电力系统中的鞍结分叉和霍普夫分叉现象分析

简要介绍了鞍结分叉和霍普夫分叉的基本概念及发生机理。采用发电机经典二阶模型和第一类动态负荷模型,建立了描述系统动态行为的微分-代数方程组。利用延拓法追踪出了系统平衡解流形,搜索出了平衡解流形上存在的分叉点,分析了鞍结分叉和霍普夫分叉发生时的特征值演化情况。基于时域仿真方法,验证了数值计算结果的正确性。分析结果表明:电力系统中存在着鞍结分叉和霍普夫分叉现象。鞍结分叉和电压单调失稳有关,霍普夫分叉和电压振荡失稳有关。     

基于分叉理论的动态负荷特性对电压稳定的影响研究

电力系统非线性元件的动态特性对电压稳定有着重大的影响。本文以一个考虑详尽模型的三节点系统为例,研究了动态负荷特性对电压稳定的影响。研究结果表明:若系统受扰后仍能保持稳定,则有功、无功功率恢复时间常数越小,系统到达稳定状态速度越快;鞍结分叉和奇异诱导分叉会导致电压单调失稳,时间常数越小,电压崩溃速度越快;霍普夫分叉会导致电压振荡失稳,时间常数越小,振荡幅度越大。负荷暂态电压系数对扰动后系统的第一个运行点位置影响很大,较大参数值下的系统具有较强的维持电压稳定的能力。     

功率传输中的分叉

以发电机带电动机模型为基础,对发电机电压动态和负荷端感应电动机动态相互作用进行了分析,揭示了与鞍结分叉和Hopf分叉现象所对应的2种功率传输极限;同时分析了发电机励磁增益和负荷端无功补偿对上述功率传输极限的影响。结果表明,励磁增益的增大可同时增大2种极限,而补偿的增大在增大与鞍结分叉所对应的极限时,减小了与Hopf分叉所对应的极限。     

电压稳定和同步稳定的关联性研究

基于小干扰分析方法,采用经典静态负荷模型,对电压稳定和同步稳定的关联性进行了研究.研究结果表明:不管采用哪种静态负荷模型,系统都具有相同的P-V曲线形状.在恒功率负荷模型下,极限传输功率点为三个鞍结分叉点的一个,系统的平衡点数目因为鞍结分叉的发生而变化复杂;而在恒电流和恒阻抗负荷模型下,极限传输功率点不再是鞍结分叉点.     

含静止同步补偿器的风电系统多参数鞍结分岔边界追踪及分析

静止同步补偿器（static synchronous compensator,STATCOM）~有效提高风电系统的电压稳定性。利用分岔理论,以风电注入有功功率、STATCOM的交流侧及直流侧电压增益为控制参数,追踪风电系统节点电压多参数鞍结分岔边界,分析多参数共同作用下影响风电系统电压稳定性的规律,提出了以二次多项式作...     

基于分岔理论的负荷模型对交直流混联系统电压稳定性的影响

为研究区域负荷模型对交直流混联系统电压稳定性的影响,以3机9节点交直流混联电力系统为例,建立考虑系统各元件动态特性的数学模型,采用分岔理论与局部参数化的延拓法相结合的方法对系统的平衡解流形进行追踪,并对影响系统稳定的鞍结分岔点、霍普夫分岔点进行搜索和检测。在此基础上,针对不同负荷增长方式对电压稳定性的影响进行研究,重点分析比较国家电网各区域电网调度部门、规划部门所采用的负荷模型对电压稳定影响的异同。研究表明：以全网负荷同比增长方式增加负荷时系统静、动态负荷裕度最小,最不利于系统的稳定性;随着负荷模型中异步感应电动机比例的不断增加,分岔边界曲线前移,各类型分岔点出现时间缩短,系统的电压稳定裕度减小,电压稳定性将受到更大的威胁。     

SVC控制引起的电压振荡失稳研究

在发生电压崩溃的单机-动态负荷系统中，采用传统SVC控制器（静止无功补偿器）提高其电压稳定性：研究表明SVC控制可以延迟系统鞍结分岔点，大大提高系统电压稳定性。但新状态变量的引入改变了系统特性，使得系统在发生鞍结分岔之前，先经历一个Hopf分岔。时域仿真表明，此Hopf分岔诱导系统发生振荡型电压失稳，系统的负荷极限由Hopf分岔参数决定。因此，在使用FACTS控制器提高系统电压稳定性时，要详细考虑其对系统中各种分岔的影响，综合优化控制器的设计和安装。     

电力系统静态失稳和周期振荡的局部分叉分析

探讨了电力系统稳定的局部分叉方法，将电力系统静态失稳和周期振荡的研究统一用局部分叉理论进行分析，文章给出了由于无功负荷的变化，引起系统周期振荡和电压崩溃的算例。它们分别对应着Hopf分叉和鞍结分叉。本文的研究表明局部分叉理论能够从系统结构上更全面地抓住电力系统的稳定特征。     

负荷随机扰动对电力系统电压稳定性的影响

运用非线性分岔理论与特征分析法对一个经典3节点电力系统的电压稳定性进行了详细分析.通过逐步增大系统参数Q1,求取系统方程平衡点的雅可比矩阵的特征根,结合特征分析法判定系统的稳定性态,得到了系统运行的2个稳定区间.在此基础上考虑负荷的随机性建立了该系统的随机模型--一个4维随机微分方程组,并运用随机欧拉法对该随机微分方程组进行了数值仿真计算.数值结果表明,当系统运行在稳定边界的一个小邻域内时,负荷的随机扰动造成随机的小幅正向或负向累积,使得系统突然失去电压稳定,失稳模式既可能为霍普夫型,也可能为鞍结型.     

风电场系统电压稳定性研究

推导和建立了风电场3节点系统的ODE模型,运用基于MATLAB的数值分岔分析软件MATCONT对风电场系统电压稳定性进行分岔分析,研究分岔现象并求取鞍结分岔点。     

运用分岔理论研究电力系统电压稳定性

为研究电力系统电压稳定性问题,用分岔理论的基本原理分析了电力系统中常见的分岔现象及其对电压稳定的影响。从静态分岔和动态分岔两个方面阐述了分岔理论在电压稳定分析中的具体应用后,论述了引起电压失稳的鞍结点分岔(SNB)、Hopf分岔(HB)及奇异诱导分岔(SIB)等3种主要分岔形式的定义、分岔发生的条件及分岔点的数值计算方法,并给出了相应的数学模型及适应范围,比较了各种分析方法的优缺点,还讨论了各种分岔之间相互作用对电压稳定的影响。最后,展望了分岔理论在电压稳定分析应用中需进一步深入探讨的问题。     

电压稳定分析中潮流方程鞍结点分岔与极限诱导分岔的比较研究

基于潮流方程模型的分岔分析是电力系统电压稳定静态分析的有用工具,其中潮流方程的鞍结点分岔和极限诱导分岔是两种不同的导致电压崩溃的分岔现象。文章从数学上与物理实际两个方面来比较这两种分岔的相同与不同点,以有助于理解并区分两种不同的电压崩溃现象。通过两个算例IEEE 57节点和IEEE 118节点系统,从数值结果方面说明了上述理论分析结果。     

一种静态电压稳定临界点的识别和计算方法

提出了一种用连续潮流技术识别和计算电压崩溃临界点的方法。电力系统静态电压稳定分析中,常见有鞍结型分岔点和约束诱导型分岔点。基于连续潮流的间接方法没有确定初值的困难,适合于负荷参数耦合的情形,易于识别约束型分岔点,从而适合于大型实际系统静态稳定临界点的计算。通过对中国一个实际地区系统的数值分析,表明文中所提方法是有效的。     

分岔理论在电力系统电压稳定研究中的应用述评

首先简要介绍了分岔的基本概念,然后从静态分岔和动态分岔两个方面,评述了分岔理论在电压稳定研究中的应用情况。重点介绍了鞍节分岔点和Hopf分岔点的求取算法,分析了各种算法的优缺点,并简要介绍了奇异诱导分岔在动态电压稳定分析中的应用情况,最后对分岔理论在电压稳定研究应用中的前景进行了展望。     

基于连续潮流的静态分岔点追踪方法

静态电压稳定性分析中,主要有两类分岔:鞍结分岔和极限诱导分岔,并以当前运行点离分岔点间的负荷距离评估电压的稳定裕度。对发电机无功受限后出现的无功/电压约束转换和极限诱导分岔现象进行了分析,并采用了发电机无功极限值引导变步长的连续潮流方法,对鞍结分岔点和极限诱导分岔点进行了搜索,继而利用潮流雅可比矩阵特征值的符号变化进行识别。该方法应用于IEEE 39节点测试系统,取得了比较理想的效果,从而验证了该方法的正确性和有效性。     

UNIFICATION AND CLASSIFICATION OF ALGEBRAIC TESTS FOR LOSS OF VOLTAGE STABILITY

ABSTRACT

Three distinct types of algebraic bifurcations are shown to occur in both a load flow model and in a transient midterm stability model. Angle bifurcation results in significant angle change and no voltage change at the point of bifurcation. Voltage bifurcation results in significant voltage change and no angle change at the bifurcation point. Voltage and angle bifurcation result in both voltage and angle change at the bifurcation point. Angle bifurcation occurs due to reaching the real power transfer capability across some interface or boundary of the network. Voltage bifurcation is due to inability to transfer needed reactive power to a bus or area across a boundary due to insufficient voltage control and thus reactive supply capability in the region. Voltage and angle bifurcation results when reactive power can' be transferred to a bus or area across a boundary due to insufficient reactive supply and excessive reactive losses (I²X and shunt capacitive reactive withdrawal due to voltage drop) caused by real power transfer. Unique tests for the three types of load flow bifurcation are given. All the load flow voltage instability proximity measures are then classified in terms of which of these three types of load flow bifurcations they test for at the points of collapse. PQ controllability tests are shown to test for voltage, bifurcation and voltage and angle bifurcation. Any proximity test of reactive power versus voltage relationships also tests for voltage bifurcation and voltage and angle bifurcation. Proximity to all three types of load flow bifurcation are measured by either (a) tests of the singularity of the load flow jacobian or (b) proximity measures that test real power transfer or loading effects on voltage. Since equivalent voltage, angle, and voltage and angle bifurcations occur in a transient stability model, the load flow proximity measure tests can be applied on a transient stability model. This paper, thus, classifies and unifies the various proximity measure tests and point of collapse tests for voltage instability on both a load flow and transient stability model.     

基于VST的电压稳定分岔分析

介绍了一种新颖的基于Matlab的电压稳定分岔分析工具包—电压稳定工具包(voltage stability toolbox,VST)。详述了该工具包用户友好图形接口界面和源代码开放的特点。基于数值和符号计算,该工具包采用Newton-Raphson和Newton-Raphson-Seydel的组合算法,旨在研究电力系统中的电压稳定和分岔问题,其主要功能包括潮流计算、分岔分析、奇异性和特征根分析、动态时域仿真等。VST非常有助于理解电力系统的电压稳定和非线性分岔现象,使用该工具对一个3机5节点系统和IEEE 30节点系统进行仿真,结果验证了该工具包用于电压稳定分析的实用性和有效性。     

高压直流输电系统电压稳定性研究综述

详细论述了高压直流输电系统电压稳定性研究的现状,指出现有研究方法的缺点,并结合目前分岔理论在交流系统电压稳定性研究中的应用成果,提出将分岔理论应用于直流输电电压稳定性研究,并提出了分岔理论在应用到直流输电电压稳定性研究中的主要难点,提出了解决方法.     

一种典型电力系统模型的电压稳定分岔分析

基于Walve综合负荷模型,采用非线性动力学理论中的分岔分析方法,对一种典型电力系统模型进行了电压失稳机理研究。研究结果表明该系统有4种引起电压失稳的方式：鞍结分岔导致电压单调失稳, Hopf分岔导致电压周期振荡或低频振荡失稳,倍周期分岔走向混沌引起电压失稳,吸引子共存、状态扰动改变运行状态导致电压失稳。研究结果还表明相邻母线的负荷相互作用将对电压稳定的定性定量性质产生影响;保证电压稳定的控制措施应首先考虑较低电压等级母线负荷的调整,条件许可时限制本地发电机的出力也不失为一种避免电压振荡失稳的方法。     

基于2阶段家族保护遗传算法的电压稳定霍普夫分岔控制

系统的电压稳定裕度由亚临界霍普夫分岔值表征,如何延迟甚至消除霍普夫分岔,提高稳定裕度,对于防止系统电压失稳具有重要意义。根据一种新的霍普夫分岔指标建立了电压稳定霍普夫分岔控制的最优化模型。该模型考虑了更为切合实际的约束条件,包括系统阻尼限制、PV节点无功出力限制、励磁电压限制以及各节点电压限制等。为有效求解该优化模型,提出了一种2阶段家族保护遗传算法。算法利用混沌变量的遍历性生成初始种群,第1阶段完成家族内部的选择,使得每个家族成员都是优良个体;第2阶段实现家族间的选择,这是一种优–优选择,使算法能以更快的速度收敛到全局最优解。通过对测试函数和WSCC-9节点系统的仿真表明该模型和算法的有效性和可行性。