电力系统连续体模型中机电波传播特性研究

该文根据电力系统连续体模型中线性化的波动方程，用解析方法研究机电波的传播特性。根据Peterson法则，研究连续体模型中的集中参数元件发电机对机电波传播过程中反射和透射的作用，证明连续体电力系统的机电动态能表达为机电波在连续体2端多次反射和透射过程的叠加，为从机电波传播的角度揭示电力系统机电动态的内在机理建立了一定的基础。最后通过对1个实例的仿真分析，证实该文理论的正确性。     

电力系统的连续体系机电波模型

随着同步相量测量技术的发展和对电力系统的深入研究,已认识并观察到电力系统功角的扰动以远低于光速的速度传播。电力系统的连续体系模型突破了对传统认识的局限性,用波动理论这一崭新的视角研究电力系统的机电动态。文中根据经典力学中耦合质点的横向受迫振动到波的思想,建立了多质量圆盘扭转振动的连续体系模型,得出了相关的波动方程。从力学角度以弹性传输线为基础,推导出电力系统连续体系模型的非线性波动方程,求出均匀电力系统在平衡点附近的解析解,并分析了机电波传播幅度变化的内在机理。最后用由64台发电机组成的环形离散仿真系统,证明了电力系统连续体系机电波模型的正确性。作为一种新的数学模型,该连续体系模型能够揭示电力系统机电动态的内在规律。     

基于连续体模型的电力系统机电扰动传播研究

连续体建模是一种研究大规模电力系统机电动态的新方法,面向复杂的大型电力系统,关注机电扰动在整个电力系统中的传播过程。基于描述机电波传播的非线性偏微分方程,在空间上进行差分处理,通过微分方程组体现了电力网络的拓扑连接关系,合理地处理了线路分支问题。同时,采用一种新的方法,将发电机转子的惯性按照Gauss函数连续地分布于与其相连接的线路上,体现了发电机在电力系统中的地理位置。最后,通过用连续体模型和传统模型的PSS/E动态仿真对改进的New England 10机39节点系统进行了扰动传播实验,研究了机电扰动在电力系统中的传播特性。2种方法在扰动传播时间上获得基本一致的结果。     

不均匀连续体电力系统中的机电波传播

连续体建模是研究大规模电力系统机电动态的一种新方法。该方法对实际电力系统进行建模,得到参数不均匀的连续体模型。针对1维不均匀连续体电力系统,当单位长度电纳和发电机惯性均随空间位置按照幂函数变化时,通过变量代换,给出描述发电机转子相对角速度和线路增量功率传播的洛默尔方程,求出用贝塞尔函数表示的稳态精确解,推导出机电波的特性阻抗和波头速度表达式。最后,给出不均匀连续体系统中机电波传播的一个算例。结果表明,连续体电力系统的参数不均匀会导致机电波发生波形畸变,在任何位置都可能发生反射,而且机电波的传播速度和特性阻抗均为空间位置的函数。     

发电机惯性分布对电力系统中机电波传播特性的影响分析*

机电波理论从新的角度为电力系统的机电动态特性提供了一种分析方法,研究机电波传播机理及相应抑制策略对电力系统的安全稳定运行具有重要意义。发电机的惯性对机电波传播起关键作用,而目前对电网进行连续体建模时,主要采用惯性逐级对称分布或分段均匀分布的处理方法,不利于机电波模型准确描述实际电网各向异性的特征。针对实际电网的复杂结构,提出一种计及线路参数的不对称并将发电机惯性在线路上进行等效分布且不改变原系统动态行为特性的方法,该方法能较为准确地描述发电机惯性对机电扰动传播的影响。最后,将所提方法应用于理想的网格系统和3机9节点系统,通过仿真对其有效性进行验证,结果表明该方法能描述机电波的传播过程,为进一步探索电力系统的连续体建模提供了一种有效方法。     

电力系统中机电扰动的传播特性分析

研究机电扰动在均匀离散的链式电力系统中的传播规律。通过Laplace和Z联合变换，用Bessel函数表示出机电扰动在均匀离散系统中的变化特征，得出扰动的增衰规律与连续体模型中机电波的增衰规律完全相同，而且离散系统中扰动传播到每一条母线所需要的时间与连续体模型中机电波传播到相应母线所需时间也完全相等。最后用一个由64台发电机组成的环形离散仿真系统，证实用离散模型和连续体模型描述电力系统中机电扰动传播的合理性和正确性。     

电力系统机电扰动传播研究综述

传统基于数学模型仿真的方法难以有效解释电力系统机电动态过程的内在机理,机电波理论研究的逐步深入为此提供了新的理论工具,它从波动力学这一全新视角来分析电网中扰动的传播过程,对于揭示电力系统的机电动态机理并据此提出有效的控制措施具有重要意义。论文从扰动传播模型、传播特性、机电波控制器和机电波理论的初步应用等4个方面较为系统地归纳和总结了机电波传播研究领域的方法和成果,同时提出了包括模型优化改进、特性阻抗计算、振荡机理分析、稳定控制综合应用等8个该领域亟需解决的关键问题和有待进一步研究的重点内容。     

电力系统连续体和离散模型中机电扰动传播的一致性研究

研究了电力系统的连续体模型中机电波和离散模型中机电扰动的方程和它们的传播特性以及两种模型中的主要物理参数(如传播速度、临界速度、传播常数、特性阻抗和反射系数等),分析了它们之间一一对应的关系。结果表明:机电扰动在电力系统的两种模型中传播具有相似的物理特性,说明连续体模型是离散模型的一种近似描述方法,其完全可以从更大的空间尺度研究电力系统中机电扰动传播的动态特征和内在机理。     

有限长均匀链式电力系统中机电扰动传播分析

为掌握电力系统中机电扰动传播的本质,基于有限长均匀链式离散电力系统,在不考虑发电机的内阻抗时,研究机电扰动在系统中传播的反射特性。通过拉普拉斯（Laplace）变换,推导出冲激函数和阶跃函数形式的扰动作用下发电机的转子角和功率增量随时间变化的解析表达式,给出离散模型中扰动传播的反射公式,与连续体模型中机电波的反射公式相同,说明了电力系统的机电动态可表达为机电扰动传播过程中多次反射的叠加。最后通过一个实例验证了所得结论的正确性。该结论对于认识大规模电力系统的频率在时间和空间上的分布特性、揭示机电动态现象的内在机制具有一定的理论意义。     

基于机电波连续体模型的机电扰动传播研究

连续体模型是一种将离散电力系统连续化处理以研究电力系统动态特性的一种新方法。针对一维均匀无损耗链式系统建立基于机电波连续体模型的偏微分方程,在给定初始条件下得到方程解析解,比较了不同惯性密度情况下,母线电压相角增量幅值和有功功率增量幅值的差异。精确解下的算例仿真曲线比较结果也吻合了以波的反射、透射特性为基础的机电扰动传播控制。     

基于机电波传播理论的柔性功率调节器稳定控制方法实验研究

柔性功率调节器(FPC)是一种集成了飞轮储能技术和双馈电机技术两者优点的新型FACTS装置。而机电波传播理论是一种分析和研究电力系统有功功率振荡的新思路。本文将机电波理论应用于提高实际电力系统稳定性,分析了单机系统中机电波传播特性,提出了基于该理论的FPC稳定控制方法,为所研制的380V/4kW FPC样机设计了稳定控制器。样机动模实验结果表明,FPC能够有效地提高系统稳定性,从而验证了所提方法的可行性和FPC技术的实用性。     

静止同步串联补偿器的机电暂态建模

提出了一种适用于大规模电力系统暂态稳定性分析的静止同步串联补偿器(static synchronous series compensator,SSSC)机电暂态建模方法。该方法通过合理假设,根据SSSC的数学模型和机电暂态特性,在考虑SSSC直流电压动态过程的前提下建立了SSSC的机电暂态模型。首先,根据SSSC的对外特性建立SSSC的交流侧模型;其次,根据SSSC的自身约束,通过合理假设建立SSSC的直流侧模型;在此基础上,模块化设计了其控制器模型和调制环节模型。仿真结果表明,该模型能较好地呈现SSSC的动态特性,适用于SSSC接入大规模电网时分析其对电力系统暂态稳定性的影响。     

适用于复杂拓扑结构混合直流电网的实用机电 暂态建模仿真方法

为提升混合直流输电系统模型的适应性和计算效率,提出一种基于电流源思想的混合直流输电系统机电暂态建模方法。由电网换流器(line commutated converter, LCC)、电压源换流器的准稳态模型推导其电流源模型,并通过差分化直流支路的微分方程,形成直流电网的通用化电流源模型。采用多速率混合积分算法分别求解交直流系统,并结合步长回退、积分方法切换等,解决LCC电流反向、开关闭合与开断等特殊情形下的数值问题。在国内通用的机电暂态仿真程序中实现了上述模型,并以白鹤滩-江苏混合直流输电工程为例,与电磁暂态仿真工具进行了对比测试。仿真结果验证了该方法的有效性和准确性。该方法较好地平衡了仿真精度和计算速度的矛盾,为提升大规模交直流混联电网的仿真能力提供了有力工具。     

电力变压器绕组轴向振动稳定性分析

研究了变压器绕组的机电耦合振动稳定性问题,建立了变压器绕组轴向机电耦合的动力学模型。将变压器绕组的漏磁场简化成二维磁场,得到其解析解,采用机电耦合系统的Lagrange方程,分析得到变压器绕组机电耦合的非线性振动方程,以及简化的耦合振动方程。应用动力学理论分析载流的变压器绕组轴向振动的稳定性,得到了模型变压器绕组主要设计参数的稳定域和不稳定域,分析大电流引起变压器绕组失稳的机理。     

基于电网框架结构模型的机电波到达时间预测算法

机电波理论为研究电网扰动影响与控制提供了新的思路,如果能预知机电波到达本地的时间,进而提前采取针对性措施,将有效减轻扰动对电网的冲击,提高电网安全水平。利用电网框架结构模型中转动惯量沿线路分布的特征,将机电波传播速度的空间非均匀性刻画为不同输电线路上的波速。在此基础上,利用电网框架结构模型中机电波波速分段恒定的特点,构建了框架结构模型对应的无向赋权图和以各段线路中机电波传播时间为权值的邻接矩阵。进而提出基于Dijkstra算法的机电波最快传播路径搜索算法。另外,进一步分析了反射现象对采用功角门槛值进行机电波到达时间实测结果的影响。通过与PSD-BPA仿真结果对比,验证了所提算法的正确性。     

Hybrid-model transient stability simulation using dynamic phasors based HVDC system model

A novel hybrid-model transient stability simulation algorithm for ac/dc power systems is suggested in this paper, where dynamic phasors theory is applied for HVDC transmission system modeling, and traditional electromechanical transient models are used for ac system. A detailed dynamic-phasors-based HVDC system model is derived first, and the algorithm for interface of the dc dynamic phasors model to ac network is proposed next. Computer simulation results show that the HVDC dynamic phasors model has very good accuracy as compared with its electromagnetic transient model; the test results from a 2-area ac/dc power system and a multi-infeed HVDC power system show clearly that the suggested interface algorithm works effectively in system transient stability analysis. The proposed hybrid-model simulation algorithm provides a new approach for dynamic simulation of large-scale ac/dc power systems.