电力系统特征值分类和区域振荡控制

一种由N个相同发电机组成的规则系统被考虑用来揭示电力系统振荡的一般规律。规则系统 的特征值分成两类：类型一对应系统中发电机的整体运动，这些特征值与单机供一负荷的 特征值 相同。类型二对应发电机的相对运动，这些特征值与单机对无穷大母线的特征值相似。实际 系统可以考虑为规则系统的扰动情况。扰动使特征值不再重叠一致而是分散在复平面上。一 个两 区域系统被用于区域振荡研究。特征值分类原则解释了单机对无穷大母线模型用于多机系统 控制的有效性。PSS被考虑用于区域振荡控制。     

基于相似变换理论的直驱风电场经柔直并网系统次同步振荡简化模型

直驱风电场经柔直并网系统阶数较大,适用于次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)研究的详细建模难以实现。针对这一问题,基于矩阵的相似变换理论,提出一种适用于分析直驱风电场经柔直并网系统场内/场网SSO的简化模型。简化模型基于相似矩阵具有相同特征值的原理,将多机经柔直并网系统SSO问题简化为两种不同结构的单机系统来研究,并给出降阶后两类单机系统的动态数学模型和物理简化模型。其中,第1类单机系统反映场内SSO模式,第2类单机系统反映场网SSO模式。最后,通过工程规划阶段、工程投运阶段和实际风电场算例验证所提简化模型的有效性。结果表明,所提简化模型具有严格的理论基础,有效降低系统维数的同时能反映场内/场网SSO模式,弥补了基于输出倍乘的单机等值模型(output multiplication model,OMM)无法反映场内SSO模式的不足。同时,理论上验证了OMM为第二类单机系统的特例,可有效反映场网SSO模式。     

利用S变换局部奇异值的同调机组识别方法

文中提出一种利用S变换局部奇异值的同调机组识别方法.将广域测量系统(Wide Area MeasurementSystem,WAMS)采集到的系统发电机功角信息进行S变换,得到每台发电机的时频信息模值矩阵,将矩阵分割成块,计算各个子块的最大奇异值,利用时频信息模值矩阵中各个子块最大奇异值构造机组特征矩阵,采用分布聚类法对特征矩阵进行聚类分群.IEEE-39节点系统算例表明,该方法能够有效提取功角信息特征,具有很强的抗噪性,能够在不同故障类型下准确识别同调机组.     

交流电网相序变换的数学原理

给出了循环矩阵和对称循环矩阵的特征值和特征向量的4个基本定理：构成了含三相在内的多相交流电网相序变换的统一数学原理。该原理表明：相阻抗矩阵抽象为循环矩阵时，对称分量法是唯一的相序变换方法；相阻抗矩阵简化为对称循环矩阵时，存在无穷多的相序变换方法。     

交流电网相序变换的数学原理

给出了循环矩阵和对称循环矩阵的特征值和特征向量的4个基本定理：构成了含三相在内的多相交流电网相序变换的统一数学原理。该原理表明：相阻抗矩阵抽象为循环矩阵时，对称分量法是唯一的相序变换方法；相阻抗矩阵简化为对称循环矩阵时，存在无穷多的相序变换方法。     

次同步谐振分岔分析与特征值法和时域仿真的对比研究

针对一个含串联补偿电容的单机无穷大系统,运用分岔软件Matcont、特征值分析法和时域仿真法3种方法研究了该系统的次同步谐振现象,并对比分析了3种方法的结果。结果显示,采用分岔理论可以更深入地研究串补输电系统SSR现象的非线性特征,是一种可以精确分析串补度等参数对SSR稳定性影响的方法。     

多机系统复转矩系数分析及PSS参数计算

针对电力系统稳定器(PSS)抑制低频振荡所基于的阻尼转矩概念,为将阻尼转矩的概念推广应用到多机系统中,提出一个把多机系统中的区域间振荡简化为一个两机系统模型,在两机模型中应用复转矩系数法的研究方法,说明基于单机无穷大系统的复转矩系数法推广应用到多机系统中的意义和合理性,推导基于两机模型的PSS补偿角度计算方法,并且通过比较说明该方法的计算结果与基于单机无穷大模型的计算结果存在差异。     

小干扰稳定性分析中一种关键特征值计算的稀疏实现

该文提出了一种大规模电力系统小干扰稳定性分析中基于稀疏技术的关键特征值求解方法。该方法借助于Cayley变换，将关键特征值计算变为主特征值的计算，导出了基于稀疏增广状态矩阵的幂法迭代公式，并利用稀疏2×2分块矩阵及稀疏三角分解技术实现了该方法。2个示例系统的计算结果验证了算法的正确性和有效性。该方法不但可用于低频振荡抑制中控制器参数的协调优化，而且其中使用的多种基本技术也可以推广到基于子空间法求取部分关键特征值的各种迭代计算中。     

负荷模型不确定性对多机系统小扰动稳定的影响分析

由于负荷模型是大量实际负荷元件的聚合,具有不确定性,因此研究负荷模型的不确定性对系统小扰动稳定的影响具有重要意义。基于综合负荷模型的状态空间描述,建立了系统状态方程和代数方程对状态变量和代数变量的偏导数矩阵的负荷子块的解析式,据此分析综合负荷模型对系统状态矩阵的影响。用所提出的灵敏度因子的定义分析其对系统特征根分布的影响,获得了一种分析负荷模型的不确定性对多机系统特征值分布影响的方法。该方法很好地解决了负荷模型参数在其不确定性范围内变化时如何影响多机系统的振荡模式这一问题。通过两区域四机系统的计算分析说明了所提出方法的有效性。     

基于指数变换的电力系统不稳定特征值计算方法

判断电力系统小干扰稳定性的前提是不遗漏地计算全部不稳定特征值。文中提出一种基于指数变换的双层Arnoldi算法用以求解电力系统的全部不稳定特征值。该方法首先采用指数变换将系统的所有不稳定特征值映射成为主导特征值。其次，采用外层的隐式重启动Arnoldi算法求解谱变换后的所有主导特征值，逆变换之后便可以得到所有不稳定特征值。然后，结合加速收敛技术，采用内层Arnoldi算法求解指数矩阵与向量的乘积。最后，Xing6u和NF2016两个实际电力系统的计算结果表明，所提方法可以快速且精确地计算电力系统的所有不稳定特征值。     

串补输电系统中次同步谐振的模态阻尼推导

水轮机调节系统是一类典型的非最小相位系统,为抑制其右半复平面零点所造成的负调,提出一种二自由度内模控制（IMC） — 比例 — 积分 — 微分（PID）控制和模糊逻辑设定值加权的混合控制策略。基于内模控制设计的二自由度PID控制器不但能够减小负调,而且可以独立调节系统的目标跟随特性和干扰抑制特性,引入的模糊逻辑设定值加权系数可以在线修正控制器的比例增益,从结构上有效抑制负调的产生。仿真结果表明,该控制器对水轮机调节系统具有良好的控制效果。     

应用导纳矩阵方程的配电网状态估计迭代算法

提出一种基于导纳矩阵方程的状态估计方法,针对输电系统和配电系统不同的量测类型,采用等效电流量测变换技术进行电力系统状态估计。经过理论推导,证明了导纳矩阵方程对于功率量测迭代计算可靠收敛,使在进行状态估计时,只需修正HTR-1H矩阵中少量对角元素,同时应用电压向量直接进行迭代,简化了传统状态估计的运算步骤。理论分析和算例结果表明,该方法与传统方法有相同的计算精度,同时具有计算快速、实施方便的优点,符合当前电力系统在线应用的实际要求。     

Electromechanical transients simulation on a multicomputer via theVDHN-Maclaurin method

This paper reports simulations of power systems electromechanical transients on a multicomputer, formulated as a nonlinear algebraic problem by using the time parallelization concept. The bi-factorized inversion, which is the most time consuming stage of the simulation, is solved by the “Very Dishonest Newton (VDHN)-Maclaurin” method, a fully parallel indirect method based on the decomposition of the nonupdated Jacobian matrix. This proposal is made to orient the search for the decomposition based on a sufficient condition for the convergence of the Maclaurin series, which is a desirable situation for the design of more robust algorithms for power system simulation. Such condition keeps a close relation with a physical coupling property exhibited by power systems, and the characteristics of the simulation method. Theoretical and numerical results show that a successful implementation of this method can be better reached when the Jacobian matrix is decomposed as a block diagonal matrix plus a matrix with off diagonal blocks elements, the latter representing weak couplings between the diagonal blocks. The ϵ Decomposition is used to satisfy the sufficient condition for convergence and the Longest Path Scheduling Method to prevent the uneven loading of processors, permitting to adapt the method in a efficient way on a coarse grain computer. The parallel simulation was written in C language and implemented on a Parsytec PowerXplorer multicomputer. Tests using electromechanical models of the Chilean Central interconnected system and the IEEE300 test system were made to evaluate the advantages and drawbacks of the parallel method     

全过程动态仿真中大型线性方程组的分块求解算法

电力系统全过程动态仿真能够将机电暂态、中期和长期动态过程有机地统一起来进行数字仿真,仿真过程中需要多次求解大型稀疏线性方程组。该方程组由电力系统设备模型的微分—代数方程式差分后的代数方程和输电网络模型的代数方程形成,其快速求解算法是电力系统全过程动态仿真的难点之一。文中提出一种利用仿真中矩阵结构特点的分块快速直接求解算法,并开发实现了大型电力系统线性方程组稀疏求解器(ESS)。该算法首先将稀疏矩阵分为4个分块矩阵,然后将其中规模最大的对角块进一步细分为多个更小的对角分块矩阵,并利用部分小分块具有相同结构的特点进行矩阵LU符号分解和数值分解,最后根据分块矩阵进行前代和回代求解计算。与现有其他求解器进行的算例对比表明,ESS具有较为明显的整体求解速度优势,特别是在矩阵LU分解方面。     

基于阻抗法的大规模风电场等值方法研究

大规模风电场的馈入会导致电力系统出现新的振荡稳定性问题。目前,大多数研究都将风电场等效为单个风机进行振荡稳定性分析。然而,该方法忽略了风电场内部的动态交互作用,可能会造成不准确的分析结果。通过矩阵变换,将一个具有M台永磁同步发电机(PMSG)的风电场分解为一个对角矩阵,每个对角矩阵表示等效的PMSG子系统。在此基础上,利用矩阵摄动理论,建立了基于阻抗法的风电场降阶模型,充分考虑了风电场的拓扑结构和内部动态特性。所提出的风场等值方法能够在保证精度的同时很大程度降低解析建模的复杂程度,适用于大规模风电场并网的振荡稳定性分析。通过仿真验证了所提方法的有效性。     

基于牛顿法的配电网络Zbus潮流计算方法

根据配电网的特点,在比较各类算法的基础上提出了一种新的基于牛顿法的配电网潮流算法。该算法从Zbus算法出发,对网络方程进行虚实部分解,形成的雅可比矩阵与节点导纳矩阵有极大的相似性,迭代中雅可比矩阵仅有少部分对角元素需要修改。算法通过修改雅可比矩阵元素来处理PV节点,还能够处理几种不同类型的负荷模型。理论分析和计算表明该算法性能优良,是配电网络潮流分析的有效方法。     

抑制次同步谐振的可控串补线性最优控制器设计

首先基于单机无穷大系统的数学模型建立了包括可控串补的状态空间描述;然后根据线性最优控制理论,应用基于次时间最优控制的加权矩阵确定方法设计了单机无穷大系统的可控串补控制器。采用上述方法不仅可以准确、快速地设计出所需要的控制器,还可避免设计者的盲目试验。最后利用PSCAD/EMTDC仿真程序,通过对含可控串补的单机无穷大系统的暂态仿真验证了该方法的有效性。     

Identification of generic bifurcation and stability problems inpower system differential-algebraic model

Based on the structurally represented power system differential-algebraic model and its Jacobian matrix. This paper develops a much more complete and systematic classification of the types of bifurcation and stability problem in the power system model. It is theoretically shown that bifurcations cannot occur due to the row dependence of the network Jacobian matrix (causality matrix) associated with the rows of the active and reactive power balance equations at a single bus or at a subset of buses, resulting in several of the classified bifurcations being nongeneric. The generic types of bifurcation and instability problems are then identified: static bifurcation dynamic bifurcation, loss of causality, and loss of single-machine stability; the later two are further shown to be very improbable. This paper also proposes an equivalent test for static bifurcation-static/algebraic bifurcation test whose advantages are disclosed. The identification of generic bifurcation and stability problems in power systems provides the foundation of the further study on static and dynamic voltage-angle stability problems     

解列时刻对解列后孤网暂态稳定性的影响机理

解列时刻是解列后孤网能否保持同步稳定运行的一个关键参量.文中采用扩展等面积准则方法,将组成孤网的机组通过互补群惯量中心-相对运动变换映射为单机映象.基于单机映象等值电磁功率在解列前后的差值在等值功角变化区间上的积分,提出了解列时刻影响孤网暂态能量变化量的计算方法,从能量角度解释了不同解列时刻对孤网暂态稳定性的影响机理.进而提出了解列后孤网暂态稳定裕度对于解列时刻的灵敏度计算公式,判断延迟解列是否有利于孤网暂态稳定性,并通过仿真证明了分析方法的正确性.     

双馈风电场接入串补输电系统引发次同步谐振的研究模型

双馈风电场连接固定串联电容补偿输送电力的系统容易产生次同步谐振(SSR)。对于经电力电子变流装置接入系统的双馈风电场,其SSR特性与传统的SSR不同,双馈风机的变流器控制环节对SSR具有重要的影响。为了分析这种电力电子设备接入导致的新型SSR问题,以发生了此类SSR事故的国内某大规模风电汇集地区风电场为原型,建立了实际系统的等值模型。该等值模型可以作为研究此类SSR问题的一种标准模型,从而进一步对其产生机理、振荡特性以及抑制措施展开研究。验证了所提研究模型的有效性。利用该模型,通过时域仿真方法分析出各因素对双馈风机串补系统稳定性的影响。根据得到的结论提出了抑制此类SSR的措施。