水电孤岛直流送出系统的频率稳定性研究

在考虑尾水管水压脉动的线性水轮机模型的基础上进行改进,设计了一种谐振函数来模拟尾水管的实际脉动情况,并建立了既考虑尾水管水压脉动又考虑弹性水柱的水轮机模型。采用时域仿真方法,验证了水轮机模型的准确性并分析了水力系统参数、调速器参数对送端孤岛直流送出系统频率振荡的影响。仿真结果表明,水力启动时间T_w、调速器参数K_D对送端孤岛系统的频率振荡影响较大,而弹性时间T_e对频率振荡的影响较小。在频率振荡的抑制方法方面,本文在原有的直流频率限制器模型的基础上进行改进,用二次低通滤波器代替一次滤波器并重新调整PI参数。由仿真图形可知,改进后的直流频率限制器抑制效果良好,可将送端频率有效地抑制在50Hz左右。     

水电孤岛高压直流送出协调控制策略

高压直流输电送端处于孤岛模式时,系统稳定性较差.由于送端与交流主网没有电气联系,在遭受故障的情况下,功率的不平衡可能导致发电机超速.针对水电孤岛高压直流送出系统提出了一种协调控制策略.基于高压直流功率调制机制和水轮机调速系统的研究,在提升高压直流输送功率的基础上,通过注入一个经 PI 环节优化的输送功率减少量,对原有的闭环控制策略进行了修改.在 PSCAD/EMTDC 电磁暂态仿真环境下搭建了水电孤岛高压直流送出的模型,并通过仿真验证了所提出的协调控制策略的有效性     

基于Hopf分岔的电力系统HVDC稳定直流分段控制策略

为有效处理电力动态失稳现象,提出基于Hopf分岔的电力系统HVDC稳定直流分段控制策略。首先,基于IEEE 14电力测试系统并利用HVDC整流器进行电力3段系统构建,然后利用代数方程实现系统模型表示;其次,对3段系统利用Hopf雅可比分岔点理论进行灵敏度研究,并选用HVDC工作点进行线路电流参数调整,实现最佳参数的线性可控确定,获得电力系统直流分段的稳态控制效果;最后,实验对比结果显示,所提策略可得到最佳操作点,可实现Hopf分岔过程的阻尼振荡和稳定裕度提升,从而大幅提升系统的稳态控制效果。     

交直流系统电压稳定性的Hopf分岔分析

为分析交直流电力系统的动态电压稳定性,采用非线性动态系统的Hopf分岔分析方法,得到了系统的动态稳定裕度,获取了系统失稳的关键因素。并在此基础上,依据特征值灵敏度分析了直流系统控制参数对电力系统Hopf分岔的影响,为避免系统因发生Hopf分岔而失稳提供了制定控制策略的依据。最后,借助非线性分析软件AUTO97,运用Hopf分岔分析方法,详细分析了一个三机交直流系统的动态电压稳定性。算例测试表明:分岔理论可以比传统线性化分析方法更为准确地分析系统在临界点领域附近的动态稳定情况。     

简化单机水电系统负阻尼时频率振荡的类Hopf非光滑分岔分析

该文从切换型振荡角度,分析负阻尼情形下死区或限幅参与的频率振荡,说明负阻尼下超低频频率振荡(ultra-low frequency oscillation,ULFO)的机理之一是切换型振荡,并揭示了含死区和限幅的单机水电系统在突变负荷扰动下的超低频频率振荡可对应分段光滑连续系统的单次穿越型类Hopf非光滑分岔。首先,介绍分段光滑连续系统边界平衡点分岔(boundary equilibrium bifurcation,BEB)、类Hopf分岔和单次穿越型类Hopf分岔;其次,给出单水电机组电力系统的非光滑动力系统模型;然后,对比分析有/无死区和限幅(切换边界)时,单机系统负阻尼时频率振荡的差异,初步说明稳定的持续振荡与限幅和死区切换边界相关,无法单纯使用负阻尼或传统Hopf分岔来解释;进一步,借助广义Jacobi矩阵,说明有死区或限幅边界作用的切换型振荡对应的是发生单次穿越型类Hopf分岔;最后,分析突变负荷扰动下单机系统的平衡点、扰动后轨迹的非光滑分岔特性,说明单次穿越型类Hopf分岔是伴随着稳定结点穿越边界变为不稳定焦点的类Hopf分岔。     

基于Hopf分岔理论的风电系统电压稳定性研究

为研究风电系统参数连续变化对其电压稳定性的影响.应用Hopf分岔理论,以风电场有功功率和无功功率为分岔参数,通过延拓法求解单参数Hopf分岔点和两参数Hopf分岔边界,研究了分岔参数对Hopf分岔的影响,并分析了静止无功补偿器(SVC)对Hopf分岔的控制作用.研究表明,风电场的无功消耗会限制有功功率的输出,SVC可以...     

基于Hopf分岔的风电集群系统电压稳定分析

针对大规模风电场集群接入后电力系统动态无功电压稳定问题,在DIgSILENT/Power Factory中建立了计及风功率波动特性的风电场动态模型? 改进了传统微分代数方程(Differential Algebra Equation, DAE)模型,提出一种基于Hopf分岔的改进连续潮流法(Continuation Power Flow, CPF)与时域仿真相结合的动态分析法? 采用一种快速计算系统稳定裕度的算法,通过双参数“两步法”追踪系统二维Hopf分岔曲线,分析风电集群地区无功补偿设备动态响应特性及电压控制效果? 对新疆哈密地区实际风电集群系统仿真结果表明:基于静态延拓法的鞍节分岔点(Saddle Node Bifurcation, SNB)稳定裕度高于基于CPF与动态时域仿真追踪的Hopf分岔点,所提方法能快速计算Hopf分岔点,准确计算风电集群系统电压稳定极限?     

楚穗直流孤岛系统安稳策略研究

对楚穗直流孤岛方式下的各种故障后系统的稳定性进行了计算分析,指出了主要存在的稳定问题。分别针对孤岛方式下线路N-2故障、楚穗直流极或阀组闭锁以及直流保护引起楚穗直流功率突降等情况进行了具体研究分析,提出了相应的安全稳定控制策略。     

柔性直流输电系统的联网和孤岛运行通用控制策略

针对当前柔性直流输电系统缺乏在联网和孤岛运行条件下的通用控制策略的现状,根据高压电网的特点引入了交流侧的频率—有功功率的下垂控制和直流侧的有功功率—直流电压的下垂控制,并由此提出了柔性直流输电系统联网和孤岛运行的通用控制策略。该控制策略可有效适用于换流站的联网和孤岛运行工况,且能够与电网的一次调频、二次调频配合工作,适用于孤远电网及海上风电场等弱电网互联情况。电磁暂态仿真结果表明,该柔性直流输电系统通用控制策略可实现对柔性直流输电系统联网和孤岛运行工况的有效控制。     

多机电力系统Hopf分岔的在线控制

讨论了以负荷为参数的多参数空间中的电力系统Hopf分岔控制问题。电力系统中负荷的变化和控制决策的生成及实施(如投切电容器等)是在不同的时间尺度上进行的。前者是一个比较缓慢的过程,而后者是在一个较短的时间内完成的。通常情况下,在控制决策生成的一个小的时间尺度上系统负荷不会发生突变。基于上述事实,提出了一种以系统负荷为参数的Hopf分岔的在线控制方法,其原理为:当系统的平衡(运行)点接近Hopf分岔面时,直接计算与当前平衡(运行)点对应的Hopf分岔面的近似法向量,然后以近似法向量作为控制参数的调节方向对控制参数进行调节,以避免系统发生Hopf分岔。IEEE14节点算例验证了上述方法的有效性。     

无线网络模型中Hopf分岔的PD控制

为了延迟无线接入网络拥塞控制模型中霍普夫(Hopf)分岔现象的发生,采用proportional-derivative(PD)控制器,通过选择通信延迟作为分岔参数,分析无线网络系统中的Hopf分岔行为,并由理论分析得知当分岔参数超过临界值时系统发生Hopf分岔。通过设置PD控制器的控制参数,推迟分岔行为的发生,继而维持系统处于稳定状态。还讨论了不同控制参数对分岔行为的影响。利用中心流形定理和正规性理论分析了Hopf分岔的方向及其周期解。最后给出数值仿真验证理论分析的正确性,与混合控制器的对比试验表明PD控制器的有效性。     

直流孤岛送电系统的系统接入技术要求研究

针对直流孤岛送电系统规划与运行面临的安全稳定问题,从送电规模、工频过电压和滤波器投切引起系统电压波动3个方面研究直流孤岛接入系统应具有的最小短路比,并考虑发电机和升压变压器电抗影响,推导出满足短路比要求的交流线路长度及各因素对短路比的影响程度;同时,基于机组作用系数法,通过研究送端系统短路比与次同步振荡之间的关系,分析了避免次同步振荡所需的送端最大短路比要求与接入系统最小短路比要求之间的矛盾,提出了解决方案;并通过推导直流孤岛送端频率波动特性,论证了发电机惯性常数、故障切除时间与送端系统频率波动的关系,为送端发电机调速器参数选取提供依据。     

一类非线性系统的极限环

证明了一类非线性系统ｄｘｄｔ＝ｘ２ｙ＋ｂｙ－ｘ，ｄｙｄｔ＝－ｘ２ｙ＋ｂｙ＋ａ的极限环根的存在与唯一性．     

高压直流输电系统孤岛运行调频策略

高压直流输电系统采用送端孤岛运行方式能够显著改善远距离送电系统稳定性和提升送电能力,其中孤岛系统的频率稳定性是决定能否孤岛运行的关键因素之一。结合前期天广、云广直流孤岛调试结果,阐明孤岛方式下优先利用直流系统频率限制器(frequency limitation control,FLC)平衡功率波动、放大机组一次调频死区作为后备措施、优先调整机组功率、利用FLC自动跟随的调频策略。针对孤岛方式下直流双极跳闸后出现的部分机组调相运行的现象,利用电力系统功率扰动的3阶段分配原理解释了产生原因,提出避免机组长时间调相运行的控制策略。现场试验结果验证了所提调频策略的有效性,为未来直流孤岛运行方式安排和控制措施的确定提供了依据。     

云广直流孤岛系统机组调相运行分析

孤岛运行作为云广特高压直流输电工程的设计运行方式之一,能够有效提高南方电网的稳定水平,但是存在较严重的机组间相互作用引起的小湾机组调相运行问题。建立了将电厂调速器控制系统、励磁系统、监控系统接入RTDS实时仿真系统形成云广直流孤岛分析的仿真试验平台,该仿真平台具有较高的仿真可信度,从调速器控制逻辑与参数在直流双极闭锁甩负荷后的调节规律的角度分析了小湾电厂机组调相运行的机理。     

描述直流孤岛送电系统的3个指标

送端电网采用直流孤岛运行方式,能有效解决大容量直流双极闭锁后大规模潮流转移导致的交流主网暂态稳定问题,但缺陷是送端系统自身的短路比和等效惯性常数较联网时显著减小,承受扰动能力较弱,因此,定量评估这类直流孤岛送电系统的强弱对直流工程的规划与运行具有重要指导意义。基于直流孤岛送电系统等效模型,考虑发电机电压调节器的作用,详细阐述了不同时间尺度下送端交流系统的戴维南等效电压源与等效阻抗的取值原则,并在PSCAD/EMTDC中搭建简化系统验证其正确性。在此基础上,提出了交流系统暂态阻抗、交流系统稳态阻抗以及等效惯性常数3个指标,分别用来描述直流孤岛送电系统的暂态过电压水平、直流功率输送能力以及频率暂态性能。3个指标可以直观体现直流孤岛送电系统的一些运行特性,从而实现对直流孤岛送电系统强弱的定量评估。     

直流孤岛送电系统的功率输送能力分析

传统高压直流输电系统存在送端孤岛运行的可能性,而直流孤岛送电系统的功率输送能力是其运行特性的重要方面,因此对直流孤岛送电系统的功率输送能力进行了针对性的研究。在PSCAD/EMTDC仿真程序中搭建了直流孤岛送电系统模型;通过理论计算和时域仿真2种方法分别绘制系统最大功率曲线,根据直流电流指令值变化速率的不同,分类讨论了慢速电流变化时的励磁模型和励磁参数对系统功率输送能力的影响、快速电流变化时励磁参数对系统过渡过程的影响;将所提方法应用于分析送端交流系统故障,阐述失稳机理并提出改善措施。仿真结果表明:基于功率输送能力分析的直流电流限幅和发电机强励措施能显著改善直流孤岛送电系统发生故障后的暂态响应特性。     

风电场孤岛直流外送系统的稳定控制

为了解决常规直流不能单独送风电的问题,分析了风电场孤岛直流外送系统的不稳定性机理,指出风电场不能与高压直流系统配合的原因在于"缺少不平衡功率自动消除机制",基于此提出一种解决方法,即在送端交流母线处附加VSC装置及其稳定控制策略,使送端电源整体接近电压源外特性并具备不平衡功率消除机制。一方面,VSC为DFIG提供了三相电压旋转矢量,保证DFIG的正常运行;另一方面,反馈VSC电容电压,根据电容电压的变化来反映直流送端系统频率变化,通过频率变化调节直流输送功率从而消除直流送端系统不平衡功率,实现了系统稳定运行的目标。基于所提出方法进行了实时数字仿真器(real time digital simulator,RTDS)的闭环验证,实验结果表明,此方法建立的不平衡功率消除机制,是解决风电场与传统直流单独配合问题的可行方法,且所需VSC装置容量仅为直流传输容量的1%左右。     

云广直流孤岛判别系统的原理及接口

云广直流孤岛判别系统是云广直流稳控系统、极控系统正确进行自动控制的前提。分析显示,通过合理简化后,孤岛自动判别只涉及对楚雄换流站第2、3串,和平变电站第3、6串,小湾变电站第3串开关开、断状态的电气逻辑判断。基于所作的合理的简化并对个别特殊运行方式加以限制,推导出孤岛判别方案的逻辑关系主判据,并说明了孤岛判别系统和极控、稳控系统的接口方式。     

鞍结分岔与极限诱导分岔的电压稳定性评估

提出了一个改进的约束优化方法来计算电压稳定性评估指标——负荷裕度，并以此来评估新型的电压崩溃现象——极限诱导分岔和传统的鞍结分岔。为了和现有的一些电压评估算法保持一致性，发电机无功极限约束被引进到了优化问题的约束条件中，并以此来判定无功，电压约束转换点和判断系统的电压崩溃类型。针对不同的系统模型，文中给出了各个系统的电压崩溃类型和负荷裕度。算法的有效性通过IEEE30，57，118母线系统、西日本（West-J）27母线系统和1个1047母线系统模型的仿真的得到了验证。该方法可有效地应用于电力系统电压稳定分析与评估领域。