高风电渗透互联系统的功角暂态稳定分析与惯性综合控制

具备虚拟惯性的变速风电机组接入电网,互联系统的暂态稳定控制将因惯性可控而更加灵活.首先推导含风电的两区域互联电力系统的线性化状态方程,分析风电机组的虚拟惯性作为系统运行可控参数对暂态功角特性的影响机理.其次,针对互联系统两侧区域电网,分别提出基于惯性调节的系统功角暂态稳定控制策略,通过协调两侧子区域惯性,提高系统功角暂态稳定.最后,通过建立高风电渗透下的两区域电网的仿真模型,验证所提控制策略通过灵活调节风电惯性,可显著改善区域互联系统的功角暂态稳定性.     

AVC体系下的长期电压稳定仿真分析

介绍了电力系统自动电压控制( AVC)的原理,根据分层电压控制思想,选用典型的AVC控制模型,验证其对长期电压稳定的影响.以控制灵敏度计算为基础,考虑系统安全运行约束,建立了用二次规划模型表达的二次电压控制模型.同时针对电力系统长期电压稳定具有慢动态的特点,以及AVC系统中二次电压控制引起的长期电压动态,在准稳态假设的基础上建立了反映系统长期电压变化的仿真模型.以新英格兰10机39节点系统的计算为例,验证了AVC系统能够提高系统的长期电压稳定性.     

针对暂态电压稳定问题的自动电压控制系统与切负荷协调控制策略

建立了暂态电压稳定分析的微分代数方程组,并提出了应对暂态电压稳定问题的自动电压控制(automatic voltage control,AVC)体系下二级电压紧急控制与切负荷协调控制策略。该协调控制策略把低压切负荷作为与AVC体系下二级电压紧急控制并行的一种控制手段,在这种协调控制的过程中优先考虑采用二级电压紧急控制,当计算发现仅依靠二级电压紧急控制不能使系统保持暂态电压稳定的时候再采用切负荷控制。在PSAT仿真环境下建立了含AVC体系下二级电压紧急控制和切负荷控制的电力系统暂态电压稳定仿真模型,对广东电网748节点系统进行仿真,验证了所提出的控制策略和模型的正确性和有效性。     

基于单机无穷大母线等值和轨迹灵敏度的暂态稳定最优励磁控制

为进一步降低电力系统暂态稳定控制代价,提出通过最优控制系统快速动态装置的设定值来保证系统在故障情况下的暂态稳定性。基于单机无穷大母线等值和轨迹灵敏度法,提出暂态稳定最优励磁控制二次规划模型,通过调整发电机电压调节器参考电压设定值来控制系统的稳定性。根据单机无穷大母线等值,在暂态稳定最优励磁控制模型中引入严格的暂态稳定判据;并借助轨迹灵敏度和稳定裕度指标提高计算效率。采用稳定裕度指标后避免寻找临界稳定轨迹,从而节省大量仿真时间。在新英格兰39节点10机系统和某省级692节点138机实际系统上的仿真结果验证了所提算法的可行性和有效性。     

基于事件触发控制的时滞电力系统负荷频率控制

区域电网间存在较高的数据传输,使有限的通信和计算资源变得拥塞。为降低区域电网间的通信负担,提出基于事件触发控制的时滞电力系统负荷频率控制(LFC)方法。针对具有通信延迟的LFC系统,建立基于事件触发控制的时滞LFC动态模型。进而采用多求和不等式,提出具有事件触发控制器的时滞相关LFC系统Lyapunov稳定分析判据;在此基础上,推导了基于事件触发通信和输出反馈的负荷频率控制器协同设计方案,以保证电力系统频率稳定性的同时提高数据传输效率。仿真结果表明,所提方法能够有效减小互联系统频率和联络线功率振荡,保证系统的时滞稳定性并减少网络通信的冗余传输。     

电力系统微分代数模型的奇异性和暂态电压稳定

将电力系统微分代数模型的奇异性与暂态电压稳定相联系,用动态负荷模型逼近静态负荷模型,以消除原微分代数方程模型中的奇异性。在2机单负荷3节点系统和新英格兰39节点系统中构造算例,证实了系统在原奇异点附近具有暂态电压崩溃的特征,从而微分代数方程的奇异性可以作为暂态电压崩溃的一种机理解释。此外,还研究了动态负荷模型时间常数、负荷功率和负荷成分对暂态电压稳定性的影响。研究结果表明具有恒功率或恒电流负荷特性且负荷响应较快的系统在重载下易发生电压崩溃。上述结论对研究暂态电压稳定的机理、电压稳定和功角稳定的关系、电力系统微分代数方程模型的理论和仿真分析具有一定的参考价值。     

直流逆变站动态无功源的电压稳定控制优化

直流逆变站电压系统不稳定会导致整个电力系统丧失稳定性,造成的经济损失和社会影响极大。目前使用的直流逆变站动态电压稳定系统对电压崩溃导致电压不稳和功角失恒导致电压不稳的情况不能及时计算出结果,导致电压调节稳定时间较长。提出一种直流逆变站动态无功源的电压稳定控制方法,通过建立动态负荷模型,对直流逆变站输电和配电系统的动态电压控制,及时发现电压无功源振荡阻尼,进行动态模型参数修正暂态稳定控制和电压闪变控制。降低了系统对电压稳定调节时间。仿真实验表明,动态无功源电压稳定控制方法缩短了直流逆变站电压动态调节缩短了时间,改善了动态调节过程,系统震荡得到有效控制,负荷电压稳定,符合应用要求。     

AVC体系下的长期电压稳定仿真分析

介绍了电力系统自动电压控制（AVC）的原理,根据分层电压控制思想,选用典型的AVC控制模型,验证其对长期电压稳定的影响。以控制灵敏度计算为基础,考虑系统安全运行约束,建立了用二次规划模型表达的二次电压控制模型。同时针对电力系统长期电压稳定具有慢动态的特点,以及AVC系统中二次电压控制引起的长期电压动态,在准稳态假设的基础上建立了反映系统长期电压变化的仿真模型。以新英格兰10机39节点系统的计算为例,验证了AVC系统能够提高系统的长期电压稳定性。     

考虑负荷特性的解列后受端电网频率控制策略

当大规模互联系统发生主动解列后,受端电网将出现有功功率不足、频率大幅下降的问题,需要采取切负荷措施保证受端电网的频率稳定。首先,建立了以最小切负荷代价为目标,综合考虑暂态功角稳定约束、节点电压约束、频率稳定约束、负荷电压-频率特性以及调速器一次调频作用,制定紧急控制策略的数学模型。其次,由电网主动解列的特征,简化模型中的大规模微分方程组约束,将解列后局部电网中同调运行的发电机等值为惯性中心系下的一台发电机,从而降低模型的复杂度,极大地提升了求解速度。最后,基于隐式梯形法将微分方程约束差分化并采用内点法求解最优频率控制方案。以IEEE9节点算例、广东电网实际数据计算频率控制策略,并在PSD-BPA中对该控制方案进行仿真验证。仿真结果表明,所得频率控制策略不仅能保证主动解列后受端电网的频率电压稳定,还可以提高紧急控制方案的经济性,验证了所提频率控制模型的有效性。     

交直流电力系统多时间尺度全过程仿真和建模研究新进展

综述了以电力系统分析软件为基础的交直流电力系统多时间尺度全过程仿真和建模研究的新成果。在仿真方面的新成果有电力系统机电暂态-电磁暂态混合仿真、机电暂态-中长期动态全过程仿真、大规模电力系统小扰动稳定性计算、短路电流计算、静态电压稳定计算、最优潮流计算等;在建模方面的新成果有发电厂电力系统模型、发电机励磁和调速系统新模型、风力发电、直流输电系统模型、FACTS装置模型、负荷模型、保护与控制系统模型等。这些研究成果丰富和完善了交直流电力系统仿真能力,进一步提高了我国电力系统仿真与建模的技术水平。     

Modeling and simulation on long-term dynamics of interconnected power system using area COI concept

In order to study long-term frequency and voltage dynamics of interconnected power systems under cascading events, the paper has developed a proper mathematical model and simulation algorithm for it with network structure preserved. Similar to the traditional dynamic power flow, the proposed model assumes that the system has survived in the transient stability and has enough damping torque. Therefore, the relative swings among generator rotors in one area will be neglected in long-term dynamics; and each control area is assumed to have a uniform frequency, represented by its area center of inertia (COI). Fast decoupled method has been extended to solve the structure-preserved multi-area network equations. Computer test results from a modified IEEE30-bus power system demonstrate the validity and effectiveness of the proposed model and algorithm. The work establishes a simulation platform for future study on long-term frequency and voltage stability control strategy and coordination of interconnected power systems.     

Stability analysis and decentralizedcontrol of inverter-based ac microgrid

This work considers the problem of decentralized control of inverter-based ac micro-grid in different operation modes. The main objectives are to (i) design decentralized frequency and voltage controllers, to gather with power sharing, without information exchange between microsources (ii) design passive dynamic controllers which ensure stability of the entire microgrid system (iii) capture nonlinear, interconnected and large-scale dynamic of the micro-grid system withmeshed topology as a port-Hamiltonian formulation (iv) expand the property of shifted-energy function in the context of decentralized control of ac micro-grid (v) analysis of system stability in large signal point of view. More precisely, to deal with nonlinear, interconnected and large-scale structure of micro-grid systems, the port-Hamiltonian formulation is used to capture the dynamic of micro-grid components including microsource, distribution line and load dynamics as well as interconnection controllers. Furthermore, to deal with large signal stability problem of the microgrid system in the grid-connected and islanded conditions, the shifted-Hamiltonian energy function is served as a storage function to ensure incremental passivity and stability of the microgrid system. Moreover, it is shown that the aggregating of the microgrid dynamic and the decentralized controller dynamics satisfies the incremental passivity. Finally, the effectiveness of the proposed controllers is evaluated through simulation studies. The different scenarios including grid-connected and islanded modes as well as transition between both modes are simulated. The simulation conforms that the decentralized control dynamics are suited to achieve the desired objective of frequency synchronization, voltage control and power sharing in the grid-connected and islanded modes. The simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed control strategy.     

Stabilizing interconnected power systems using static phase shifters

This paper presents a digital simulation study of proposed thyristor controlled static phase shifter applications in steady state stability enhancement of interconnected power systems. Incorporation of a detailed linearized model of a static phase shifter into the dynamics of the interconnected power system facilitates the investigation of different control strategies for static phase shifters to damp the electromechanical and torsional oscillations.     

考虑新能源不确定性的互联电网交换功率鲁棒优化模型

高比例新能源及其不确定性增加了多区域交流互联系统交换功率控制的难度,为保证区域间联络线传输功率的协调分布及其波动相对均衡,提出了一种考虑互联电网外特性的交换功率稳定控制模型。考虑互联系统自动发电控制(AGC)参与因子与联络线潮流分布的关联关系,推导并构建了互联系统AGC下的潮流模型。进而,以联络线功率波动幅值最小为目标函数,建立了基于鲁棒优化的区域交换功率稳定控制模型,并提出了一种基于松弛法的协同演化算法对该模型进行求解。以双IEEE 14节点和IEEE 118节点测试系统为例进行仿真分析,将无优化与鲁棒优化计算结果进行对比,结果表明鲁棒优化可以有效应对新能源随机出力的影响,对于外特性的稳定性具有明显改善效果,并验证了所提算法的有效性和实用性。     

互联电网负荷频率的多变量约束预测控制器设计及仿真研究

为使互联电网的频率控制具有更好的负荷适应能力,保证电网运行的经济性、稳定性与可靠性,本文提出了无需依赖频率偏差系数、考虑区域调节容量约束、基于互联电网状态空间模型的多变量预测控制器算法设计方案。通过对2个区域电网频率控制系统的建模和仿真,将该预测算法与常规PI调节算法在单、双区域负荷扰动、随机白噪声扰动等方面对系统频率控制动态性能进行了比较,分析结果表明,该预测控制算法可使系统频率的恢复性能显著提高。     

基于稳定域边界二阶逼近的暂态电压稳定分析

电力系统中暂态电压失稳事故时有发生从而引起电力界广泛关注。目前的暂态电压稳定分析方法尚存在不足之处。本文基于非线性动力学的半张量积方法研究电力系统暂态电压稳定问题,以期在电力系统发生大扰动后快速判断故障后系统的电压稳定性,从而有利于及时采取控制措施避免系统崩溃。论文首先建立了暂态电压稳定分析的系统综合模型,主要包括对暂态电压失稳至关重要的发电机、励磁、感应电动机和输电网四个子系统。在此基础上,提出了基于稳定域边界二阶逼近的暂态电压稳定判据;在一个简单系统进行的实例分析表明所提出的暂态电压失稳判据具有速度快、准确度高及易于计算机实现的特点,具有较高的工程实用性,可望有效判断故障后系统的暂态电压稳定性。     

Distributed Transient Stability Simulation of Power Systems Based on a Jacobian-Free Newton-GMRES Method

As power systems becoming more closely interconnected and are being deregulated in energy markets, distributed simulations among different dispatch centers are highly required for online full system analysis and control applications. In this paper a new algorithm for distributed transient stability simulation of interconnected power systems is presented. Based on a Jacobian-free Newton-GMRES(m) method, this algorithm requires only exchanges of states of boundary buses among different regions. Therefore, it has strong scalability in distributed computing environments built on heterogeneous computing resources. Moreover, several accelerating methods are developed to enhance its efficiency, including continuous preconditioning with adaptive preconditioners, predicting boundary conditions and multistep coordination. The standard IEEE 39-bus system and a real power system with 1165 buses were used as test systems. The test results show that these accelerating methods greatly enhance the convergence rate of the proposed algorithm and reduce communication costs remarkably, which proves the novel algorithm is feasible and can be adopted in wide area networks with high-latency.      

大规模风电直流外送方案与系统稳定控制策略

针对大规模风电集中外送,论证了风电孤岛直流外送、风火打捆孤岛直流外送、风火打捆联网直流外送3种方案,重点从频率稳定、电压稳定方面研究各方案的安全稳定问题,分析了风功率波动、送端交流线路短路等典型扰动形式对系统稳定性的影响,通过比较给出了合理的大规模风电直流外送方案。在此基础上,以酒泉风火打捆特高压直流外送规划系统为对象,研究系统安全稳定问题,提出了利用直流调制跟随风功率波动、改善系统稳定性的控制策略,通过仿真计算验证了所提出控制策略的有效性。     

基于PSO-GSA算法的含DFIG互联系统AGC优化控制研究

传统双馈感应风力发电机(DFIG)的解耦控制使其无法响应电网的频率变化。随着风电渗透率的不断提高,电网调频压力不断增大,有必要对含DFIG互联系统AGC优化控制进行研究。首先建立了将风电作为"负的负荷"的两区域AGC模型,通过引入改进的虚拟惯性控制使DFIG具有更好的频率响应的能力。同时以快速消除系统区域控制偏差和风机转速偏差为目的,采用PSO-GSA算法对控制区PID控制器和DFIG转速控制单元PI控制器参数进行优化。仿真结果表明,单个区域受负荷扰动时,风电参与调频时能提供更多的有功功率支撑以减小同步机调频出力,能有效缓解同步机调频压力。PSO-GSA算法较PSO和GSA迭代速度快且适应度值更好,基于PSO-GSA参数优化后的控制器对系统区域频率偏差、联络线功率变化和区域控制偏差信号的超调量和调节时间都有明显改善,增强了系统的稳定性。