基于感应电动机网荷互馈特性的暂态电压失稳机理探析

<正>确认识电压失稳机理是进一步对电力系统电压稳定问题进行深入研究的关键。分析了网络视在功率传输特性和感应电动机负荷特性,揭示了以感应电动机为核心的暂态电压失稳正反馈动态过程。将与滑差相关的感应电动机负荷及网络视在功率传输的相互作用关系定义为感应电动机网荷互馈特性,并据此进一步分析了含有感应电动机负荷的系统电压崩溃过程,明确了基于感应电动机网荷互馈特性的暂态电压失稳机理,提出了感应电动机负荷电压失稳判据,构建了简单系统算例验证分析结果。分析表明,以感应电动机为核心的电压失稳正反馈动态过程是系统暂态电压失稳的重要环节;将感应电动机故障切除时滑差对应的恢复电压作为判断感应电动机电压稳定的必要条件,能够提高暂态电压失稳判定的准确性与适用性。所述电压稳定判据为预防电压失稳现象的发生和制定电压失稳解决措施提供了有力的理论支撑。     

基于改进AlexNet的电力系统暂态功角失稳紧急控制策略

随着新能源渗透率的提升,电网环境日益复杂,电力系统安全稳定运行也面临着新的挑战。为了满足电力系统暂态功角失稳后的实时紧急控制决策,采用深度学习与紧急控制相结合的方法,提出一种基于改进AlexNet网络的电力系统暂态功角失稳紧急控制策略。首先基于改进AlexNet对失稳发电机功角轨迹进行预测,识别临界机群;然后定义紧急控制动作灵敏度指标,建立改进AlexNet灵敏度预测模型,拟合发电机功角特征与紧急控制动作灵敏度的映射关系,从而确定紧急控制的动作母线;最后以切除发电机和负荷容量最小为目标,建立紧急控制优化模型并求解最优策略,并在新英格兰10机39节点系统进行算例验证。结果表明,针对电力系统暂态功角失稳问题提出的基于深度学习的功角轨迹预测模型和紧急控制灵敏度预测模型,均有较高的预测精度。在此基础上制定的紧急控制策略能使失稳系统快速恢复稳定运行,加强电网安全稳定防御体系。     

暂态电压稳定的模型要求和快速判断

用时域仿真重现了感应电动机负荷引起的电压暂态失稳现象。从保证足够精度并尽量加快仿真暂态电压稳定过程的角度讨论了发电机、电动机负荷以及励磁控制系统的模型选择问题，证明随着故障切除时间的增大，大型电力系统从稳定变为功角失稳的中间可能存在故障切除时间的一个区间，后者对应于功角稳定但电压却失稳。该文改进了作者以前提出的一个感应电动机负荷电压暂态失稳的判据，以便尽早地停止积分过程，其正确性在华中系统、新英格兰系统和浙江系统中得到了验证。     

基于感应电动机的暂态电压失稳分析

采用典型系统分析了暂态电压失稳现象。当系统负荷中包含感应电动机且达到一定比例时,暂态电压失稳现象就可能出现。电动机负荷所占比例越高、载荷率越大,越易发生暂态的电压失稳,负荷中电动机的比例对暂态稳定的故障临界切除时间有着较为明显的影响。详细分析了负荷中电动机的比例对暂态失稳模式和故障临界切除时间影响的原因,最后用某电力大系统中的暂态电压稳定仿真验证了上述结论。研究表明,电动机负荷特性和比例对系统暂态稳定有着明显影响。     

基于深度学习的电力系统暂态功角与暂态电压稳定裕度一体化评估

随着面向高比例可再生能源新型电力系统的转型,系统运行特性日趋复杂。暂态功角稳定(transientangle stability,TAS)与暂态电压稳定(transientvoltagestability,TVS)问题相互耦合且频发,为系统安全稳定评估带来严峻挑战。研究首先采用变步长二分法通过调用PSASP从时间维度上构建了暂态电压与暂态功角的稳定边界。研究了不同故障位置、感应电动机占比、负荷率对稳定边界的影响并依托边界确定主导失稳模式。其次提出一种基于注意力机制与一维卷积神经网络融合的电力系统功角稳定及电压稳定裕度评估的新方法。该方法直接面向测量数据,将节点稳态与暂态运行的电压幅值、有功功率、无功功率数据作为输入特征,节省了数据处理时间。通过一维卷积神经网络构建输入特征与极限切除时间的映射,利用注意力机制进一步提高了模型预测效果。通过新英格兰IEEE39节点系统进行分析验证,结果表明该方法可以实现暂态安全裕度的快速评估且具有较高的预测精度。     

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。     

受端电网暂态失稳场景识别及控制措施优化

受交直流耦合、网源发展不协调、新能源涉网性能不满足要求等因素影响，电力系统稳定问题日益突出。分析了受端电网暂态电压和功角稳定关联特性，基于暂态稳定机理探讨了暂态电压和暂态功角失稳为主导诱因的两种暂态失稳模式及其具体演化过程。随后梳理并验证了电网布局、电源结构、网源协调、电源分布、源荷互动等方面的优化控制措施对提升暂态稳定的效果，避免了采用限制机组出力的传统稳定控制措施。暂态失稳模式演化过程的梳理及仿真分析研究为受端电网关键机组暂态失稳场景的识别、控制措施的制定提供了可靠参考。     

VSC-HVDC适应感应电动机负荷稳定性研究

日益增长电网负荷中心含有的感应电动机负荷,因其高度非线性和动态特性,给电力系统带来严重的电压失稳甚至崩溃的风险。文章通过研究感应电动机负荷特性,分析其与电力系统稳定的关联性。同时基于柔性直流系统功率传输可控特性,研究了一种柔直紧急支援控制策略,通过适当改变控制指令值调节交直流线路间的交换功率,从而实现负荷以及系统的稳定。最后通过PSCAD/EMTDC平台搭建某城市局部交直流系统模型,针对不同感应电动机负荷比例进行仿真分析。经验证,柔性直流系统采用该控制策略能有效提升电网感应电动机负荷稳定水平。     

负荷冲击性对独立电力系统暂态特性的影响

冲击负荷强烈的冲击性严重威胁到独立电力系统的安全稳定运行。针对现有评估指标无法准确、有效评估冲击负载的瞬时动态特性问题,提出了一套基于瞬时功率理论及源端关键参数的暂态评估指标,并对2种具有冲击性的常用负荷的启动、加减载等工作过程进行评估,该指标更能表征非线性负荷对独立电力系统影响的动态过程和暂态特性。通过改变2种负荷关键参数,使系统逐步达到不稳定极限;对电压、功角和频率进行稳定性分析,发现2类冲击负荷在系统中成为不稳定因素的区别在于产生冲击的功率类型不同,将分别引起系统频率失稳或电压失稳,进而造成电源的转速跌落或励磁保护。储能设备负载可采用恒功率充电或改善源端调速系统的方式,电动机负载可采用软启动或无功功率调节装置来缓解系统稳定性。     

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.     

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。     

感应电动机暂态电压失稳的定量分析

用时域仿真重现了感应电动机负荷引起的暂态电压失稳现象，进一步改进了感应电动机暂态电压稳定的判据，以便尽早地中止仿真过程；还提出了暂态电压稳定裕度的概念和定义，直接求取与暂态电压稳定相应的故障临界切除时间，以及与给定故障切除时间相应的极限动态负荷。算法的有效性和强壮性华中系统、浙江系统和新英格兰系统中得到了验证。     

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。     

不同负荷模型对安徽电网稳定的影响

目前安徽电网较多使用静态负荷模型,然而在系统发生大扰动(如三相短路故障等)时,使用纯静态负荷模型显得过于粗略.选取4种负荷模型--纯静态负荷模型、纯感应电动机负荷模型、典型参数综合负荷模型、某地区实测负荷模型,对实际电网进行大量仿真,结果显示不同负荷模型对线路功率和发电机功角都有较大影响.进一步分析不同负荷模型对安徽电网暂态电压稳定的影响,实测负荷模型不仅能够描述短路时电动机负荷向系统倒送无功的物理现象,同时它的静特性部分在故障清除后还起到了无功补偿的作用,有利于系统的稳定;而纯感应电动机模型在故障清除后,由于电压过低需要从电网吸收大量的无功功率,这会导致电网电压不断降低以至暂态电压失稳,不利于系统稳定.     

同步和异步运行电网暂态电压稳定性分析

随着直流输电快速发展,交直流混联电网暂态稳定问题越来越突出,将同步运行大电网通过直流线路实现异步互联成为一种新的思路。同步大电网异步运行后,暂态稳定问题尤其对于直流闭锁故障后引发的功角稳定问题有所好转,但异步运行后暂态电压稳定风险依然存在。本文从实际运行的大电网入手,建立了同步和异步运行2种交直流混联电网的等值模型,通过理论分析和仿真计算,揭示了直流故障和交流故障导致这2种电网暂态电压失稳的风险,并探讨了影响交直流混联电网暂态电压稳定性的因素。结果表明大电网异步运行能有效避免大面积电压失稳,但系统薄弱网架或潮流分布不均处仍可能存在局部电网功角失稳或电压失稳。     

电压稳定功率裕度的动态校核

介绍了上海电网电压稳定功率裕度指标,探索了电压稳定裕度指标的时域仿真校核方法.一系列基于PSASP的时域仿真校核表明,当系统运行在PV曲线的极限点时,电力系统可能体现出电压稳定和暂态功角稳定交互作用的特性.在极限运行点和其它的负荷水平下,仿真了电动机低压释放和低压减载对电压稳定的影响.     

电力系统暂态功角失稳与暂态电压失稳的主导性识别

暂态功角失稳和暂态电压失稳是故障后系统失稳的两种表现形式,暂态功角失稳和暂态电压失稳现象有可能同时发生,正确区分这2种失稳模式是进行紧急控制的前提。分析大规模复杂电力系统输电断面的有功功率特性,基于功率全微分方程,提取了能反映系统失稳模式的主导系统变量。在此基础上,研究不同失稳模式与主导系统变量之间的关系,进而提出一种主导失稳模式识别方法。该方法能充分考虑系统的动态特性,仅利用实测数据进行计算。该方法物理意义明确,使用简单,计算速度快。仿真结果表明,运用此方法可有效识别系统的主导失稳模式。     

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。     

电力系统微分代数方程模型的暂态电压稳定性分析

电力系统中暂态电压失稳事故时有发生,从而引起电力界的广泛关注。目前的暂态电压稳定分析方法尚存在不足之处。基于时域仿真法、能量函数法和奇异诱导分岔理论研究电力系统暂态电压稳定问题,以期在电力系统发生大扰动后快速判断故障后系统的暂态电压稳定性,从而有利于及时采取控制措施避免系统电压崩溃。首先探讨电力系统微分代数方程(differential-algebra equation,DAE)模型及其奇异性,分析暂态电压稳定分析的保留结构模型的能量函数法,在此基础上采用奇异诱导分岔判断暂态电压失稳,以一个简单系统分析静态负荷模型及感应电动机模型对系统暂态电压稳定性的影响。     

不同负荷模型对湖南电网暂态稳定水平的影响

负荷模型是影响电网稳定分析结果的一个重要因素。湖南电力系统负荷特性研究后的综合负荷模型与传统负荷模型有相同的感应电动机比例及恒定阻抗比例,但感应电动机定子漏抗较小。利用电力系统综合分析程序和基于负荷特性研究后的负荷模型分析了湘鄂联络线的暂态输送能力、不同负荷水平下湘中负荷中心的暂态稳定水平;并与基于传统负荷模型的湖南电网暂态稳定水平进行了比较。结果表明,使用负荷特性研究后的负荷模型时,湖南电网暂态稳定水平得到了明显提高。