机电暂态仿真中振荡中心的识别方法及应用

中国电网已经发展成为规模较大的互联电网,在故障冲击后,可能引起区域之间的功率振荡。在电力系统仿真分析中经常需要识别振荡区域、确定振荡中心,进而判断系统的薄弱区域并采取有效的调整控制措施。机电暂态仿真中自动识别振荡中心能够为计算分析提供重要参考,具有重要的应用价值。根据低频振荡过程中振荡中心电压有效值最低的特点,研究了根据线路两侧电压进行振荡中心计算的方法;与网络分析方法相结合,研究了机电暂态仿真过程中振荡中心断面的自动分析方法。该研究成果已在PSD-BPA机电暂态程序中实现。通过对实际电网的计算分析,阐述了振荡过程中振荡中心的变化特点和规律以及如何利用这些识别系统薄弱环节、判断系统稳定状态。所提出的方法能够有效识别实际电网的振荡中心,从而为实际电网的计算分析以及后续分析方法的研究开发奠定基础。

考虑综合故障率的线路分段差异化规划方法

考虑综合故障率的线路差异化分段加强,对提高电网抗灾能力具有重要意义。采用广义极值理论对区域的历史覆冰数据建模,得到特定覆冰厚度下该区域发生冰灾的概率,结合线路承受应力时的线路模糊故障率模型,建立线路在特定覆冰条件下的综合故障率模型。利用综合故障率计算差异化"减损"效益,在此基础上建立经差异化规划经济性评估指标体系,进而确定跨越不同气象条件线路的分段加强方案。通过算例对不同线路进行差异化规划,综合比较各项经济性指标,得到线路在不同差异化加强方案下的经济性评估结果,证明了所提方法的有效性。

考虑网络拓扑变化的薄弱断面快速评估方法

在线稳定评估系统中,在短时间内识别系统薄弱断面对快速掌握系统的整体安全稳定性有重要的作用。静态输电能力是评价断面薄弱程度的重要指标,为此借鉴了静态输电能力的思路,提出了基于多端口戴维南等值的静态输电能力评估方法和考虑网络拓扑变化对静态输电能力影响的薄弱断面识别方法。该方法首先估算断面正常状态和线路断开后的静态输电能力,然后考虑正常状态的输电能力和断面线路断开后输电能力的变化程度判断薄弱断面,能够针对大规模电网实现大量断面的快速评估和判断。采用三华电网算例、基于联想T430笔记本电脑在5 s内完成了计算和识别,验证了该方法的有效性和快速性。

基于子网络收缩的输电断面搜索方法

输电断面的强弱对整个电网的安全稳定性具有重要的影响。离线计算分析中主要采用人工分析的方式,而在线稳定评估系统应用中则需要能够自动识别系统的输电断面,以自动适应电网运行方式的变化。从实际电网输电断面的特点出发,针对高电压等级非电磁环网断面和电磁环网断面,提出了基于子网络自动收缩的输电断面搜索方法。首先,将整个网络按照厂站和供电区域进行简化。其次,以合并子网络所有送出线路为起点,关联子网络自动收缩,在所有功率送出线路中搜索高电压等级非电磁环网断面。以供电区域中的合并厂站功率送出高电压等级线路为起点,关联厂站自动收缩,在所有高电压等级功率送出线路中搜索电磁环网高电压等级线路。最后,采用华北-华中电网实际系统算例验证了方法的有效性。输电断面自动搜索是电力系统安全稳定状态在线自动分析的重要基础,具有重要的实际应用价值。

基于低电压穿越控制策略的风电场等值方法

风电场通常包括多台同类型的风电机组,在大电网仿真计算中需要将风电场等值,以减小仿真规模并保证仿真的准确性。提出了基于风电机组低电压穿越特性的风电机组倍乘等值台数确定方法,该方法主要考虑了实际风电场中各风电机组出力不同对风电场等值的影响,基于双馈、全变流类型风电机组在低电压穿越期间的有功、无功控制策略,确定比较合理的等值机组台数,最后将风电场等值为多台出力相同的风电机组。通过对实际风电场的仿真分析表明,在不同控制方式下,综合考虑不同电压跌落水平的有功、无功最佳等值台数是一个范围,进而可以综合确定一个等值台数,以兼顾准确性和保守性。一般情况下,离线仿真可选择最小可能台数,在线仿真可选择有功最佳台数范围内的最小台数。

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。

感应电动机的综合方法研究

传统的感应电动机综合方法以容量为加权因子进行综合计算。根据电磁-滑差特性曲线的特点,提出了改进的感应电动机分组方法。根据感应电动机的参数对感应电动机的加权因子进行修正,提出了改进的感应电动机综合方法。仿真计算结果表明,与传统方法相比,上述感应电动机的分组方法和综合方法可以提高负荷模型中感应电动机的计算精度。

光伏发电系统模型综述

为了对含光伏电源的电力系统进行各种仿真研究,必须建立准确的光伏发电系统数学模型。全面综述了包括光伏组件、逆变器及其控制系统的光伏系统数学模型,对整个光伏发电系统模型的研究现状进行了论述,总结了利用各元件模型建立系统模型的方法以及孤岛保护的研究现状及其建模方法,并对光伏发电系统模型的研究前景进行了展望。

在线动态安全评估与预警系统的功能设计与实现

电力系统在线动态安全评估与预警系统是国家电网公司仿真中心的重要研究领域之一。以电网实时运行数据以及高性能并行计算机群为基础,从多层面、多角度对运行电网实施快速安全稳定性评估。阐述了该系统的整体功能结构,并分别针对平台支持系统、电网安全稳定评估决策系统以及人机界面可视化系统,提出了具体的功能设计方案。华北电网在线动态安全评估与预警系统项目的工程实施,验证了所设计方案的科学性与合理性。系统具有运行可靠、界面友好、维护简便、功能扩充适应性强、分析结论准确和全面等特点。系统的投运有效地提高了电网运行决策的科学性和预见性。

双馈式风力发电机的机电暂态建模

建立可用于大型电力系统暂态稳定分析的双馈式风力发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)机电暂态模型。详细分析转子侧变流器和撬棒电阻(crowbar)可能的工作模式,提出计及crowbar的转子侧变流器和控制器机电暂态建模方法;根据机电暂态仿真和设备参数的特征,研究网侧变流器和控制器的简化建模方法;建立直流电压动态和卸荷电路(chopper)数学模型。基于大量型式实验数据,研究国产DFIG在低电压穿越过程中crowbar、chopper的控制逻辑和有功、无功功率特殊控制策略。以华锐1.5 MW DFIG机组为例,用电力系统分析综合程序包软件仿真分析3种不同工况下的运行特性。仿真结果与现场实测曲线一致,证明所建模型准确、可靠,可用于分析大规模DFIG风电场接入对电力系统暂态稳定性的影响。

基于响应的电网暂态稳定态势在线量化评估方法

广域测量系统工程化成熟应用为基于响应的电网暂态稳定分析与控制研究提供了新的契机,而暂态稳定态势在线量化评估是关键。以单机无穷大系统为例研究并证明不同观测支路比例段的静态和暂态稳定态势剖分特性,即同趋和同达失稳点特性。该剖分特性表明,可间接利用发电机端口外网络的相量测量装置有效测量信息评估电网暂态稳定态势的可行性。根据发电机转子加速度方程,严格推导电网任意机组对的等效单机系统虚拟功角特性正弦函数表达式,并基于该表达式,提出一种基于响应的电网暂态稳定裕度指标。用IEEE-9节点和新英格兰10机39节点系统进行仿真,验证了所提方法的有效性及工程可操作性,为基于响应的电网暂态稳定在线监控提供了有力的技术支撑。

基于割点和路径搜索的输电断面快速识别方法

提出了一种基于割点和路径搜索的输电断面快速识别方法。该方法依据过载支路切除后的潮流转移特征定义了输电断面,并借助图论中的割点和块以及最短路径等概念,深入分析了输电断面的拓扑特征;通过一系列的矩阵运算,在以断开支路为中心的块中搜索出断开支路两端点间的前k条最短路径,并最终识别出受支路断开影响最严重的输电断面。文中在电网模型降维、k值的优化选取和路径搜索方面均做出了重要改进,给出了k的取值原则和利用邻近节点信息确定最短路径的方法,有效避免了关键支路漏选且可大大减少分析计算量,实现了输电断面的快速识别,为预防电网连锁故障引发的级联跳闸奠定了基础。在新英格兰39节点和IEEE 118节点系统上进行了仿真分析,结果验证了该方法的正确性和有效性。

考虑不对称故障的机电暂态–电磁暂态混合仿真方法

提出一套机电暂态–电磁暂态混合仿真方案,包括接口母线的选取方法、机电暂态子系统对电磁暂态子系统的等效、等值电路正序和负序参数不相等情况的处理(基波负序补偿法),并采用最小二乘法求取3序基波电流来反映电磁暂态系统仿真结果对机电暂态网络的影响。仿真计算结果证明了该套仿真方案的有效性和可行性,解决了机电暂态网络发生各种对称和不对称故障复杂情况下局部电路的详细电磁暂态仿真问题,并通过了大型电网仿真的检验。

电力系统数字仿真负荷模型中配电网络及无功补偿与感应电动机的模拟

提出了电力系统负荷模型中统一模拟配电网网络、无功补偿和感应电动机的模型,该模型可以简化电力系统仿真中配电网络的模拟,提高了配电网络中感应电动机模型的精度;同时提出了一种确定配电网络无功补偿容量的简便算法。所提出的模型和算法已在PSD电力系统分析软件工具(PSD Power Tools)中的中国版BPA暂态稳定程序和电力系统全过程动态仿真程序中实现,该程序可根据配电网络的综合阻抗和指定的电动机机端电压与系统母线电压的比值系数,自动求得无功补偿量和无功补偿电抗值。模型和算法可以提高电力系统仿真中计及配电网络和无功补偿的感应电动机模型的精度。并得到了验证。

用于调度计划安全稳定校核的潮流数据自动整合调整方法

以形成用于调度计划安全稳定校核的潮流数据为目的,提出了一种根据不同数据来源整合潮流数据,并进行潮流调整的方法。将电网模型数据、调度计划数据整合,从历史数据中提取缺失的数据,形成完整的PSD-BPA格式的潮流数据。计算有功不平衡功率,将其分配到多台具有调节能力的机组,计算无功不平衡功率,将其分配到周边无功源,最终获得符合调度计划并满足运行要求的潮流数据,为下一步进行安全稳定分析和辅助决策提供初值。华北电网系统的仿真结果表明了该方法的实用性和有效性。

考虑任意重事件发生的多步变步长电磁暂态仿真算法

分析现有的电磁暂态仿真程序处理数值振荡以及连续事件发生情况的不足,提出一套能胜任电力电子元件快速开断的考虑任意重事件发生的多步变步长电磁暂态仿真算法。采用该算法,对于事件发生的时刻搜索准确,计算结果精确;不需要对于情况更为复杂的控制系统部分进行插值处理,编程简单灵活;并且对仿真步长具有很大的适应性,不同步长的计算结果相差不大,数值稳定性好。大量电力电子仿真计算测试表明,该算法是有效、可行的,它提高了电磁暂态仿真程序对电力电子元器件模拟的准确性和仿真能力。

考虑配电网络的综合负荷模型

介绍了电力系统稳定计算分析程序中常用的负荷模型,分析了上述负荷模型的结构及其在电力系统计算分析程序中的实现过程,指出了上述负荷模型的不足。根据变电站负荷的实际构成,提出了物理意义明确的综合负荷模型。该模型物理结构合理,可操作性强,可方便地模拟负荷元件和包括配电网络、无功补偿系统和接入低压电网的发电机的供电系统。2004年和2005年东北电网的4次三相短路试验验证了该综合负荷模型的有效性。

负荷建模技术的研究现状与未来发展方向

分析了负荷模型对电力系统计算结果的影响,对国内外负荷模型的研究动态进行了综述。详细介绍了目前用于电力系统负荷建模的2个主要方法——统计综合法和总体测辨法,分析了其特点并总结了其应用情况。最后结合最新研究进展指出了下一步需要研究解决的问题。

基于网损等值负荷模型的直流潮流迭代算法

为提高直流潮流计算精度,研究了标准直流潮流模型中由于忽略支路电阻而带来的有功平衡问题,给出了按比例调整出力或负荷、引入网损等值负荷模型这2种有功平衡方法。为了使网损等值负荷模型的应用不依赖于交流潮流的收敛性,重点提出一种改进的直流潮流算法,该算法通过网损迭代得到等值负荷的大小,且保留了标准直流潮流求解的便利性和快速性。实际电网算例的计算结果表明,提出的改进直流潮流算法与标准直流潮流算法相比,计算结果的精度大幅提高,在交流潮流不收敛的情况下,可作为一种有效的近似潮流计算方法。

基于时域仿真的戴维南等值参数跟踪计算方法

针对戴维南等值参数在暂态过程中不断变化的实际情况,提出基于时域仿真的戴维南等值参数跟踪计算方法。该方法没有基于任何假设前提,计算得到的戴维南等值参数精度高,克服了现有计算方法在系统内部发生扰动时精度差的缺陷,并在PSD-BPA暂态稳定程序中得到实现。3机10节点系统和2008年华中电网丰大方式的仿真结果表明,基于时域仿真的戴维南等值参数计算方法,能保证戴维南等值参数跟踪计算的结果准确、有效,可以广泛应用于电力系统的系统分析与控制。