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。     

低频振荡过程中励磁系统阻尼特性分析方法

基于相量测量装置(PMU)实测数据,通过对励磁电流振荡分量和机组转速(频率)振荡分量进行相关性分析,提出了一种机组振荡过程中励磁系统(含主控制和附加控制)整体阻尼特性的计算方法.该方法不依赖于励磁系统及其控制参数的准确性.实际算例表明,所述方法能够检验励磁系统及其控制参数的合理性,并为负阻尼低频振荡源的定位分析和控制提供可靠参考.     

发电机外部故障切除后励磁调节器调整特性分析

励磁调节器对改善发电机的调压特性起了积极作用,但对电流测量值引入后的分析不足。为了研究电流测量值对励磁调节器调整特性的影响,建立发电机自动励磁电压和固定励磁电压并网运行两种仿真模型,并利用戴维南等效电路对励磁调节器中的电流进行分析。仿真分析结果表明,励磁调节器在稳定机端电压的同时会加剧发电机与系统间的振荡,而引入的电流测量值是由发电机电势与系统电势相量差振荡产生呈低频振荡特性的交流电流,该电流会加剧发电机与系统间的振荡。最后通过进一步仿真验证了该理论分析的正确性。     

动态相量法仿真中的数值振荡及消除

在电力系统的机网暂态数字仿真中,故障和操作引起的网络结构变化将导致数值计算中产生数值振荡。对动态相量法产生振荡的机理进行了分析,提出一种新的能有效消除数值振荡的算法——基于临界阻尼调整法的动态相量法。该方法在动态相量域内对元件进行建模,并结合临界阻尼调整法,以保持友模导纳不变,同时达到保持计算精度和消除数值振荡的目的。以RL支路为例推导了该算法的数学模型,并通过与理论计算值的比较,证明了该算法是有效的,适合于较大系统的仿真。     

基于广域信息跟踪电力系统振荡中心的方法及应用

提出了一种利用相量测量单元得到的广域信息跟踪振荡中心的方法。该方法依据线路两端母线电压相量和线路电压差相量的关系确定振荡中心位置并对其进行实时跟踪,不受振荡中心漂移的影响,当系统发生相继故障或连续开断造成振荡中心转移时,该方法仍能识别并跟踪。在此基础上,提出了失步振荡的检测判据及解列控制方案,设计了基于广域测量系统的距离保护振荡闭锁开放策略。仿真结果验证了该方法的有效性。     

电压源型并网变流器的机–网电气振荡机理及稳定判据研究

电压源型变流器广泛地应用于可再生能源发电的并网与接入。随着可再生能源在电网中的比重不断增加,并网变流器在实际电网接入及运行中出现一系列不稳定现象,如次同步振荡和谐波振荡等。因此,揭示其内在作用机理,并提出有效的解决方法是电力系统应对电力电子化冲击的关键。为此,该文对电压源型并网变流器与电网所构成的"机–网系统"的小干扰稳定问题展开深入研究。建立了"机–网系统"的机理模型;给出了"机–网系统"RLC电路等效,并利用频域相量法从阻尼特性的角度揭示了"机–网系统"产生振荡的机理;随后,解析的推导出"机–网系统"固有谐振点频率以及临界稳定判据的表达式;最后在PSCAD/EMTDC以及RTDS硬件在环实时仿真平台上搭建"机–网系统"详细模型,验证了机理分析以及小干扰失稳解析判据的正确性。     

基于振荡相位差的低频振荡扰动源定位方法

如何快速准确地定位扰动源是低频振荡监测与控制的重要问题。分析了扰动源影响网内机组的机理,提出了一种基于振荡相位差的低频振荡扰动源定位方法。首先利用经验模态分解提取主导振荡模式的电气量数据,再经希尔伯特变换计算出具有物理意义的振荡相位,最后通过计算振荡相位差描述两点整体的振荡相位关系。根据网络信息判据可以追溯扰动源的方位,根据电厂就地信息判据可以排查具体的扰动源机组。方法原理清晰,只需一种电气量参与计算。利用华中电网实际系统进行了仿真验证,表明方法具有较好的适用性。     

基于阻抗模型闭环极点的双馈风电系统次同步振荡稳定性分析

近年来,电网的运行中发生了多起由风电并网引发的新型次同步振荡事故,其机理和振荡的影响因素错综复杂。基于频域阻抗模型的阻抗分析法是研究该问题的有效方法,基于考虑电力电子变换器和锁相环动态过程的双馈风电机组阻抗模型,提出了适用于系统次同步振荡稳定性分析的闭环极点稳定性判据,与目前广泛使用的等效电路阻尼稳定性判据进行对比。并将所提判据与灵敏度分析相结合,建立了闭环极点相对灵敏度,研究了关键参数对于系统次同步振荡特性的影响。最后通过时域仿真验证了所提判据与灵敏度在系统次同步振荡分析中的有效性与准确性。     

变流器并网系统复电路分析与广义阻抗判据适用性探讨

基于abc坐标的序阻抗判据和基于极坐标的广义阻抗判据均可将变流器并网系统的振荡问题转化为单输入单输出(single-inputsingle-output,SISO)系统进行分析,并利用电路谐振解释振荡机理,然而这些判据的适用性尚不清楚。为此,该文首先从数学上分析由两种阻抗模型得到SISO系统的原理,从物理上用原–对偶复电路统一解释该过程;其次,验证了序阻抗法需要考虑正负序间耦合的必要性,利用对序阻抗矩阵舒尔补的方法可以考虑耦合效应,但分析的传递函数可能存在不稳定极点,导致无法用电路解释振荡机理;而广义阻抗判据一般能避免该问题。进一步,从参数不确定性的角度提出传递函数的条件数指标,用于量化分析不同阻抗判据的适用性。研究表明,对于中低频振荡问题,如锁相环参与度高的次超同步振荡,广义阻抗判据具有较好的适用性。仿真验证了所提分析方法和结论的合理性。     

发电厂内强迫共振型低频振荡源的定位方法

强迫共振型低频振荡严重危害了电网的安全稳定运行,快速查找并切除扰动源对消除振荡恢复系统稳定意义重大。利用低频扰动电压的衰减特性,提出一种发电厂内强迫共振型低频振荡源定位的新方法。首先利用三次Hermite插值函数提取各个测点的低频振荡扰动变量;然后通过比较各个测点扰动电压的幅值大小定位低频振荡源机组;最后通过理论分析、六机无穷大系统的仿真分析以及某发电厂的实际相量测量单元测量数据的分析,对该方法的正确性进行了验证。     

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.     

直流微电网高频振荡稳定问题的降阶建模及分析

为从等效电路角度揭示直流微电网高频振荡稳定机理,建立了直流微电网降阶电路模型.将直流电压控制单元降阶成等效电阻、电感串联电路模型,其中将下垂控制、直流电压控制及电流内环控制环节对系统高频稳定性的影响转化为可量化的等效电阻、等效电感.进一步结合采用等效电阻、电容并联电路的恒功率负荷模型,得到直流微电网全系统降阶电路模型,在此基础上提出了直流微电网高频振荡稳定性判据.并基于所提降阶模型,分析了直流电压控制单元详细控制参数对等效电阻、等效电感以及稳定性判据的影响,从等效电路的角度揭示了直流微电网发生高频振荡失稳的原因.最后,在PSCAD/EMTDC软件中对所提降阶模型进行了仿真验证.     

环境激励下基于频域特征的扰动源定位方法

环境激励下小幅周期性扰动容易被淹没在类噪声信号中,从时域角度很难实现小幅周期性扰动的检测及扰动源定位。在分析环境激励下电力系统类噪声信号频域特征的基础上,提出了基于频域特征的小幅周期性扰动的检测与扰动源定位方法。环境激励下周期性扰动的频域表征为振荡恒定、阻尼比近似为0的振荡模式,且在该模式中扰动源所在机组的模态相位超前于其他机组。利用随机子空间辨识算法对环境激励下的类噪声响应信号进行分析,提取振荡模态及参数,根据模态个数及特征参数实现小幅周期性扰动的检测,检测到周期扰动后,根据阻尼比近似为0的周期性振荡模式的模态相位关系即可定位扰动源所在机组。IEEE 4机2区域系统和IEEE 16机68节点系统的算例结果验证了所提方法的有效性和可行性。     

An improved fault analysis algorithm for unbalanced multi-phasepower distribution systems

The results of an improved method for fault calculations in unbalanced multi-phase power distribution systems containing nonutility generators and large induction motor loads are presented in this paper. The method utilizes a combined time- and frequency-domain analysis approach to produce results that are superior to those obtained in “classical” fault analysis without the large increase in computer time with complete time-domain solutions. Sources and loads can be represented by either classical frequency-domain models or detailed differential equation models. The potentially unbalanced power distribution system is represented by an admittance matrix formed using a linear graph-based application of AC circuit theory. The time-domain differential equation source and load models are interfaced with the frequency-domain distribution system model using time series analyses to estimate equivalent voltage and current phasors from discrete data sets     

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.     

多机系统超低频振荡分析与等值方法

实际电力系统中多次发生的超低频频率振荡在振荡形式及机理上与低频振荡存在显著区别。在多机系统中对超低频频率振荡问题进行了分析。超低频频率振荡中,所有发电机转速同调变化,系统频率整体振荡。提出一种适用于超低频频率振荡分析的系统等值方法,将多机系统等值为单机单负荷系统进行分析,提高计算效率。各发电机原动系统的阻尼转矩相互解耦,和电磁功率中的阻尼转矩加和后共同影响系统阻尼比。研究结果可为实际系统超低频频率振荡的分析与控制提供指导。     

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。     

串联IGBT的一种复合均压方法

针对IGBT串联应用时的集射极电压均衡问题,提出并研究了一种门极平衡核与无源RCD缓冲电路相结合的复合均压方案。分析了门极平衡核的均压原理,借助门极驱动等效电路模型,导出了门极平衡核的参数设计方法。在IGBT门极与发射极之间引入瞬态电压抑制器,有效减缓了平衡核变压器的漏感与IGBT输入电容引发的门极信号振荡幅度,同时有效保护了IGBT门极过电压。建立了复合均压方案的仿真与实验系统,实验结果表明,复合均压方案对由于IGBT特性参数差异和门极驱动信号不同步而引起的IGBT集射极电压不均问题具有显著的平衡效果。     

电力系统稳定器影响频率振荡的机理及阻尼分析方法

频率振荡是有功频率控制过程的小扰动稳定问题。已有研究集中于发电机调速器和原动机环节的分析。电力系统稳定器也可用于抑制频率振荡。分析了发电机励磁系统影响频率振荡的机理,当负荷具有电压调节效应时,则发电机励磁系统通过影响负荷电压进而影响负荷功率,从而对频率振荡产生影响。给出了频率偏差通过电力系统稳定器、励磁、网络、负荷等环节影响电磁功率的过程,利用阻尼转矩法计算电磁功率阻尼系数并分析了电力系统稳定器的影响。提出了多机系统中不同发电机电力系统稳定器对频率振荡阻尼影响大小的评估方法,选择影响大的发电机进行参数优化可更加有效地提高频率振荡阻尼。利用IEEE的4机2区系统对分析结论进行了仿真验证。