兼顾电网频率和功角稳定性的柯拉光伏电站低电压穿越关键性能指标优化

雅砻江柯拉光伏电站是西南电网首座百万千瓦级光伏电站,与木绒水电站构成大容量水光互补系统,其低电压穿越特性对电网频率、功角稳定性均存在一定影响。首先,研究了光伏电站低电压穿越影响电网频率稳定的机理、水光互补系统功角稳定特性,提出了一种量化评估光伏电站低电压穿越影响电网频率的工程实用方法;然后,分析了柯拉光伏电站低电压穿越关键性能指标对西南电网频率、功角稳定性及对负荷中心暂态电压稳定的影响;最后,提出一种兼顾电网频率和功角稳定性的光伏电站低电压穿越关键性能指标优化方法,并通过对柯拉光伏的仿真测试验证了所提方法的有效性。     

河南电网送端和受端负荷模型对稳定极限的影响

分析了感应电动机负荷和恒阻抗负荷在暂态过程中的动态响应特性,说明负荷模型主要是通过有功特性对功角稳定性产生影响。通过对河南电网送端和受端负荷模型的调整及断面稳定极限的仿真计算,指出受暂态功角稳定性影响的送、受端断面稳定极限随电动机负荷的比例及定子电抗参数的变化而变化,且当相同的模型分别处于送端和受端时,其对暂态功角稳定性的影响不同。介绍了河南电网负荷特性数据库的建设和负荷模型测辨结果的应用情况,对今后的负荷模型分析和实测工作进行了展望。     

双馈风机等效惯量控制比例系数对系统功角首摆稳定的影响机理分析

随着具备惯量调节能力的双馈风力发电机组大规模接入电网，电网的功角稳定特性变得更加复杂。该文以双馈风机（DFIG）接入两区域互联电网为研究背景，首先推导两区域惯性中心等效模型，分析DFIG直接接入电网时虚拟惯量对两区域惯性中心转子运动方程的影响；然后从系统暂态能量的角度出发，研究系统发生三相短路故障及负荷突增时，系统功角摆动方向不同、两区域互联系统DFIG等效惯量控制环节比例系数不同对系统加速及减速过程中暂态能量的影响，进而研究其对系统功角首摆稳定的影响机理；最后通过系统功角首摆最大偏移量对系统功角首摆稳定性进行评估，并在PSASP仿真软件中搭建两区域系统仿真模型，验证所提理论的正确性。     

大规模风电并网对送端系统功角稳定的影响研究

随着我国风电能源的不断发展,大规模风电集中接入电网对送端系统暂态功角稳定的影响问题仍然不容忽视。以双馈型风电集中接入受端大系统为分析对象建立等效模型,并基于双馈风机的功角特性和暂态特性展开分析。首先,采用单端送电系统同步机的电磁功率解析表达式,通过分析风电等出力置换火电出力接入系统对电磁功率方程的影响推断出风电接入对同步机初始功角的影响。其次,通过负负荷接入与风电接入两种接入方式的对比分析了双馈风机在故障发生后有功功率和无功功率特性对同步机电磁功率方程的影响,并基于等面积定则(EAC)分析了双馈风机接入对系统暂态功角稳定性的影响。研究结果表明,风电等出力置换火电出力时同步机初始功角减小,暂态稳定性升高;双馈风机的有功功率和无功功率特性对系统暂态功角稳定性具有正向作用。最后,通过仿真验证了理论的正确性,并在实际电网中得到了验证。     

电力系统功角失稳与局部感应电动机失稳相互影响机理分析

在电力系统负荷中,感应电动机负荷占有很高的比例,其动态响应直接影响着系统稳定特性。电压失稳会引起感应电动机堵转失稳,因此部分观点将感应电动机失稳等同于暂态电压失稳。通过理论分析发现,电压失稳并非诱发感应电动机失稳的唯一因素,暂态过程期间发电机群的功角摆动同样具有较大影响。当电力系统受到扰动冲击后,暂态不平衡能量在机群摇摆过程中被系统消纳,机群功角摆开造成系统等效戴维南电势降低,直接影响负荷感应电动机电磁转矩,可能造成自身速度失稳。通过实际电网算例验证了理论研究的准确性。因此,运行人员应当全面研究系统的电源分布、网架结构和负荷特性,预判系统真正面临的风险点,采取对应的安全稳定防范措施,保障电网的安全稳定运行。     

考虑光伏动态特性的功角电压交互失稳机理分析

在大容量直流和高比例新能源集中接入电网的背景下,研究了考虑光伏动态特性影响的直流大功率扰动引发功角电压交互失稳问题。首先,从理论上推导了两机等值系统发电机转子运动方程和电动机负荷运动方程;然后,分析了直流大功率扰动引发功角和电压交互作用导致系统失稳的物理机理;最后,进一步分析了光伏低电压穿越期间不同有功/无功特性对系统稳定性的影响规律,通过吉泉直流实际系统算例进行了仿真验证。研究结果表明,两侧发电机功角拉开和负荷母线电压跌落(电动机电阻减小)形成恶性循环最终导致系统失稳,不同的光伏低电压穿越有功/无功特性对系统稳定性的影响需要通过理论结合仿真综合分析。     

大规模风电接入对系统功角稳定影响的机理分析

随着风电规模的不断增大,风电接入对系统功角稳定影响机理的研究值得重视。该文基于双馈风电机组在故障期间的等效外特性和单端送电系统的功率特性方程,研究不同风电规模对送端电网和受端电网之间电气距离的影响,以及不同风电规模在不同故障状态下对系统暂态功角稳定性的影响机理。得出了近距离故障和远距离故障下,系统功角特性随着风电装机规模的提高而改善,当风电装机规模达到一定程度后,功角稳定性不再改善反而出现恶化趋势的结论。通过对实际电网进行仿真计算,证明了不同规模的风电接入对系统功角稳定影响结论的正确性。     

电网的弹性力学网络拓扑映射

电网拓扑只在二维平面反映地理位置节点的连接情况,无法动态显现状态量之间的关系。将电网映射成三维空间展开布置的纵向受力的弹性网络,既保持了电网原有的拓扑连接状态,又显现了功角之间的物理特性。将广域测量系统（wide area measurement system,WAMS）实测状态量放入该映射模型,通过弹性网络形变直观地显现电网功角状态变化,摆脱对元件参数精确性的依赖,提高对电网状态变化的预判能力。算例和分析都证明了该映射的合理性。映射的弹性网络适用于功角特性突出的电网状态分析,如静态功角稳定分析、功角可靠性分析和低频振荡机制分析等。该研究对实现电网可视化智能分析与控制具有实际意义。     

基于振荡中心和电压形态的暂态功角失稳和电压失稳判断方法

功角失稳和电压失稳是2种常见的失稳模式,是分析电网特性和决策的重要基础,但由于外在现象的相似性而难以区分。结合实际电网的主要特点和功角失稳、电压失稳的基本原理,提出了基于振荡中心和负荷区域低电压形态的失稳模式判别方法。振荡中心反映了2个同调机群的振荡中心位置,是识别功角失稳的重要指标。电压失稳表现为负荷中心电压持续较低并难以恢复,利用电压失稳和功角失稳对应的电压形态差异性是比较有效的方法。功角失稳和电压失稳需要在网络结构分析的基础之上进行综合分析判断。最后采用实际算例介绍了识别方法的基本过程,并验证了有效性。     

负荷模型对交直流混合输电系统稳定的影响

为了研究负荷模型对交直流系统动态稳定的影响,利用电力系统仿真软件BPA对WSCC36节点输电系统进行了动态仿真,比较了不同的直流控制方式下目前电网分析中经常使用的几种负荷模型对暂态稳定的影响.仿真结果表明:负荷特性对交直流混合输电系统的动态稳定有明显的影响,受端使用考虑配网支路的综合模型最容易造成功角失稳和电压失稳,恒阻抗静态模型最有利于功角稳定和电压稳定.由于不同模型的仿真结果差别较大,并且不存在对所有故障都保守的负荷模型.因此采用最反映实际情况的负荷模型才能有效保证仿真结果的可信度.     

大电网静态稳定主导模式在线判别方法研究

随着可再生能源的大规模并网,电网源侧状态随机性增强,可能导致源侧静态功角失稳或负荷侧静态电压失稳,在线识别出电网静态失稳的主导模式对安全防控具有重要的指导意义。为此,首先基于两节点系统推导源侧和负荷侧的功率极限,以此建立统一量纲的源侧功角稳定裕度和负荷侧电压稳定裕度指标。然后,将原有面向负荷节点戴维南等值方法扩展至电源节点,完善了戴维南等值参数辨识方法的适用范围,为量化对比分析静态稳定的功角因素和电压因素提供了新的思路。最后,比较系统运行中2个裕度指标的变化态势,确定稳定的主导模式,并用仿真算例验证了所提稳定主导模式识别方法的有效性。     

基于综合广域信息的负荷参数辨识方法

提出一种基于综合广域信息的负荷参数辨识方法,以发电机相对功角作为广域信息,综合分析多种运行及故障条件下发电机功角对负荷参数的轨迹灵敏度.根据灵敏度分析结果,可以确定参与负荷参数辨识的发电机功角以及各负荷参数的易辨识性,也可以选择有利于参数辨识的扰动地点.由负荷参数估计值得到的发电机功角响应曲线,与发电机功角曲线实际值的最小二乘拟合,使得目标函数极小化,即完成了负荷参数的广域辨识.对10机39节点系统的仿真分析结果表明:负荷参数辨识的广域信号应选择30号发电机功角,节点19为扰动地点,负荷参数中电动机负荷比例系数以及定转子阻抗等灵敏度较高,更易于辨识.在多种运行及故障条件下,广域辨识的负荷参数均能够比较准确地反映系统实际的动态特性.     

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.     

电网的分散负荷安全域及其应用(一)：电网静态安全的线路负荷安全域

维持多电压等级(简称多级)电网全局电压安全与静态功–角稳定的分散线路功率约束问题,分析困难、现有理论依据不足。研究发现,多级电网的电压幅值呈"锯齿分布"特征,维持全网电压安全水平的关键是限制各线路的压差;前期研究得到的线路负荷安全域,对线路压差约束起主导作用。进一步研究发现,线路的允许压差、负荷安全域大小和域内最大功角,三者对应且近似呈正比关系;无论何种拓扑形式,各级电网中的有功路径最大功角取决于该级电网内的允许压差;但维持允许压差的线路负荷安全域约束,可能导致多级电网有功路径的功角超限,不满足静态功–角稳定的充要条件。故提出了线路负荷安全域的修正方法:如考虑负荷功率因数、采用串联阻抗或分配线路限制压差等方法缩小安全域。验算表明,修正后的线路负荷安全域,在约束安全压差的同时,还可满足多级电网的静态功–角稳定要求。该局部功率约束条件,可广泛应用于全网优化控制、分散安全控制和网架、无功规划等,具有理论和实际价值。     

电力系统动态稳定机理和稳定措施分析

为了对大扰动后电力系统动态稳定的机理给出清晰的解释和寻求有效的稳定措施,文中从发输电系统功 — 角特性曲线族和不同工作点的特点出发,解释了电网低频振荡与输电容量及电网结构的相关性,通过比较在不同工作点附近发输电系统功 — 角特性曲线变化的差异及相应的阻尼作用的大小,论述了电网在大扰动条件下的系统动态特性。在此基础上,分析了系统稳定措施,指出在电网功率传输断面部分线路故障跳开后,采取紧急降低关键发电机组出力是抑制系统振荡的有效措施。     

暂态功角失稳和电压失稳的模糊综合评判方法

功角失稳和电压失稳是分析电网特性和决策的重要基础,两者常常交织在一起,难以区分。结合功角稳定及电压稳定的基本原理及模糊集理论,提出了评估系统不同失稳模式、失稳程度的模糊判据。首先构建了一套较为全面的反映系统失稳特征的指标体系,包括发电机、联络线及负荷侧相关特征量;其次采用指派法构造各指标隶属函数并应用序关系分析法计算主观权重,进而求得系统综合模糊函数;然后结合双机小系统案例得到介于0~1之间的模糊判据,对一次失稳状态中的功角失稳程度及电压失稳程度进行模糊评估。     

基于暂态能量的解列功角区间快速预估方法

研究解列后局部电网功角首摆稳定特性,明晰解列时机对解列措施有效性的影响机理,对信息驱动的大电网暂态稳定主动防御具有重要意义。首先,基于扩展等面积准则(extended equal area criterion,EEAC),对3区域互联系统解列后的局部电网进行等值,划分等值功角的相对运动为3个阶段;其次,针对故障切除后和系统解列后局部电网的运行特性差异,将其区分为2种典型场景,基于相对动能的概念量化分析解列后功角首摆的稳定性,进而引申出最晚解列角和最早解列角的概念,机理上解释并刻画极限解列时刻的特征;最后,给出解列功角区间预估在主动解列技术中的实现手段和应用方法。采用IEEE-9系统和IEEE-39系统算例验证方法的有效性,证明该方法具有较好的工程应用价值。     

异步联网后云南电网的稳定特性与控制措施

与主网异步联网后云南电网独立运行,系统容量小、抗扰动能力差的特性凸显,直流极闭锁后存在功角稳定及系统高频等稳定问题,大机组跳闸存在低频问题。对异步联网后云南电网的稳定特性尤其是频率稳定特性进行了分析,通过仿真对五种稳定控制措施组合的效果进行了对比分析和评估,最后提出了高频问题通过稳控切机+FLC配合解决,低频问题通过FLC减少直流功率或切负荷解决的控制方案。     

负荷模型不确定性对电网动态影响的分析方法

为了快速搜寻大型电力系统中关键的负荷节点,并定量分析其不确定性对系统暂态稳定的影响,系统地提出了一种分析大电网中负荷模型不确定性对电网动态影响的方法。此方法第1步通过寻找系统发生扰动时的电气中心,并对各节点的负荷重要度指标值由高至低的排序来寻找对动态仿真结果影响较大的负荷节点,对重要负荷进行初步的筛选。第2步应用概率分配法进一步对重要负荷的不确定性进行定量分析,精确分析负荷模型的不确定性对系统动态特性的影响。对海南电网的仿真分析验证了该方法在大电网动态仿真中的实用性和有效性,可为运行人员快捷地寻找出在故障中显著影响发电机功角的重要负荷节点,并对响应进行定量的不确定性分析。     

功角失稳与暂态过电压并存型锡盟交直流弱送端系统特性分析

目前我国电网呈现出大容量直流和高比例新能源集中接入的特点,直流和新能源扰动冲击给电网运行带来深刻影响,亟需开展深入研究。文中旨在研究功角失稳与暂态过电压并存型弱送端系统的特性,首先分析了不考虑风电接入的功角稳定特性,研究了交直流功率分配对功角稳定水平的影响;然后分析了考虑风电接入的功角稳定特性,研究了风火出力分配对功角稳定水平的影响;接着分析了考虑风电接入的暂态过电压特性,研究了风火出力分配对暂态电压峰值的影响;最后分析了功角稳定和暂态过电压的交互影响特性,以及两者对送端系统外送能力的综合影响。通过锡盟交直流弱送端系统实际算例进行了仿真验证,研究成果可为新形势下大电网安全稳定运行提供技术参考。