基于广义短路比的电力电子多馈入系统小干扰概率稳定评估

广义短路比是一种反映多电力电子设备互联和交流电网强度对系统振荡影响的静态指标,可用于量化系统的小干扰稳定裕度。新能源发电功率的随机性导致多馈入系统的小干扰稳定裕度呈现出不确定性,为此,提出一种基于广义短路比的电力电子多馈入系统小干扰概率稳定裕度评估方法。首先,将额定运行条件下的广义短路比推广到适用于一般运行条件的广义运行短路比,从而能够量度电力电子设备任意输出功率时的系统小干扰稳定裕度;其次,由于广义运行短路比在数学上对应拓展导纳矩阵的最小特征值,而拓展导纳矩阵元素中包含不确定的输出功率,因此采用矩阵概率D稳定描述系统小干扰概率稳定评估问题;同时为克服在工程实践中获取输出功率准确概率分布的困难,采用期望和方差等部分概率信息来描述系统随机性,在此基础上结合广义矩理论将矩阵概率D稳定转化为易于求解的半定规划问题。最后,通过算例说明所提评估方法的有效性。     

电力电子多馈入电力系统的广义短路比

随着新能源、无功补偿等电力电子设备的大量接入,交流系统相对变弱,分析电力电子多馈入电力系统潜在的失稳、精确度量交流系统电压支撑能力十分重要。文中首先推导了单馈入系统短路比与小干扰稳定性特征方程的显示关系式,建立了单馈入系统短路比与其小干扰稳定间的联系。其次,在一定假设条件下,证明了n馈入系统的动态可由n个独立的单馈入系统表征,从而实现多馈入系统稳定性向单馈入系统稳定性的解耦和简化。最后,提出可用于度量交流系统的强度的广义短路比概念(generalized short circuit ratio,g SCR)。所提出的广义短路比是一个与系统振荡频率无关的静态变量,但反应的是多馈入系统的小干扰稳定裕度,并且在单馈入和多馈入系统下可实现物理意义和数学形式的统一。仿真算例表明了g SCR定义的合理性和有效性。     

基于灵敏度协同的多馈入新能源集群最大容量优化分配方法

随着新能源接入比例的不断提高,并网系统逐渐演变为多馈入系统且电网强度逐渐变弱,谐振问题将成为限制新能源渗透率提升的关键因素之一。为此,提出一种谐振约束下用于提升多馈入新能源集群最大接入容量的优化分配方法。首先,建立含工作点的并网逆变器阻抗模型,基于电网络理论获得了广义多馈入系统的聚合模型。然后,构建相角裕度关于集群容量的极值函数,并应用拉格朗日乘数法获得了一定容量下稳定裕度最大时集群阻抗灵敏度需保持一致的极值条件。在此基础上,面向谐振约束下区域电网新能源最大支撑需求,提出基于灵敏度协同的集群容量阈值求解及分配优化方法,并对所提方法复杂度进行分析。所提方法简单高效,在容量规划时算力需求量小。最后,通过IEEE 9节点和IEEE 33节点区域微网实时数字仿真系统（RTDS）硬件在环算例,验证了上述理论分析和所提方法的可行性。     

含SVG的新能源多馈入系统振荡分析和广义短路比计算

弱电网中静止无功发生器(SVG)与新能源设备交互作用明显,如何分析含SVG的新能源多馈入系统的振荡特征是个难题.为此,建立了SVG和新能源联合运行且网络结构保持的系统动态模型,提出了考虑SVG影响的新能源多馈入系统广义短路比计算方法,并用于判断系统是否稳定以及量化系统稳定裕度.首先,推导了网络结构保持的模型的系统传递函数矩阵和特征方程;然后,基于模态摄动理论构造了可近似多馈入系统主导特性的等效同构多馈入系统,并严格论证广义短路比可用于分析含SVG的新能源多馈入系统的振荡稳定裕度;最后,给出了考虑SVG影响的新能源多馈入系统广义短路比及其临界值计算方法,以及电网强度和系统振荡稳定裕度的量化方法.仿真算例说明了所提分析和计算方法的有效性.     

基于广义短路比的多馈入系统强度量化原理与方法:回顾、探讨与展望EI北大核心CSCD

随着直流和新能源等电力电子设备的大量接入,电力电子多馈入系统(简称多馈入系统)成为现代电力系统的一种典型形态。多馈入系统的安全稳定运行能力与其受扰后的电压响应性能密切相关,工业界常用系统电压支撑强度(简称系统强度)的概念描述由电网和设备动态构成的闭环系统的电压响应性能,用电网强度概念描述不考虑这些设备动态的等效交流电网的特性。现有研究一般认为电网强度与系统强度之间存在正相关性,并认为短路比能够描述电网强度,却并未揭示电网强度、短路比和系统强度之间的内在联系。为此,该文聚焦小扰动下的系统强度问题,从抗扰性、同步稳定性以及静态电压稳定性3个角度描述系统强度特性,回顾将多馈入系统动态解耦为多个单馈入系统动态的系统强度量化原理,阐明广义短路比指标与系统强度之间的解析关系,并揭示系统强度–电网强度–设备临界短路比三者之间的内在联系。研究表明,广义短路比反映了电网的多端口电压与电流的最大灵敏度,与短路电流无必然联系;电网广义短路比与设备临界短路比的相对值可一定程度反映多馈入系统的安全稳定裕度。进一步,给出用于量化系统强度的广义短路比集中判据和单母线视角下的分散判据,并阐明传统CIGRE多馈入短路比与广义短路比的联系和区别。最后,利用算例验证量化原理与方法的有效性。     

多馈入电力系统广义短路比：多样化新能源场景

新能源经电力电子设备接入电网的规模需要适应电网强度,否则存在振荡风险,但新能源设备动态差异性以及新能源设备间的强相互作用导致准确度量电网强度存在挑战。该文从系统小干扰稳定的角度探索利用广义短路比指标度量电网强度的方法。首先,建立了多馈入电力系统的线性化模型,给出了其闭环系统特征方程。其次,基于特征值摄动理论,证明了多样化新能源馈入系统(异构系统)的主导特征轨迹可由等效同构多馈入系统的主导特征轨迹来近似这一结论。最后,将同构系统中定义的广义短路比推广到异构系统,并给出了广义短路比的两种等价定义和广义短路比临界值的计算方法。研究表明,广义短路比在同构和异构多馈入系统中的定义是一致的,其临界值可以通过构造等效的单馈入系统解析计算或者通过半实物仿真实验得到。算例验证了所提分析方法的有效性。     

基于中频段无源性指数的电网强度分析方法EI北大核心CSCD

大规模新能源设备接入电网后形成多馈入系统,其稳定性可以从电网强度视角进行量化。该文从广义奈奎斯特曲线几何角度深入分析广义短路比在强异构多馈入系统中锁相环主导振荡问题中的影响机理,提出基于新能源设备中频段无源性指数的电网强度分析方法。研究结果表明:针对锁相环主导的振荡问题,当多馈入系统的广义短路比大于系统内新能源设备扫频在中频段的无源性指数时,便可保证系统稳定。仿真结果表明所提判据有效,此外,所提判据仅使用开环系统数据以及系统广义短路比,可由新能源场站与电网侧分散实施,具有良好的实用性。     

华东大受端电网直流接入能力评估

受端电网的直流接入能力是直流多馈入电网调度运行部门越来越关注的问题。文中从大规模直流接入华东电网后带来的实际问题出发,分析了限制受端电网直流接入能力的主要因素,以此为基础提出了一种考虑多约束的受端电网直流接入能力计算方法。该方法根据典型方式下备选直流落点的短路容量及各直流间的交互作用程度,快速确定新增直流接入落点,进而综合考虑直流多馈入短路比、电网低谷调峰能力、有效直流惯性常数、电压稳定、暂态稳定等多约束条件,计及电网发展变化迭代增加直流接入容量,最终给出电网直流接入能力。在IEEE 39节点系统中验证了所提方法具有可操作性,基于该方法对华东电网开展直流接入能力评估,为提高直流多馈入电网的运行管理水平提出了建议。     

基于多目标优化的电网直流承载规模评估方法

合理评估受端电网的多馈入直流承载规模,对指导电网建设和维持电网安全稳定具有重要意义。考虑直流落点、机组出力分配、无功补偿对受端电网直流承载规模的影响,在分析广义有效短路比可量化节点电压对直流馈入支撑强度的基础上,采用广义有效短路比指标、暂态电压支撑强度指标及网损指标和发电机成本费用指标,以及考虑受端电网安全运行的多约束条件建立联合优化直流落点和机组出力分配的模型,基于利用循环递增直流馈入容量和重复求解优化模型获取满足约束条件的优化解集,以及对解集按逆序进行安全校验的方式,提出了基于多目标优化评估受端电网最大直流承载规模的方法。在此基础上,进一步建立基于多目标优化无功补偿增加最大直流承载规模的方法。最后以IEEE 39节点系统和河南规划电网作为多馈入直流受端电网进行仿真分析,验证了所提受端电网最大直流承载规模分析方法的可行性和有效性。     

含整流站接入的多馈入直流系统强度评估

现有的多馈入短路比的定义无法准确描述含有整流站接入的多馈入系统强度,需要对其进行改进。建立了含有整流站的双馈入测试系统,采用最大功率曲线法,在一系列参数研究的基础上提出了新的多馈入系统有效短路比的定义。通过对处于临界稳定下的的三馈入直流系统以及逆变站过电压计算,验证了新的多馈入系统有效短路比的定义的有效性。     

考虑光伏无功补偿的多馈入直流受端电网强度分析

具有多馈入直流外受电和新能源集中并网的受端电网稳定运行需要交流系统提供足够的电压支撑强度.有必要研究如何准确量化受端电网强度.文中考虑定性分析和定量评估2个方面,从广义短路比及其临界值变化的角度研究了光伏电站接入对受端电网静态电压稳定裕度的影响.首先,建立系统的准稳态模型,利用光伏电站接入对交流网络雅可比矩阵主导特征值的灵敏度,定性分析了不同控制方式下光伏电站对系统静态电压稳定性的影响;其次,基于模态摄动,给出考虑光伏电站接入后的广义短路比及其临界值的计算方法和评估流程;最后,通过量化光伏电站无功补偿对系统强度的影响,给出光伏电站电压-无功功率下垂控制系数的选择方法.仿真结果验证了所提方法的可行性和有效性.     

基于广义短路比的多馈入直流系统受端电网结构优化方法

大规模直流多点馈入导致受端交流系统电压支撑能力相对变弱,电压稳定问题突出。因此亟须提升受端交流系统强度,但这在加强交流系统电气联系的同时也加剧了短路电流水平。受端交流系统的结构同时影响系统强度和短路电流水平,优化系统结构有助于协调系统强度与短路电流水平之间的矛盾。基于广义短路比的灵敏度分析和支路追加法,文中提出了一种电网结构优化方法。首先,分析了广义短路比和短路电流水平之间的变化关系;其次,研究了交流系统结构调整对上述2项指标的影响,分析了协调2项指标后的系统结构调整综合效益;最后,对不同直流落点进行分类,给出相应的受端交流系统结构优化调整策略。仿真算例验证了所提策略的可行性和有效性。     

基于自适应权重PSO算法的分布式光伏并网极限容量计算

为了提高配电网接纳光伏的能力,保证配电网的安全运行和良好的电能质量,提出一种基于自适应权重粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法的分布式光伏并网极限容量计算方法。综合考虑光伏接入容量、电压偏差、线路载流、谐波畸变率、不允许功率倒送的约束条件,建立分布式光伏并网极限容量计算模型;引入自适应惯性权重系数对传统PSO算法进行改进并对模型求解;在满足约束条件的前提下,计算不同规划方式下的分布式光伏并网极限容量,并分析接入后对配电网电能质量的影响。IEEE 69节点配电网模型的仿真结果表明:所提出的方法能够高效求解光伏并网极限容量问题,提高配电网对分布式光伏的接纳能力。     

具有无功补偿功能的单级式三相光伏并网系统

随着光伏发电技术的推广应用,具有无功补偿功能的光伏并网系统对于减轻电网负担、改善供电质量具有重要意义.本文提出了一种具有无功补偿功能的单级式三相光伏并网系统.该系统实时检测太阳能电池输出电压和电流、电网电压和负载电流,在实现太阳能电池最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)的同时,还能够实时补偿本地负载的无功电流.由于采用了改进的干扰观测法,MPPT算法的稳定性得到了改善;在逆变控制中应用了单周期控制(One-Cycle Control, OCC)PWM算法,从而提高了控制精度,减小了输出电流的纹波含量.文中给出了仿真和实验结果,验证了设计的合理性.     

单周控制光伏并网系统的最大功率跟踪

单周控制的单级全桥光伏并网系统具有容量大、效率高、成本低等优点。但现有基于单周控制的光伏电池最大功率跟踪存在着难以搜索最大功率点、难以稳定工作在最大功率点以及搜索精度差等缺点。针对以上不足,本文提出了基于增量电导的光伏电池最大功率跟踪算法,该算法将光伏电池输出功率引入到单周控制的输入量中,同时优化了光伏电池输出电压的给定量。该算法在硬件上实现简单,仿真结果表明该算法能够准确跟踪光伏电池最大功率点,并具有较高的精度和稳定性     

大规模光伏并网系统谐振机理及稳定性分析

在弱电网下或者装机容量增加时,大规模光伏并网系统易引发谐波谐振,危及光伏电站的正常稳定运行。针对上述问题,以大规模光伏并网系统为研究对象,分别从系统阻尼、闭环控制等角度揭示了大型光伏电站和电网之间的谐振机理。研究结果表明:LCL滤波器自身的有源阻尼策略并不会导致大规模光伏并网系统引发谐振,引发谐振的关键因素在于并网逆变器自身的稳定裕度。电网阻抗、装机容量、系统参数设计、控制策略等因素的综合效应可以使并网逆变器在某一特定条件下运行到临界稳定状态附近而引发谐振,谐振将导致入网电流在相应谐振频段产生大量谐波。如果稳定裕度进一步减小,系统将逐步由谐振状态过渡到振荡、发散等不稳定状态。仿真与实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于灵敏度分析的直驱永磁风机并网系统小干扰稳定优化研究

通过分析风力发电系统的工作原理,建立了双脉冲宽度调制（PWM）控制策略下直驱永磁风机并网系统的数学模型。在此基础上,在静态工作点处对数学模型进行线性化处理,建立了相应的小信号数学模型。利用特征值灵敏度分析法直观地筛选出影响系统小干扰稳定性的关键因素。据此,从系统的设计角度出发,提出了风机并网系统参数的优化方案。结果表明,通过参数的优化,风机并网系统的稳定性得到了改善。     

基于改进电容电流反馈的含非线性负载光伏并网系统振荡抑制策略

在含非线性负载的光伏并网系统中，光伏发电单元、非线性负载、电网三者之间的相互作用可能导致系统出现振荡，因此提出一种改进的电容电流反馈有源阻尼(capacitor current feedback active damping, CCFAD)控制方法。首先，采用谐波线性化方法建立含非线性负载的光伏并网系统序阻抗模型，并基于阻抗模型和对数频率稳定判据揭示含非线性负载的光伏并网系统振荡特性。随后，基于负电阻理论定义阻抗相对灵敏度指标，评价不同参数变化对系统阻抗特性的影响程度，获取影响系统稳定性的关键参数。基于不同参数的阻抗相对灵敏度分析，提出一种改进的CCFAD方法。该方法拓展了传统CCFAD的正阻尼区域，有效地改善了系统输出阻抗的相位裕度，提高了系统稳定性。最后，在Matlab/Simulink中搭建仿真模型，验证了分析方法的正确性和所提控制策略的有效性。     

基于无功功率裕度分配的光伏电站静态无功/电压控制策略

光伏电站大规模集中并网运行可能会引起系统电压波动,从而影响电力系统的稳定运行。为降低光伏电站并网对系统安全稳定的不利影响,减少输电系统网损,该文研究了光伏电站的无功/电压控制问题,首先分析了系统有功功率和无功功率对光伏电站并网点电压的影响,进而提出了一种基于无功功率裕度分配的光伏电站静态无功/电压控制策略,最后搭建了某实际光伏电站并网模型,通过动态仿真验证了所提控制策略的可行性和准确性。