A measurement-based approach for powersystem instability early warning

Early warning of impending instability in a power system under disturbance conditions is important for preventing of system collapse. A measurement-based approach is proposed to assess the potential power system transient instability problem under cascading outages. Where a measurement-based index is obtained as the estimation accuracy of a linear autoregressive exogenous (ARX) model to estimate the dynamic response of the power system and indicate the system stability to some extent after a disturbance. The proposed approach was verified using a set of marginally stable cases in a 179-bus WECC equivalent power system. Then the instability early warning threshold for this system is obtained as 0.44.     

基于非对称扰动的负荷建模新方法及工程应用

影响总体测辨法广泛应用的主要障碍在于电力系统中自然扰动所提供的有效数据严重不足。这是因为目前总体测辨法只能从三相对称扰动数据中辨识出负荷模型,而大多数电力系统故障是非对称的,人工大扰动试验又难以得到许可。文中提出基于非对称扰动的负荷动态模型建模方法。通过将感应电动机Park方程直接用于动态过程求解,解决了负荷动态模型辨识源数据严重不足的问题;通过将改进的免疫算法用于模型参数优化,解决了参数辨识过程中的不收敛现象。最后讨论了上海电网实测负荷模型对线路极限切除时间的影响。     

基于动态量测量的电压失稳性判据研究

广域测量系统的发展和应用为电压稳定性的在线监测奠定了基础。研究基于动态量测量的电压稳定性判别成为新的挑战。在综合分析P-V曲线和V-Q曲线特性的基础上,解释了电力系统电压失稳的机理并提出了一种跟踪动态量测量的判断扰动后电力系统电压是否失稳的判据。所提判据依据扰动后母线电流、功率及有功和无功的变化规律判断电压是否失稳;该判据原理清晰,计算简捷。EPRI-36节点系统不同工况下数值仿真结果验证了所提判据的正确性和有效性。     

Use of ARMA block processing for estimating stationary low-frequency electromechanical modes of power systems

Accurate knowledge of low-frequency electromechanical modes in power systems gives vital information about the stability of the system. Current techniques for estimating electromechanical modes are computationally intensive and rely on complex system models. This research complements model-based approaches and uses measurement-based techniques. This paper discusses the development of an autoregressive moving average (ARMA) block-processing technique to estimate these low-frequency electromechanical modes from measured ambient power system data without requiring a disturbance. This technique is applied to simulated data containing a stationary low-frequency mode generated from a 19-machine test model. The frequency and damping factor of the estimated modes are compared with the actual modes for various block sizes. This technique is also applied to 35-min blocks of actual ambient power system data before and after a disturbance and compared to results from Prony analysis on the ringdown from the disturbance.     

交直流配电网中VSC无模型自适应控制器

通过对IEEE13节点配网模型进行改造,设计了能够提高城市供电可靠性和提升供电电能质量的交直流配电网模型。同时为了防止多端直流输电过程中交流系统故障引起直流母线电压波动造成系统失稳的现象发生,设计了基于无模型自适应技术的电压源型变换器（VSC）。利用无模型自适应控制技术不需要控制系统数学模型就可以达到良好控制效果的优势,解决了供电系统交流侧发生故障时,由于系统参数变化过大传统PID调节器不能达到预想控制效果的问题。通过对系统常见异常运行工况的数字仿真分析,验证了所设计的无模型自适应控制器的有效性以及交直流配电网模型的合理性。     

电力系统综合负荷建模的实用化研究

介绍了为解决综合测辨法负荷建模应用软件系统使用中存在的扩展性差、自动化程度低等问题而开发的负荷建模软件系统。该系统将原来由单个应用程序完成的负荷建模的任务分解成几个顺序执行的子任务,并用agent执行各子任务。在对采样设备、数据格式、负荷模型等需要实现多种类型兼容的时候,对应地增加agent即可,因此具有很好的扩展性。同时系统利用其内嵌的工作流系统实现了流程自动化,能够实时在线地自动完成负荷模型参数辨识全流程工作。     

电力系统周期振荡的失稳分析

分析了电力系统在周期性负荷扰动下的振荡失稳问题.为便于应用非线性动力学中的解析分析方法,首先在保留系统非线性特性的前提下简化系统模型,然后当系统的非线性频率接近扰动频率时,利用广义牛顿法得到在系统参数平面上周期1解失稳的转迁集,从而给出系统失稳时阻尼系数、扰动幅值和扰动频率之间的复杂非线性关系,并通过数值仿真对其进行了验证.     

基于脆弱割集选择紧急控制地点的灵敏度分析方法

紧急控制是维持大扰动下电力系统稳定运行的重要手段。选择有效的控制地点是一个重要问题,提出了一种基于脆弱割集来选择紧急控制地点的方法。首先引入电压校正方法,使割集脆弱性指标能够反映故障轨迹,从而更为准确地筛选脆弱割集,然后根据基于割集的灵敏度分析方法选择紧急切机和切负荷的地点。暂态功角失稳引起脆弱割集支路的相角差或功率增大,而紧急功率控制可抑制这种增长。因此割集支路功率对于发电机母线或负荷母线功率的灵敏度,能够反映紧急切机或切负荷控制地点的有效性。基于南方电网模型的故障分析表明,该方法实用有效,可应用于大型电力系统。     

联合AGR的神经网络在电力系统故障和振荡识别中的应用

结合最优联合时一频处理无交叉项干扰及神经网络自学习分类识别的优点,提出了一种在有色噪声干扰下识别电力系统故障和振荡的方法。将经过自适应高斯基表示(Adaptive Gaussian Representation,AGR)分析处理的电力信号特征向量输入神经网络分类器进行识别。待辨识输入向量不仅表征了原信号的基本信息,而且没有交叉项,运算简单。仿真结果表明,此方法能正确分类识别有色噪声干扰下的系统故障和振荡,提高了电力系统微机保护在系统振荡中检测故障的灵敏性和精确性。     

星形链式STATCOM直流侧输入阻抗及交直流功率耦合关系分析

星形链式静止同步补偿器(STATCOM)在交流系统发生故障时容易产生直流侧电压失稳现象,为其应用带来难题.首先引入相位补偿因子及电流交叉解耦环节推导交流侧输入导纳,通过对功率模组数学模型进行拓展分析推导直流侧输入阻抗.根据所得交流侧输入导纳及直流侧输入阻抗,建立交、直流侧电压扰动之间的关系,分析交、直流功率耦合关系.分...     

Wide-area measurement-based voltage stability sensitivity and its application in voltage control

This work proposes a measurement-based voltage stability index, namely wide-area measurement-based voltage stability sensitivity based on L index. The sensitivities of L index with respect to nodal reactive power (Q) and real power (P) injections are first derived. The derived L-Q and L-P sensitivities analyze the impact of nodal injection to nodal voltage stability and can help determine the reactive power compensation and emergency load shedding amount for voltage stability control. To improve the computational efficiency, a simplified L index, L′, along with its sensitivities with respect to nodal reactive and real power injection (L′-Q and L′-P sensitivities) are derived which makes the proposed approach suitable for the practical large-scale systems. Moreover, a control strategy for voltage stability is proposed based on the L-Q, L-P, L′-Q, and L′-P sensitivities. The proposed sensitivities and control strategy are tested on the New England 39 bus system and the IEEE 118 system. Test results on both systems verify the proposed sensitivities and the control strategy by demonstrating their accuracy and robustness in voltage stability assessment and control. In conclusion, the proposed measurement-based sensitivities can be applied to voltage stability assessment and control by using the wide-area measurements.     

双馈风机系统的切换型混沌振荡及其非光滑分岔特性

新能源电力系统含限幅或控制切换等非线性环节,本质上为非光滑系统,其稳定性和失稳形式复杂。对此,研究了大扰动下双馈风机并网系统中由限幅饱和导致的混沌振荡失稳机理,在数学上对应着非光滑系统轨迹发生从收敛至平衡点到混沌的非光滑分岔。首先,介绍了切换动力系统(非光滑系统)的非光滑分岔和切换型混沌;其次,分析了交流故障后双馈风机系统发生的复杂振荡现象,利用功率谱和Lyapunov指数确认其为混沌振荡,并分析了其拟周期的频率漂移特性;然后,分析了混沌振荡与限幅饱和间的关系,揭示了该混沌是由多个限幅饱和(非光滑系统切换)引起的,本质上为切换型混沌振荡;最后,从短路比、故障条件和风速等角度分析了大扰动后的切换型混沌振荡的非光滑分岔特性,结果表明在较低短路比、较大故障冲击下系统更易发生切换型混沌振荡。     

A Real Application of Measurement-Based Load Modeling in Large-Scale Power Grids and its Validation

Load model is one of the most important elements in power system simulation and control. Based on more than 20 years of practice using load characteristic recorders in the measurement-based load modeling, this paper proposes the expectation composite load model to predict unseen data. The methods for load bus classification and parameter identification are also provided. The generalization capability of the proposed load modeling is validated by the measured load dynamics and system dynamics during two three-phase short circuit tests of the NE power grid in China. In order to evaluate the measurement-based load model, the probabilistic collocation method (PCM) is applied to quantitatively analyze uncertainties of the simulation responses raised by the parameters.     

电压控制的DFIG对风火打捆系统暂态稳定性的影响

风火打捆外送是解决风电消纳问题的重要措施,但风火打捆系统联络线潮流重,在发生大扰动时系统失稳风险较大。因此,提高风火打捆系统的暂态稳定性具有重要意义。结合简单风火打捆系统,采用等面积法则分析了DFIG采用定电压控制、定功率因数控制对系统暂态稳定性的影响。DFIG采用定电压控制,在扰动后可以向系统提供较多的无功功率,从而提高发电机电压,增加发电机输出的有功功率,增大减速面积,从而提高系统的暂态稳定性。最后,通过仿真算例分析验证了本文的结论。     

太阳能光伏系统中基于自适应控制的最大功率点跟踪方法研究

为了提高光伏发电系统的整体效率,寻求光伏电池的最优工作状态,提出一种基于自适应控制的光伏电池最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)方法。该方法基于传统的干扰观察法原理,并根据系统工作点的不同而不断调整扰动幅度的大小,以最大限度地接近最大功率点。仿真结果表明,基于自适应控制的MPPT方法能够稳定、高效地跟踪光伏阵列最大功率点;在日照强度、环境温度等系统参数扰动的情况下,能快速寻找新的工作点,保持系统稳定,表现出很好的动态特性。     

基于频率动态特性的电力系统频率失稳概率评估

提出一种电力系统频率失稳风险评估方法,该方法计及了旋转备用的频率动态特性,建立了低频减载作用下的频率稳定分析模型。基于非序贯蒙特卡洛仿真,计算分析了失稳概率、失稳频率、期望切负荷量和频率动态指标,实现了对频率稳定性的概率量化评估。探讨了旋转备用容量变化、低频切机容量变化对频率稳定性的影响,并计算了在多层负荷模型中计及和不计及不确定性两种情况下的频率稳定年度指标。IEEE RTS79系统算例分析表明所提方法能从概率角度全面深入评价电力系统的频率稳定性,可为低频减载配置方案的合理性和机-网的协调性提供一定参考依据。     

基于遗传算法的超导磁储能装置H2/H∞鲁棒控制器设计

提出了应用GA（遗传算法）设计H2／H∞鲁棒控制器的一般方法，使得在满足闭环系统的H∞范数小于指定的工程要求的条件下误差信号的H2范数最小，该问题可归结为一个带约束条件的极小值优化问题，并通过一种改进的遗传算法加以解决，该设计方法能对具有任意控制器结构的控制系统进行参数优化，与传统的鲁棒控制器设计方法相比，所提出的方法不仅可以提高控制器的鲁棒性，还具有易于进行参数优化的优点，将所提出的方法应用于超导磁储能装置（SMES）PI型鲁棒控制器的设计，时域仿真结果表明所设计的控制器具有很好的鲁棒性，在不同的运用工况下均能有效阻尼电力系统的振荡，此外，控制器还具有结构简单，易于工程实现的优点。     

基于ACPI的风力发电系统MPPT控制方法

针对直驱永磁同步风力发电系统存在非线性、参数不确定性以及转矩扰动等问题,研究了一种基于自耦PI控制理论的最大功率跟踪控制方法。该方法以转速跟踪为目标,将发电机内部动态与外部输入转矩的不确定性定义为一个总和扰动,从而将非线性不确定系统映射为未知线性系统,并构建了一个在总和扰动反相激励下的受控误差系统。据此设计了基于误差速度因子的自耦PI控制器模型,理论分析了自耦PI闭环控制系统的鲁棒稳定性和抗扰鲁棒性。仿真结果表明了该控制方法能稳定保持最大功率系数,在风力发电系统的最大功率跟踪领域具有良好的应用前景。     

基于改进自耦比例积分的直流微电网母线电压控制

针对直流微电网中分布式电源出力不稳定、参数摄动以及负载波动等问题,本文以三相AC/DC换流器为主体,提出了一种具有强抗扰能力的改进自耦PI母线电压跟踪控制方法。首先将直流微电网内部动态和外部扰动的不确定性定义为一个总和扰动,从而使非线性不确定系统映射为未知线性系统;其次,构建了一个在总和扰动反相激励下的受控误差系统,据此设计了基于改进自适应速度因子的自耦PI控制器模型,有效抑制了母线电压波动,提高了系统的动态响应速度;最后,理论分析了自耦PI闭环控制系统的鲁棒稳定性和抗扰鲁棒性,并搭建了仿真模型进行验证。针对不同工况下直流母线电压跟踪的仿真结果表明,本文控制方法响应速度快,抗扰能力强,对于直流母线电压波动具有良好的稳定效果。     

基于轨迹特征根的暂态稳定实用判据

基于轨迹特征根在大扰动后系统分析中的适用性,尝试用轨迹特征根方法来分析和预测系统的暂态稳定性。通过大扰动后逐个断面的泰勒展开,将原非线性系统由一族带扰动项的线性系统来近似。通过线性系统的稳定性理论及电力系统物理特征,给出电力系统暂态失稳判据,进而基于该判据,设计暂态稳定在线预测算法。最后,在新英格兰系统和国内实际电网上的算例测试,表明了暂态失稳判据和在线预测算法的准确性和适用性。