基于振荡能量的低频振荡分析与振荡源定位:（一）理论基础与能量流计算

提出了一种基于振荡能量的低频振荡分析方法。该方法通过网络中的振荡能量流评估元件的阻尼特性、定位负阻尼发电机和外施周期性扰动的位置。文中首先证明了发电机能量消耗和其阻尼转矩的一致性。然后利用广域测量信息,建立了不需要构造能量函数的网络中振荡能量流的计算公式。由于流入支路的振荡能量包含支路暂态能量的变化以及支路消耗或产生的能量,因此提出了一种计算能量流的实用方法,以减少其中的暂态能量分量,而只计算出支路消耗或产生的能量。由于系统的总能量与振幅对应,因此消耗能量的元件对振荡衰减的贡献为正,具有正阻尼,而产生能量的元件是振荡源。利用发电机的能量消耗来估计其阻尼转矩系数,与阻尼转矩分析的结果相符。利用能量流即可定位振荡源。     

次同步振荡中暂态能量流与电功率和阻尼转矩的关系

暂态能量流法是一种新的振荡分析方法,可用于多种振荡的扰动源定位和阻尼评估。文中进一步研究了其在次同步振荡中的物理意义。推导了暂态能量流与次同步功率、超同步功率之间的关系,暂态能量流的能流功率正比于超同步功率和次同步功率之差。在含串补的次同步谐振系统中,电阻可能消耗或产生暂态能量,产生暂态能量时即为负阻尼,电感和电容表现为零阻尼,但会通过改变线路电流而极大地影响电阻的阻尼特性。通过比较暂态能量流与电气子系统阻尼转矩系数,验证了上述推导的合理性。最后,在不同算例中的仿真结果验证了结论的有效性。     

利用暂态能量流的次同步强迫振荡扰动源定位及阻尼评估

近年来,随着大量电力电子装置接入电网,次同步振荡越发复杂,难以准确判断振荡的主要诱发因素或元件。应用暂态能量流进行次同步强迫振荡扰动源定位及阻尼评估。提出了次同步振荡分析中暂态能量流的计算方法,将元件端口瞬时电压、电流从abc坐标系转换到xy坐标系计算暂态能量流。然后在汽轮发电机组多质量块详细模型下推导了能量流的组成,包括暂态能量和阻尼消耗的能量,说明了次同步振荡中暂态能量流和阻尼的关系,若元件吸收能量,则具有正阻尼。次同步强迫振荡中扰动源不断发出能量,通过计算网络中的振荡能量流和能流功率,即可定位扰动源。在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件下搭建了不同算例进行仿真研究,结果验证了所述方法的有效性。     

基于统一潮流控制器的柔性交流输电系统的控制

本文提出一种具有统一潮流控制器的柔性交流输电系统的控制方法。控制系统由静态控制和暂态控制组成，其中静态控制用于系统正常工作状态的潮流调节，动态控制是根据暂态能量最小方法设计的，用于增加系统受扰后的振荡阻尼，以提高系统暂态稳定性，数字仿真的结果数量，这种控制系统和控制方法是可行的，而且有效的。     

基于振荡能量的低频振荡分析与振荡源定位:（二）振荡源定位方法与算例

系统的总能量与振幅对应,产生能量的元件对振荡衰减的贡献为负,可认为是振荡源。负阻尼发电机以及外施周期性扰动所在元件都会产生能量,文中推导了发电机上外施扰动产生能量的表达式。根据网络中的能量流,找到产生振荡能量的能量源,能量源就是振荡源。在振荡源处采取控制措施可有效抑制振荡。在分析网络中的能量源以及能量流动的基础上,提出了利用电网中的振荡能量流定位振荡源的方法。该方法只需要广域测量信息,可在线应用。仿真结果以及实际电网振荡事故分析的结果验证了该方法的有效性。     

基于瞬时值解析的支路电能损失与成本分摊方法

电力网络的电气支路是输送电能的重要关口式通道。目前,在这类通道送受端安装的各类功率表和电能表,只能测量和统计支路上的总功率和总能量,尚无法从数字化和智能化的角度计量出送端多个等效电源或受端多个等效负荷在支路上流通的电气成分信息,此状况制约了支路成本核算与分摊工作的公正开展。为此,该文基于瞬时值解析思路,以支路受端带两个和多个等效负荷为例,分析不同负荷瞬时电流在支路总电流中的分配关系,推导出各瞬时成分量分摊的支路瞬时电阻及其对应的瞬时损耗功率关系式,并由此获得支路电阻损失电能分摊系数;由不同负荷瞬时电流间的环流出发,分析负荷间的功率和能量穿越现象及其具体关系;综合支路成分和负荷穿越情况分析结果,可绘制出支路–负荷系统的能量分配关系总图。基于此图,考虑送受端节点电价、支路输电价格等,可核算不同负荷分摊的输电成本以及购售电全过程的经济流。最后,通过算例,给出具体的电能分配关系、支路电能损失和输电成本分摊结果以及负荷间发生的交叉补贴费用,并与其他方法进行电阻电能损失分摊系数计算结果的比较。所提方法将对开发安装于支路上的新型智能电表或对支路能量与成本核算问题进行深入研究提供理论基础。     

A simplified nonlinear controller for transient stability enhancement of multimachine power systems using SSSC device

In this paper, a simplified nonlinear method is proposed to enhance the transient stability of multimachine power system by using a Static Synchronous Series Compensator (SSSC). The rate of dissipation of transient energy is used to determine the additional damping provided by a SSSC. The proposed algorithm is based on the direct Lyapunov method. The simplicity of the proposed scheme and its robustness with respect to large disturbances constitute the main positive features. Simulation results in the case of 3-machines power system show the effectiveness of the proposed method under large disturbances (3-phase and single phase short-circuits).     

基于暂态能量流的双馈风电机组强迫振荡源定位

暂态能量流法是一种新型的振荡源定位方法。首先,根据暂态能量流的计算公式,结合双馈风电机组的轴系模型、网侧变换器模型及双馈感应电机的三阶简化模型,推导适用于双馈风电机组的暂态能量流,并定义能流功率作为判断能量流向的指标。然后,对双馈风电机组加入强迫振荡源后的频率特性进行分析。最后,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台搭建包含强迫振荡源的单机无穷大系统和多台风电机组经串补并网系统进行时域仿真。利用采集的数据计算暂态能量流和能流功率,验证了暂态能量流法对双馈风电机组强迫振荡源定位的有效性。     

用拓扑能量函数法评估多机系统的暂态稳定域

本文论述了基于网络结构保持的拓扑能量函数法评估多机系统暂态稳定域的数学模型与算法。主要论点是发电机用E_q′模型代替经典的E′模型,它对于首次摇摆稳定分析更为实用。同时在系统模型中计入了负载的电压特性,并有效地判定系统的暂态能量,运用位能边界曲面方法决定稳定域。用16机51结点简化的华东系统对上述方法的有效性进行了研究,仿真结果验证了所提论点的正确性。     

State-variable control of shunt FACTS devices using phasor measurements

This paper addresses the problem of state-variable stabilizing control of power system using shunt FACTS devices. This stabilizing control is activated in the transient state of a power system and is supplementary with respect to the main steady-state control of a FACTS device. Stabilizing control laws have been derived for a non-linear multi-machine system model using direct Lyapunov method with the aim to maximize the rate of energy dissipation during power swings and therefore maximization of damping. The proposed control strategy is executed by a non-linear multi-loop controller with rotor angles and speed deviations of synchronous generators used as the input signals. The input signals, obtained from a phasor measurement system, are necessary only from a small area around the controlled shunt FACTS device. Validity of the proposed state-variable control has been confirmed by computer simulation for a small multi-machine test system.     

Best location of SVC to improve first swing stability limit of a power system

While the primary purpose of a static var compensator (SVC) is to regulate bus voltage, it can also improve stability and damping of a power system if located appropriately. This paper proposes a method of determining the location index of a SVC in a multi-machine system to improve the first swing stability limit of the system. Based on the concept of transient energy function method, the location index of a SVC is considered to be the additional critical energy supported by the SVC and is computed through controlling unstable equilibrium point and potential energy boundary surface methods. In computing the critical energy, the SVC is represented by its susceptance at the verge of stability and which can be justified by carefully observing a recent control strategy of SVC used to improve the first swing stability limit of a power system. The effectiveness of the proposed location index of SVC is then tested on the 10-machine New England system and the 20-machine IEEE test system. Results obtained by the proposed method are then verified by comparing the critical clearing time obtained through time domain simulations of system dynamic equations.     

基于精细化热网模型的电热综合能源系统时序潮流计算

综合能源系统包含多热源环状管网且以电热耦合元件为平衡节点.然而,潮流计算中未能详细考虑热网中热能传输动态特性和管道水流局部阻力,也未能清晰定义热网负荷节点类型.文中提出一种基于精细化热网模型的电热综合能源系统时序潮流计算方法.首先,综合考虑热网管道中各种阻力对管道水流量的影响,建立了考虑精细化阻力的水力模型.基于热网管...     

一种基于暂态能量的故障检测和选相方案

提出了一种基于暂态能量的超高压输电线路故障检测和选相方案,该方案利用电流行波和电压行波构成能量判据来检测区内外故障.在分析各种故障类型的电气量特征基础上,利用暂态能量构成了选相判据.理论分析和ATP仿真验证了该判据对故障类型、故障位置、过渡电阻及故障起始角不敏感,不受CT饱和、系统振荡、系统结构和运行方式的影响.     

应用于微电网的新型潮流控制器

电力弹簧在接有新能源的微电网中能够有效稳定母线电压,为关键负荷提供稳定的供能,根据这个特性,为了降低新能源的波动性对电网造成的冲击,提出一种新型的潮流控制器,由电力弹簧和基于电力电子器件的可调节变压器组成,可调节变压器嵌入在在电网的降压变压器中,使非关键负荷由新能源供能,关键负荷由电网供能,当新能源供能充足时,新型潮流控制器调节潮流,使非关键负荷和关键负荷均由新能源供能,因此降低负荷对电网的需求。介绍潮流控制器的原理和实现方法,实验结果证明了方案的正确性。     

STATCOM与SSSC改善电力系统阻尼的比较研究

电力系统故障过程中暂态能量的消失速率可以作为系统能否快速到达静态平衡点的一个标准,同时也可以看作系统阻尼的一个指标。基于这个理论,针对静止无功补偿器(STATCOM)和静止同步串联补偿器(SSSC)在系统故障过程中对系统作用的不同,分析并得出了一个单机无穷大系统故障过程中STATCOM与SSSC向系统提供的附加阻尼的表达式。仿真结果表明,STATCOM与SSSC都能够显著改善系统阻尼,但SSSC比STATCOM能更好地为系统提供阻尼,改善系统动态性能。     

东北、华北和华东电网联网方案研究

研究了2015年我国东北、华北和华东三个大区电网的联网方案,针对不同联网方案下系统的低频振荡特性进行了分析和比较,证明了在系统中的主要大型发电厂配置电力系统稳定器(Power System Stabilizer,PSS)可以改善低频振荡的阻尼特性,并验证了所配置的PSS的有效性.文章还对系统负荷的阻尼特性进行了灵敏度分析,最后对各种交流和直流故障下系统的暂态稳定特性进行了研究.初步结果表明,将三个大区电网互联为一个大同步电网在技术上是可行的.     

面向区域综合能源服务的电-水联合潮流

现有关于综合能源系统潮流的研究大多以电力、热力、燃气系统耦合形成的多能系统为研究主体,而少量关于电-水联合系统潮流的研究又存在耦合方式单一、模型适应性差等问题。为此面向区域供电、供水综合服务商,提出配电网、配水网耦合形成的区域电-水联合系统的潮流模型和计算方法。提出2种用户级电-水能源集线器模型以描述终端用户综合用能行为产生的电-水关联关系;在此基础上,考虑电-水之间的泵站耦合和用户级能源集线器2种耦合方式,以及水负荷的水压特性,提出区域电-水联合潮流模型及计算方法;用2个不同规模的区域电-水联合系统验证了所提潮流计算方法的有效性,并对比分析了用户级电-水能源集线器及水负荷水压特性对联合潮流的影响。     

风电经柔性直流电网外送系统的交流故障诊断与穿越控制策略

在风电柔性直流电网中,交流故障的快速定位和穿越是需要解决的主要问题之一。该文首先分析直流电网下不同位置及不同性质交流故障的暂态特性,提出一种新型的暂态能量转移指标——潮流转移熵。基于潮流转移熵对不同交流故障的敏感性,提出异地交流故障检测与定位方法,设计无需远距离通讯的源侧暂态能量耗散策略。进而提出故障性质判定方法,并针对永久性交流故障设计风电场和耗能电阻的协调配合控制策略。最后通过PSCAD仿真验证提出的故障诊断和穿越方法的有效性,在该方法下,系统能够在任何受端发生瞬时性或永久性交流故障均实现不间断运行。     

柔性直流系统短路故障网络阻抗建模与时频特性诊断方法研究

针对柔性直流系统直流侧短路故障诊断难题,文章从故障网络精确建模和暂态特征信号分析两个方面展开研究,并提出了阻抗网络暂态响应时频特性关联度的故障诊断方法。该方法通过向柔性直流系统线路入口处注入脉冲电压作为激励,实时提取所产生的暂态电流分量,经不同尺度的Mexican Hat变换得到时频能量序列,并构造反映故障网络暂态响应时频能量谱矩阵。同时,建立柔性直流系统精确模型,模拟不同故障点经不同大小电阻的短路故障,构建完整故障样本及其时频特征库,经相似度计算可选出与实测故障特征最相近的样本,确定故障点位置和估计短路电阻大小。最后,对上述原理方法进行算例分析,并与时域方法比较,结果表明文章所述诊断方法及其判据更为准确有效,相关原理正确可行。     

Damping improvement by FACTS devices: A comparison between STATCOM and SSSC

Following a disturbance, the machines in a stable power system initially oscillate, and then settle at the stable equilibrium point where the transient energy is zero. This paper uses the rate of dissipation of transient energy as a measure of system damping. The above concept is then applied to determine the additional damping provided by a static synchronous compensator (STATCOM) and a static synchronous series compensator (SSSC). Analytical expressions for additional damping provided by these devices are carefully derived and compared for classical model of a simple power system. The proposed technique of evaluating system damping is then tested on a single-machine system and for some special faults in the 10-machine New England system. The results obtained in both the systems are then systematically described.