰动的位置。文中首先证明了发电机能量消耗和其阻尼转矩的一致性。然后利用广域测量信息,建立了不需要构造能量函数的网络中振荡能量流的计算公式。由于流入支路的振荡能量包含支路暂态能量的变化以及支路消耗或产生的能量,因此提出了一种计算能量流的实用方法,以减少其中的暂态能量分量,而只计算出支路消耗或产生的能量。由于系统的总能量与振幅对应,因此消耗能量的元件对振荡衰减的贡献为正,具有正阻尼,而产生能量的元件是振荡源。利用发电机的能量消耗来估计其阻尼转矩系数,与阻尼转矩分析的结果相符。利用能量流即可定位振荡源。     

关于振荡中心的研究

基于对振荡中心(oscillation center)的位置及其漂移特征的研究,指出了振荡中心漂移的原因,并提出了失步中心(center of out-of-step)的概念。认为失步断面联络线就是失步中心所在的联络线,并叙述了在不同振荡周期中,失步中心位置可能不同的原因。失步中心落到机组内部会对机组造成严重的破坏,影响系统的整体运行。基于振荡中心漂移的研究,给出了判断失步中心能否落到机组内部的判据。最后通过仿真进行了必要的验证。     

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.     

基于电气量频率差异的电力系统振荡识别

重点研究了电力系统振荡时,振荡中心和非振荡中心电压频率和电流频率的特征。研究表明:当系统发生振荡时,只有振荡中心的电压频率与电流频率相等,且振荡中心的一侧电压频率大于电流频率,另一侧电压频率小于电流频率;电压频率与电流频率的差值大小取决于振荡周期的长短、测量点与失步机组的电气距离以及失步机组的电动势夹角。从而提出了一种新的基于电气量频率差异的振荡识别方法,同时通过广域信息的获取,可以判断出振荡中心的位置。仿真结果验证了分析的正确性。