异步化同步发电机的最优励磁控制及其暂态分析研究

分析了异步化同步发电机的转子运动方程、励磁绕组动态方程及变频器频率调节暂态方程,从而建立了用于分析异步化同步发电机系统稳定性的暂态数学模型.对所建立的模型使用线性最优控制的方法,设计了异步化同步发电机系统的线性最优控制系统,仿真结果表明,变频器频率调节暂态方程是异步化同步发电机数学模型不可缺少的方程,并且所设计的励磁控制器能有效地改善系统的暂态稳定性.     

基于频谱分析的发电机跃变量补偿算法

利用频谱分析的方法 ,对同步发电机模型的误差进行修正 ,使修正后的向后欧拉法友模精度大大提高 ,同时也避免了非原形的数值振荡。仿真实验结果表明 :该算法在电力系统故障以及开关动作等暂态过程的发电机跃变量仿真方面具有广泛应用 ,同时这种基于频谱分析的误差补偿方法亦可推广到其他电力系统暂态仿真的领域中     

基于频谱分析的发电机跃变量补偿算法

利用频谱分析的方法,对同步发电机模型的误差进行修正,使修正后的向后欧拉法友模精度大大提高,同时也避免了非原形的数值振荡.仿真实验结果表明:该算法在电力系统故障以及开关动作等暂态过程的发电机跃变量仿真方面具有广泛应用,同时这种基于频谱分析的误差补偿方法亦可推广到其他电力系统暂态仿真的领域中.     

凸极同步发电机定子绕组内部故障暂态仿真及试验验证

同步发电机定子绕组内部故障分析是一个十分复杂而重要的问题。文中在建立同步发电机定子绕组内部故障暂态计算模型时采用通用支路电压矩阵方程来建立回路电流方程，具有简洁、通用性强的特点。利用多回路理论着重对同步发电机带载时定子绕组内部故障暂态全过程进行了仿真计算，并与试验录波波形进行了对比，结果表明这种仿真方法能够准确地模拟同步发电机故障暂态过程。文中还分析了影响暂态过程仿真精度的因素，认为铁心局部饱和、铁心剩磁、转速变化及回路电阻变化是产生仿真误差的重要原因。     

同步发电机不同实用模型的大扰动特性对比研究

为了研究同步发电机3种实用模型对电力系统大扰动特性和暂态稳定极限的影响,采用dq0坐标系下的实用模型与abc坐标系下的电网模型联立求解的方法,推导了发电机与电网接口关系的方程,建立了以实用模型为基础的单机双回线无穷大系统,并以经过试验验证的场路网耦合时步有限元模型作为标准响应,对各实用模型进行校验。采用上述模型对300 MW同步发电机进行仿真计算表明:3种实用模型的大扰动特性存在明显差异,且暂态稳定极限都较为保守;额定励磁下,实用模型与时步有限元的暂态稳定极限最大相差8.8%。研究结果为电力系统仿真中合理选择发电机模型提供了重要参考。     

基于PMU数据和时间序列模型的发电机参数识别

电力系统动态仿真的精度往往由同步发电机等元件模型及参数的精度所决定。在对同步发电机模型进行时间序列分析的基础上,提出了一套依靠同步相量测量单元对惯性时间常数、发电机转速调节常数以及涡轮调速器的时间常数等发电机动态参数进行识别的方法。该方法首先将发电机的经典模型和摇摆方程统一转换为一个时间序列模型,并利用线形参数辨识方法对此时间序列模型的参数予以辨识;最后通过求解发电机模型参数与时间序列模型参数的等式关系得到发电机的模型参数。对不同功率变化波形进行了仿真试验,按照本文方法计算得出的发电机参数与实际参数一致,验证了本文提出方法的有效性。     

虚拟同步发电机的暂态稳定性分析

虚拟同步发电机通过模拟传统同步发电机的摇摆方程实现换流器的虚拟惯性控制,在大扰动下同样存在暂态失稳现象。文中分析了单机无穷大母线连接方式下虚拟同步发电机的暂态稳定性。首先,建立了虚拟同步控制的换流器的大信号模型并基于奇异摄动理论对系统进行降阶,通过与电磁暂态仿真模型进行对比验证了模型的正确性。然后,在此基础上引入胞映射方法对降阶模型的全局非线性进行分析,求出了以虚拟角速度和虚拟相角表示的相平面的吸引域及故障临界切除时间,并对影响虚拟同步发电机大扰动下稳定性的关键因素进行分析,分析结果与小信号分析的结果进行对比。分析表明,系统参数如电网内阻抗、输送功率、虚拟惯量、阻尼系数及滤波器参数等都对虚拟同步发电机的暂态稳定性有重要影响。最后,基于MATLAB/Simulink仿真验证了结论的正确性。     

基于自适应调节的虚拟同步发电机频率控制

分布式电源大多通过电力电子接口并入电网,大量分布式电源并入电网给传统电网的频率稳定带来严峻的挑战。虚拟同步发电机因具有传统同步发电机自主调频的功能受到广泛关注。分析了虚拟同步发电机的一次和二次调频过程,针对孤岛运行负荷变化时,传统调节方式的有差性以及二次调频控制参数选取困难、调节速度和精度不理想的问题,提出了基于自适应调节的虚拟同步发电机频率控制方法,根据调速器控制方程及功频曲线调整了调速器结构,自动调整虚拟同步发电机调频系数,可快速地实现频率无差控制。MATLAB/Simulink仿真验证了该方法的正确性和有效性。     

同步发电机瞬态电压调整率实用计算方法

提出一种实用算法,可简便、有效地判断同步发电机组的稳定运行状态.利用同步发电机的简化暂态模型,在考虑发电机自动调节励磁系统的顶值电压倍数和电压响应比的基础上,将动态元件的特性方程简化处理,在电力系统负载突然变化时计算发电机的瞬态电压调整率和端电压的变化趋势.计算方法简便、实用、精确.通过实际工程中同步发电机端电压最大偏...     

汽轮发电机电气参数对次同步扭振阻尼的影响

汽轮发电机是联系轴系机械系统与电力网络的中间环节,其数学模型的表现形式及参数精度对次同步扭振研究的可行性及结论有着直接的影响。通过对机电系统闭环特征值的计算分析,研究了汽轮发电机电气参数对次同步扭振阻尼的影响,指出应注意发电机次暂态电抗参数精度对次同步扭振阻尼有较大影响。     

华东电力系统低谷负荷时的暂态稳定研究

对华东电力系统若干种典型的进相运行方式的暂态稳定计算结果表明，发电机进相运行使系统暂态稳定裕度降低，但是，在系统内选择地位适当的大型发电机在一定的范围内作进相运行，仍是缓和系统低谷负荷时电压偏高的一种可行而有效的手段。     

计及无功电压环节的VSG虚拟转矩及振荡失稳机理分析

通过模拟同步发电机的机电暂态过程,虚拟同步发电机(VSG)技术成为并网逆变器接入电网的一个颇具吸引力的方案。然而,VSG也存在功率振荡现象,相关机理的研究有待开展。文中借鉴传统电力系统中的转矩分析理论,建立了计及无功电压环节的VSG小信号模型,并结合振荡模态,重新定义了虚拟转矩系数。然后,通过分析该系数与稳定性之间的关系,从数学上证明虚拟阻尼转矩不足将导致VSG出现功率振荡失稳。之后,以鲁棒下垂控制的VSG为例,给出了虚拟转矩系数的计算方法,并在PSCAD/EMTDC和VSG实验平台验证了该结论的正确性。最后,从系统初始状态、线路参数及控制器参数等多个角度出发,讨论了VSG无功电压环节对虚拟转矩系数及系统小信号稳定性的影响,可为VSG控制器设计和系统小信号稳定性分析提供依据。     

A synchronous machine model for unbalanced analyses

This paper presents a new asymmetrical model of synchronous generators for power system transient stability simulations. The symmetrical component method has been used traditionally in the analysis of unbalanced faults in power systems. This is mainly because the synchronous generators, which play an important role in the power system, can be easily treated by the method. However, when analyzing a system that has elements with asymmetrical impedance, it may not be easy to use the symmetrical component method. In such cases, the simulations can be easily executed by using the phase coordinate method. However, there are few papers that derive a phase coordinate model of synchronous machines. This paper analyzes synchronous generators under asymmetrical conditions in detail by using the symmetrical component method, then derives a model of synchronous generators for the phase coordinate method. © 1997 Scripta Technica, Inc. Electr Eng Jpn 119(2): 46–59, 1997     

电力系统输电能力研究中PV曲线的求取

针对大型电力系统输电能力计算问题,提出了一种改进的PV曲线求取方法,它较好地考虑了受电侧负荷增长方式与发电侧发电机功率调度方式。在追踪PV曲线的过程中,改进的局部参数化方法被用于消除功率传输极限点附近潮流方程的病态现象。所提出的电压定步长下降控制思想提高了曲线的追踪效率,实现了自适应步长控制。500母线系统的计算证实了该方法的有效性。     

风电不确定性输入下电力系统仿真的区间仿射算法

大规模的风电机组并网改变了以同步发电机为主的传统电力系统的暂态特性,此外风电出力的随机性会影响电力系统的暂态稳定性。为此,文中提出了基于仿射算术的电力系统不确定性时域仿真算法,以考虑风电出力的波动性。在双馈风电机组机电暂态模型的基础上,首先扩展电力系统机电暂态模型,建立考虑双馈风电机组输入功率波动下的电力系统机电暂态仿射模型,通过隐式梯形积分法将仿射模型转化为的仿射雅克比矩阵方程迭代求解。仿真结果表明,文中所提出的仿射方法在不假设输入不确定量概率分布的情况下,能够较蒙特卡洛仿真更快地获得电力系统暂态响应的区间边界。     

风电场发电机动态等值问题的研究

在研究风电场对电网影响时,为节省仿真时间,常常利用简化的异步电机模型或通过多机等值来简化由多台风电机组组成的风电场模型.笔者提出基于同步发电机传递函数概念的多台异步发电机等值的参数辨识方法,并采用最小二乘法计算等值异步发电机的同步电抗、暂态电抗和转子时间常数.利用MATLAB/SIMULINK工具箱的仿真结果表明了该等值方法的有效性.     

由两台发电机组成的独立电力系统数学模型

针对由两台发电机组成的独立电力系统过渡过程数学模型问题,基于同步电机相坐标系数学模型推导出了由两台发电机组成的独立电力系统数学模型,并给出了其初始条件的确定方法。应用该模型不仅可以研究同时存在一种或几种扰动时的过渡过程,还可以进行对称和不对称工作状态的计算。对于工作于有限功率电力系统或独立供电电力系统中重要同步电机过渡过程的实际计算来讲,该模型应用广泛。     

开绕组无刷双馈发电机直接功率自抗扰控制策略

根据开绕组无刷双馈电机在同步旋转坐标系中的数学模型,推导和分析了功率绕组输出瞬间功率和控制绕组功率电压之间的关系,并建立对应状态方程。设计无刷双馈电机直接功率自抗扰控制器,实现了有功功率和无功功率的解耦控制。搭建了开绕组无刷双馈发电机直接功率自抗扰控制系统的仿真模型,给出了系统暂态、稳态及参数扰动等不同工况下的仿真结果,仿真结果验证了该新型控制策略的可行性和有效性。     

耦合双回线路任意点故障的仿真

在分析计及耦合的双回输电线路波过程的基础上,建立了双回线的扩展Bergeron模型,以此为出发点针对线路故障的电磁暂态仿真问题,对EMTP的耦合线路故障预处理方法进行了改进,使系统无需重新进行初始值及稳态计算而应用历史值即可完成新增短路节点的计算,该算法在分析双回线路任意点故障的电磁暂态以及线路保护仿真校验等方面具有重要意义。     

双馈风电机组对接入区域系统暂态功角稳定性的影响分析

系统惯性中心的动态行为可以有效地反映系统的整体动态趋势。基于系统惯性中心的动态数学模型,推导了双馈风电机组(Doubly Fed Induction Generator, DFIG)接入后的系统惯性中心运动方程。并通过分析DFIG接入对系统惯性中心运动方程中关键因素的影响,揭示了DFIG以不同方式接入系统时对系统惯性中心功角加速度暂态响应的影响机理。当DFIG直接接入系统时,系统惯性中心的暂态功角加速度的变化趋势主要取决于DFIG的接入容量和暂态功率响应特性。当DFIG等容替代同步发电机组接入系统时,DFIG的暂态功率响应和被替代同步发电机组的功率和惯量在原系统中的比重大小将共同决定系统惯性中心的暂态功角加速度的变化情况。仿真结果验证了理论分析的有效性和正确性。