VSC-HVDC稳定控制研究

基于电压源换流器（voltage-source converter,VSC）的高压直流输电系统（high voltage direct current,HVDC）拥有良好的有功无功功率控制能力以及更适合构成多端输电系统的优势,目前被认为是极具潜力的输电方式。柔性直流输电系统的控制及稳定性是影响输电系统运行安全和性能的重要因素。针对柔性直流输电系统的研究,首先概述了两端柔性直流输电系统的拓扑及其解耦控制和附加控制方式,然后从基本的两端拓扑结构延伸到多端输电系统拓扑和混合输电系统拓扑,着重分析了多端系统的下垂控制、故障穿越能力和混合直流输电系统的控制,接着又讨论了风电接入之下的柔性直流输电系统的稳定性及控制,可为今后相关研究提供参考。     

含负荷模型的次同步谐振分析

首先推导了同步电机dq坐标系下的5阶感应电动机动态方程,此方程能够与含电磁暂态的次同步谐振分析的同步电机及网络方程接口。同时分别推导了5阶感应电动机及恒阻抗(Z)、恒电流(I)、恒功率(P)等负荷模型线性化方程。应用IEEE第一标准模型建立了包含上述负荷的次同步谐振分析的线性化模型,分析了ZIP等静态负荷以及感应电动机与恒阻抗构成的综合负荷对扭振模态阻尼特性的影响。分析结果表明,上述不同负荷模型导致了不同的扭振模态失稳,不考虑负荷模型的分析结果可能过于乐观,也不能找到一种负荷模型确保分析结果保守。     

双馈风电机组不对称故障穿越性能优化

低电压穿越是并网风电发展的关键技术,而撬棒保护电路是提高低电压穿越能力的有效方法之一.但是,撬棒电阻取值、切除时间以及直流母线稳定影响着风力机的低电压穿越性能.文中提出了根据双馈异步电机不对称故障负序电流的撬棒切除时刻判定依据和基于超级电容器的直流母线稳压方法,提高了双馈异步电机的故障穿越能力.在DIgSILENT平台上建立双馈异步电机实验模型,仿真结果验证了所提方法的合理性.     

机电耦合对轴系扭振动态特性的影响

应用机电耦合模型定义全模态型及扭振模态型;推导扭矩线性解,并根据扭矩解定义扭矩模态型及扭矩模态贡献因子。这些物理概念可直接分析轴系扭振动态,并获得更丰富的信息,这是以往定义的模态型无法做到的。此外,还分析自由振动模型和受迫轴系模型的理论基础和物理意义,并从机电耦合模型与自由振动模型的区别,解释固有扭振频率及模态型的计算值与测量值存在偏差的原因;应用解析解分析机电耦合模型与受迫振动模型的动态特性差别。     

模态叠加对次同步谐振暂态扭矩放大的影响

应用扭矩2阶解分析暂态扭矩中模态叠加互作用机制。对2个模态的频率谐振和拍频2种模态叠加互作用进行数学推导。并重点分析反相位、同相位和正交相位等初始相位关系对这2种模态叠加互作用的影响。分析结果表明,频率谐振模态叠加互作用最大幅值受初始相位关系的影响,而拍频模态叠加互作用的最大幅值接近于叠加模态初始幅值之和,与初始相位无关。这些分析把暂态扭矩放大与系统模态及其互作用联系起来,有助于准确理解暂态扭矩放大机制,进而寻找缓解暂态扭矩放大的措施。选用IEEE第1标准模型进行仿真分析,验证分析的正确性。     

次同步扭振互作用机制解析

文中分别推导了次同步频率阻性电流和次同步频率感性电流产生的2个电磁转矩偏差分量表达式,发现次同步频率阻性电流产生负阻尼转矩,而次同步频率感性电流产生同步转矩。在此基础上,揭示次同步频率的等值电阻与电抗比过大是导致机组轴系扭振模态弱阻尼或负阻尼的根本原因。同时,阐释了由于机组轴系机械弹性系数远大于电气系统引起的上述阻尼转矩系数和同步转矩系数,次同步扭振互作用只发生周期失稳。最后,以改编的IEEE第一标准模型为算例,应用时域仿真和特征值法验证上述分析的正确性。     

大干扰下主导低频振荡模式的鉴别

Prony方法是获取系统振荡模式特征的一种非常有效的方法,它可通过给定输入信号下的响应直接估计系统的振荡频率、衰减、幅值和初相位。基于Prony算法,作者提出了振荡模式能量级的概念,用于鉴别电力系统大干扰下的主导低频振荡模式,在8机36节点系统中应用本文所提方法准确识别出了主导低频振荡模式,验证了该方法的正确性,并与正则形理论研究低频振荡模式间的非线性相关作用的结果进行了比较,再次验证了大干扰中主导低频振荡模式对系统动态特性和稳定性有重要影响这一观点的正确性。     

海上风电集群与火电打捆外送系统低电压穿越特性

海上风电集群与火电打捆外送系统的低电压穿越问题的研究具有重要的理论和实际意义。基于此,针对某海上风电集群与火电打捆实际规划场景,首先提出了风电集群中非故障风电场会恶化故障风电场低电压穿越的电网环境,风电集群对电网的低电压穿越支撑能力的要求更高。然后,从火电机组对系统短路比的提升作用和火电机组的无功支持作用2个方面,揭示了火电机组对海上风电集群的低电压穿越提升作用。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了某实际规划的海上风电集群与火电打捆外送场景,从时域角度证明上述理论分析的合理性。     

面向协同信息攻击的物理电力系统安全风险评估与防御资源分配

乌克兰大停电事故表明,对电力信息网实施协同信息攻击将严重威胁电力信息物理系统(electric cyber physical system,ECPS)的安全,提出一种面向协同信息攻击的ECPS风险评估及防御资源分配方法具有现实意义。在分析信息攻击对物理电网的破坏机制与ECPS的信息攻击防御措施的基础上,从攻防博弈角度提出了协同信息攻击的概率表达。然后综合考虑信息攻击的成功率与破坏程度,给出了面向协同信息攻击的ECPS风险计算公式。最后,根据风险计算公式,提出了既定风险情况下的防御资源需求值确定方法与有限防御资源情况下的资源优化分配方法。并将上述方法应用于以10机39节点系统为基础的ECPS,验证了方法的有效性。     

大规模光伏发电经串补并网系统次同步振荡机制

根据以往研究经验,由于串补输电系统存在串联谐振点,大规模光伏发电经串补并网系统被怀疑存在次同步振荡风险.研究发现光伏并网逆变器采用恒电流控制,其特性近似电流源,只能激励并联谐振点,而大规模光伏发电经串补并网系统与变压器励磁支路在交流侧产生并联谐振点,可能会成为影响系统振荡稳定性的主导因素.因此,分别建立了考虑和忽略变压器励磁支路的大规模光伏经串补并网系统的小信号模型,利用特征值法分析振荡机理.特征值研究证实,当逆变器采取电流源控制模式时,交流侧并联谐振点存在对应的特征值,而由于电流源钳制光伏发电系统的电流量,并不存在与串联谐振点对应的特征值,因而变压器励磁支路与串补电容构成的并联谐振点主导系统的次同步振荡特性.