含光伏电网的电压–无功雅可比矩阵结构特征及电压稳定性分析

该文推导出含光伏电网的电压-无功雅可比矩阵,发现存在特定结构特征,进一步结合特殊矩阵理论,分析光伏机组接入后的电网电压稳定特性。相关解析结果表明,单节点的电压-无功灵敏度与广义短路容量的倒数相一致,而多节点的电压-无功雅可比矩阵则与节点阻抗矩阵的虚部具有一致性。同时,借助矩阵论以及代数图论,明确电压-无功雅可比矩阵符号全正与分块对角占优,解释了现有工程认识:增加光伏机组无功出力,所有节点电压均会抬升,且对近区电压幅值的影响要远远大于远区。通过论证电压–无功雅可比矩阵元素值与电气距离之间的衰减关系,指出随着节点之间电气距离的增加,电压–无功的相互影响程度减弱。最后,结合实际电网算例结果验证该文理论分析的有效性。     

基于预估/校正技术的改进奇异值指标

潮流雅可比矩阵最小奇异值可用来评估系统电压稳定裕度.但这种方法受到发电机无功出力越限的影响,给出的结果不够精确.该文致力于改进这一裕度指标,为此提出了利用预估/校正技术的算法来快速找到系统中电压崩溃点之前发电机无功越限信息,并利用这些信息修正潮流雅可比矩阵,使得其阶数不再受到发电机无功越限的影响,从而改进了最小奇异值裕度指标的线性性.给出了一个IEEE-14节点网络算例并得到预期结果.最后给出了结论,即利用预估/校正技术有效地克服了最小奇异值指标的阶跃性,提高了潮流雅可比矩阵最小奇异值作为裕度指标的可靠性.     

基于预估/校正技术的改进奇异值指标

潮流雅可比矩阵最小奇异值可用来评估系统电压稳定裕度。但这种方法受到发电机无功出力越限的影响,给出的结果不够精确。该文致力于改进这一裕度指标,为此提出了利用预估/校正技术的算法来快速找到系统中电压崩溃点之前发电机无功越限信息,并利用这些信息修正潮流雅可比矩阵,使得其阶数不再受到发电机无功越限的影响,从而改进了最小奇异值裕度指标的线性性。给出了一个IEEE-14节点网络算例并得到预期结果。最后给出了结论,即利用预估/校正技术有效地克服了最小奇异值指标的阶跃性,提高了潮流雅可比矩阵最小奇异值作为裕度指标的可靠性。     

面向综合能源系统的静态电压稳定性分析

针对多能耦合情况下的电力系统静态电压稳定性问题,提出面向电–气–热综合能源系统的静态电压稳定性分析方法。首先对综合能源系统中各个能源载体及其耦合设备进行稳态建模并求解,得到多能流收敛的统一雅可比矩阵J后,进一步推导出用于综合能源系统静态电压稳定性分析的降维矩阵Jr、JR。其中Jr考虑了多能流状态变量对无功功率的影响,物理意义明确且计算简便;JR进一步考虑了多能流控制变量对电网电压的影响,具备更低的保守性,但计算相对复杂。在此基础上,该文讨论了统一雅可比矩阵J和降维矩阵Jr、JR基于奇异值分解的静态电压稳定性指标,探究能源载体负荷波动对综合能源系统及电网电压稳定性指标的影响。经算例验证,所求指标包含了重要的关于综合能源系统中电网电压稳定性的裕度信息,且降维矩阵可以更好地描述综合能源系统中的静态电压稳定性问题。     

用奇异值分解法对二级电压控制效果的分析

选取系统潮流雅可比矩阵的最小奇异值作为电力系统稳定裕度的相对量度,利用奇异值分解 法分析与评价二级电压控制对电力系统稳定性的影响。对两机系统在负荷微增、接 地短路故障以及重负荷微小扰动下分别进行了时域仿真,结果表明,二级电压控制通过重新 配置区域无功,使系统结构得到一定改善,增大了潮流雅可比矩阵的最小奇异值,也即增加 了系统的稳定裕度,从而提高了系统的稳定性。因此,二级电压控制是延缓电力系统电压崩 溃的有效手段。     

基于奇异值分解和内点法的交直流电力系统电压稳定裕度研究

基于奇异值分解和原对偶内点法的思想,提出了一种求取AC/DC电力系统静态电压稳定裕度的新思想.在充分考虑了直流系统的控制方程和网络方程后,基于雅可比矩阵的左右特征向量得到系统的易失稳点和灵敏度指标.利用原对偶内点法对系统的稳定裕度分析后,对弱节点无功补偿提高了整体的稳定裕度.IEEE-30节点算例分析表明了该方法的有效性.     

基于单调系统理论的光伏并网系统暂态电压稳定性分析

随着新能源机组大量并网，现代电力系统电压稳定问题日益突出，亟需有效的电压稳定分析方法。基于单调系统理论，对光伏并网的电力系统电压稳定性进行了分析。通过模块化求导方法，证明了电力系统暂态电势子系统的雅可比矩阵符号特性满足互联单调系统条件，进而基于互联单调系统小增益定理对电力系统暂态电势子系统进行稳定性分析，并采用增益函数雅可比矩阵谱半径作为系统平衡点渐近稳定性的判据。借助特殊矩阵论，量化分析了部分电网参数对增益函数雅可比矩阵谱半径的影响，以此作为变流器控制参数设置的理论依据。在10机39节点系统中对上述结论进行了验证。仿真算例结果表明运行在单位功率因数下的跟网型变流器会增加谱半径对同步发电机参数的灵敏度，并导致系统鲁棒性变差；构网型变流器的无功功率-电压下垂系数的增加和出口电抗的减小能够增强系统的电压稳定性。     

静态电压稳定性分析模型的理论基础

严格证明了静态和小扰动电压稳定极限只决定于系统组成元件的稳态特性,与系统的暂态无关。在考虑实际动态过程中各种元件稳态特性的变化相应修正常规潮流雅可比矩阵后,求得的静态电压稳定极限和小扰动动态分析得到的电压稳定极限完全相同;从而说明可以利用计算量小的静态电压稳定分析方法研究大规模电力系统的电压主稳定性。最后以ＳＶＣ为例说明了建立考虑系统动态元件特性的静态电压稳定分析模型的方法。     

极限诱导分岔最小负荷裕度计算方法

由于极限诱导分岔点处的潮流雅可比矩阵非奇异,因此电压稳定裕度对参数灵敏度的计算存在困难。对此,采用分岔点处参数灵敏度计算的新方法,只需求解一个左端系数阵为扩展潮流雅可比矩阵的线性方程组,进而提出了包含极限诱导分岔点在内的静态电压稳定最小负荷裕度计算方法。该方法结合负荷增长模式及其波动形式,建立了连续潮流模型和求取最小负荷裕度的优化模型。IEEE 118节点系统的仿真算例验证了所述方法的简单有效性。     

雅可比矩阵的奇异性检测和网络孤岛的判断

提出了一种以雅可比矩阵子矩阵H为检测矩阵,来检测雅可比矩阵奇异性和网络孤岛的方法。 该方法在对检 测矩阵三角分解的过程中,检查其列向量的线性相关性,从而判断雅可比矩阵的奇异性,仅通过一次回代即 可判断出引起雅可比矩阵奇异的原因及各孤岛的节点组成。算法简单,对牛顿法和PQ分解法都适用,只需在 原有的程序上稍加扩充。大量的算例证明了该方法的正确性和有效性。     

Fast calculation of a voltage stability index

The minimum singular value of the power flow Jacobian matrix has been used as a static voltage stability index, indicating the distance between the studied operating point and the steady-state voltage stability limit. A fast method to calculate the minimum singular value and the corresponding (left and right) singular vectors is presented. The main advantages of the algorithm are the small amount of computation time needed, and that it only requires information available from an ordinary program for power flow calculations. The proposed method fully utilizes the sparsity of the power flow Jacobian matrix and the memory requirements for the computation are low. These advantages are preserved when applied to various submatrices of the Jacobian matrix. The algorithm was applied to small test systems and to a large system with over 1000 nodes, with satisfactory results     

Fast calculation of a voltage stability index of power systems

The minimum singular value of the Jacobian matrix of the load flow equation may have been preferred as an indicator of voltage collapse when the static voltage stability of power systems is studied. In this paper, the authors propose a highly efficient algorithm to calculate the smallest singular value of a Jacobian matrix of the load flow equation by employing the noniterative characteristic of an incremental condition estimation (ICE) method and the sparsity characteristic of large scale power networks. Both theoretical bases and computation costs of the algorithm are also detailed in the context. Finally, a practical application example is also given for demonstration     

配电网电压稳定的分布式评估方法

提出了一种分布式评估配电网静态电压稳定性的方法。基于Distflow潮流模型建立包括平衡节点在内的配电网潮流方程组,对方程组求导后得到雅克比矩阵;利用Shur补对上述雅克比矩阵进行降阶,降阶雅克比矩阵的行列式作为配电网电压稳定性的评估指标;进一步研究发现,降阶雅克比矩阵属于对角占优阵,行列式的值约等于对角元的乘积,且其对角元可以由配电网每个节点进行分布式计算。在IEEE 33节点配电网系统中验证了所提方法的可行性和有效性。     

Power injection model of STATCOM with control and operating limit for power flow and voltage stability analysis

This paper presents a power injection model (PIM) of STATCOM for power flow and voltage stability analysis. In this model, PWM control and phase control strategies of STATCOM are handled, and the operating limit is enforced. The NR formulation has the same structure before and after the limit enforcement, and the Jacobian matrix adds only one dimension. This model can also take into account the steady-state losses of STATCOM if desired, and hence more accurately predict the active and reactive power injections. The singular value decomposition (SVD) based method is then extended to study the effect of STATCOM on power systems voltage stability. IEEE 300-bus and 30-bus systems are used to verify the effectiveness and performance of this model and the effect of load changes at all the buses simultaneously on voltage stability has also been studied with the STATCOM.     

Voltage stability indices for stressed power systems

The use of static voltage stability indices based on a singular value decomposition of the power flow Jacobian matrix and matrices derived from the Jacobian matrix is discussed. It is shown that such indices, together with the singular vectors, contain substantial and important information about the proximity to voltage instability and also about critical buses and disturbances from a voltage instability point of view. This is done by a theoretical analysis of the linear power flow equations and an analysis from model power systems as well as realistic power systems (1033 nodes). It is argued that indices based on these matrices are useful for the system analyst in planning and operations planning     

改善接入地区电压稳定性的风电场无功控制策略

针对大规模风电场接入电网带来的电压无功问题,提出一种改善接入地区电压稳定性的变速恒频风电场无功控制策略,在系统发生扰动时,以接入点为电压控制点,扰动前的稳态电压为控制目标,动态调节风电场输出无功功率,维持接入点电压水平。实际应用时,该策略利用系统部分雅可比矩阵推导风电场的电压无功灵敏度信息,并根据风电场的无功输出能力计算风电场无功调整量,同时通过设置控制死区和延时,避免了风电机组的频繁调控。仿真算例表明,采用所提策略能够充分发挥变速恒频电机风电场的快速无功调节能力,有效抑制风速扰动、负荷变化等因素引起的电压波动,维持接入地区电网的电压稳定性。     

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.     

奇异值分析法对四川电网电压静稳极限的分析预测

将奇异值分析法(Singular Value Decompoaition,SVD)和连续潮流算法(Continuation Power Flow,CPFLOW)相结合应用于电压静稳极限的分析预测,并针对四川电网2003年运行参数进行计算分析,得到了系统距离电压崩溃点程度的有效信息,并找出了系统的薄弱点和最灵敏控制方向。     

基于混合单调系统理论的电压动态响应分析

电力系统电压控制存在典型的负反馈环节,使得系统雅可比矩阵呈现符号特征.这类结构特征与系统特性会对电压动态的鲁棒行为产生影响,决定了电压动态的响应规律,值得深入分析.针对计及励磁系统的电压动态响应机理开展研究,根据电压模型雅可比矩阵的符号特征,采用混合单调动态系统理论来分析电压响应规律,指出网络连接模式与同步机电压调节机制是电网具有较好电压稳定性的内在原因,并明确调节器比例系数与时间常数对电压稳定性的影响.首先,文中梳理了数学模型中的单调动态系统部分与负反馈环节,明确方程结构特征与雅可比矩阵符号特征.然后,应用混合单调系统理论在反馈通道上交换信息,快速构造增广单调系统,开展电压响应的双边估计.最后,结合增广系统解轨迹有界的充分条件,得到一种稳定域估计结果,可用于判断大干扰后的电压响应是否有界,有助于理解电压动态的鲁棒行为.     

基于几何参数化的连续潮流算法研究

本文提出了一种基于几何参数化求取PV曲线方法。该方法应用预测校正法的连续潮流算法,采用几何参数化,从而消除了在功率极限附近雅可比矩阵奇异的现象,有效地改变了收敛方向,可以精确获得电压稳定极限和完整的PV曲线。应用该算法对IEEE39节点和IEEE118节点的电力系统进行了仿真计算,取得良好的计算结果,证实了该算法的有效性。