面向超低频振荡的水电调速器与SVC附加频率控制参数联合优化

互联电网超低频振荡抑制对系统安全稳定运行至关重要,现有研究仅考虑水电调试器PI控制参数优化的措施,可能导致水电调频能力降低。随着电网中静止无功补偿器(SVC)数量的显著增长,通过SVC附加频率控制为超低频振荡抑制提供了新的思路,于是提出了一种SVC附加频率控制与水电调速器PI参数联合优化方法。首先,建立了包含水轮机和SVC的单机单负荷系统等值模型,分析SVC的附加频率控制原理,并分析所提模型对系统超低频振荡的抑制作用;在此基础上,以超低频振荡阻尼系数和水电机组一次调频性能为优化目标,通过优化设计控制器参数以提升系统整体的超低频振荡抑制能力;最后,在PSCAD/EMTDC平台上搭建了水电机组和SVC仿真模型,对所提方法进行有效性验证。仿真结果表明,该方法可有效提升高比例水电电网超低频振荡阻尼能力,同时提升水电机组调频能力。

考虑频率及电压稳定约束的主动解列最优断面搜索方法

解列是避免电力系统发生连锁故障及大范围停电的最后一道防线,而解列断面的确定对于解列后孤网系统的安全稳定至关重要。针对现有解列断面分析方法未考虑潮流冲击、电压稳定约束等问题,提出了一种考虑频率及电压稳定约束的主动解列最优断面搜索模型,以系统潮流冲击最小为目标,在满足机组同调分群约束和系统连通性等约束的基础上,通过建立频率稳定约束对解列后孤岛产生的不平衡功率大小进行限制以提高解列后孤岛频率的稳定性;同时引入电压稳定指标,通过推导得到该指标与切负荷变化之间的灵敏度矩阵,得到线性化的电压稳定约束以提高孤岛电压稳定裕度。最后,通过修改后的新英格兰39节点系统进行仿真分析,验证了该文所提出的主动解列最优断面搜索方法的有效性。

新能源并网逆变器并联运行宽频聚合建模方法

大规模新能源发电基地存在振荡风险,有可能发生宽频失稳事件,给电力系统稳定运行带来极大挑战。阻抗分析是一种研究并网逆变器宽频特性的有效方法,可以揭示宽频失稳机理。首先,以L型的两电平三相定电流控制并网逆变器为研究对象,通过对L型并网逆变器的拓扑结构和数学模型的推导,结合复矢量建模方法,建立了逆变器的输出阻抗复矢量模型,刻画了单台逆变器宽频输出特性;进而,结合网络拓扑结构,提出了多台逆变器并联运行场景下的宽频聚合建模方法,分析了多台逆变器经不等长输电线路并联运行的宽频特性;最后,采用考虑频率耦合的导纳扫频测试方法,验证了所建模型的准确性。

全功率变速抽水蓄能机组控制策略与调节特性

全功率变速抽水蓄能机组协调控制中通常采用变流器控制机组功率、调速器控制机组频率(转速)的快速功率控制,其忽视了对机组频率安全与效率的影响,且控制模式单一。分析了机组多控制模式振荡特性和功频响应特性,提出了机组发电工况快速频率控制与快速功率控制相结合的协调控制策略,以及水泵工况定导叶开度变转速控制策略。设计了常规试验与性能优化试验结合的变速工况调试方法并应用于我国第一台全功率变速抽水蓄能机组启动调试中,验证了控制策略和调试方法的有效性。现场测试结果表明,调速器和变流器控制不协调易引发机组振荡,采取所提协调策略后机组安全高效运行,且具备百毫秒级的有功、无功快速调节能力。

交直流输电系统低频振荡仿真分析

以单机无穷大系统为例对弱阻尼振荡和强迫振荡机理的异同进行了分析;以具有交直流并行联络线的四机两区域系统为模型,采用特征值分析法和时域仿真方法,利用BAP和PSCAD/EMTDC仿真软件对低频振荡现象进行了研究;仿真分析了高压直流输电的接入对系统阻尼的影响以及强迫振荡的影响因素,比较了两种振荡现象的异同。研究结果对低频振荡的分析、监测和控制有一定指导作用。

全功率变速抽水蓄能机组水泵模式建模及运行特性研究

全功率变速抽水蓄能机组(FSC-VSPSU)能够为电网提供快速、灵活的调节容量,助力新能源为主体的新型电力系统快速发展,其应用逐渐广泛。为掌握实际FSC-VSPSU在水泵工作模式(抽水)时的运行特性,以及分析工程现场所出现的实际问题,建立了FSC-VSPSU水泵模式下的仿真模型。此外,FSC-VSPSU在水泵模式时通常采用直接开度控制方法,对抽水功率无法精确控制,通过外加功率控制环,就能够很好地控制抽水功率,可补充作为机组的另一种控制方法。通过仿真FSC-VSPSU在直接开度控制以及外加功率控制环两种方式下的运行,总结了其运行特性,为实际FSC-VSPSU现场运行提供仿真工具以及运行调试指导。

全功率变速抽水蓄能机组快速功率模式小信号建模

小信号建模是全功率变速抽水蓄能机组(FSC-VSPSU)稳定性量化分析与多控制器参数优化的基础。由于变流器响应时间尺度为毫秒级、水轮机系统响应尺度为秒级,因此,采用快速功率模式的抽水蓄能机组在发电状态下的稳定特性在很大程度上受制于水轮机特性。针对常用经典水轮机模型不能准确反映抽水蓄能机组运行特性的问题,提出了计及初始运行工况的改进水轮机小信号模型。该模型可反映水轮机初始运行负荷和水头对稳定特性的影响,且模型参数易于获取。结合发电机、励磁系统、调速系统以及变流器模型,构建了FSC-VSPSU在发电状态下的小信号模型和电磁暂态仿真模型。采用特征值分析方法研究了抽水蓄能机组小信号稳定特性,仿真结果表明抽水蓄能机组存在超低频振荡风险。同时,提取了关键影响因素,进一步给出了调速系统参数整定原则。

考虑系统一次频率响应特性与新能源不确定性的主动解列最优断面搜索方法

当发生严重故障时,电网状态急剧恶化,主动解列作为防止连锁故障和大范围停电的最重要控制措施之一,能够有效防止电网事故的扩大,而确定合理的解列断面是主动解列控制的核心。随着新能源的快速发展,需考虑其出力不确定性对电网解列后子系统频率稳定的影响。为此,提出一种考虑系统一次频率响应特性与新能源不确定性的主动解列最优断面搜索方法。首先,以总切机切负荷量和开断线路成本最小为目标,在孤岛连通性以及系统基本运行约束基础上,对解列后系统一次频率响应特性进行建模,结合频率变化率和频率最低点等频率稳定相关约束,来保证解列后系统运行的频率稳定。其次,引入负荷侧需求响应来有效减少解列后孤岛的源荷不平衡量,以支撑系统频率稳定;并且,为考虑新能源出力不确定性对解列后频率稳定的不利影响,建立了考虑新能源出力不确定性的主动解列断面搜索模型。最后,通过修改后的新英格兰39节点算例验证了所提出主动解列最优断面搜索方法的有效性。

110kV同塔双回线路感应电压和感应电流对人体的危害研究

针对110kV同塔双回线路一回运行、一回停运,检修人员对感应电压和感应电流危害认识不足的问题,以某次感应电致死事故为原型,量化分析了110kV线路典型设计方案下人体触电时承受的感应电压和感应电流。在分析人体电阻以及人体伤害与感应电压、感应电流和持续时间关系基础上,研究了检修人员受感应电伤害风险与线路长度、运行线路潮流的关系。研究成果对于提升现场操作人员的安全意识,减少安全生产事故具有重要意义。

高比例新能源接入下送端电网直流闭锁过电压分析与抑制策略

近年来,以风电和光伏为主的可再生能源发电技术发展迅速。考虑到可再生能源资源富集区域和重负荷区域之间存在空间上的分布差异,高压直流输电被证明是一种能够有效将电力进行远距离传输以提升可再生能源消纳的技术。高压直流输电系统的直流闭锁故障,特别是直流双极闭锁故障,会导致送受端交流电网中产生过电压浪涌,进而可能导致发电机脱网运行。文中建立了直流闭锁故障下送端交流电网中过电压的数学模型,分析了可再生能源发电设备的无功功率对直流闭锁下电网过电压的影响,进而以送端电网的无功功率裕度最大为目标提出了一种最优有功出力分配策略。基于Matlab/Simulink,设计了一个案例来验证所提出的最优有功出力分配策略减少直流闭锁下电网过电压的有效性。

基于谐波互阻抗的励磁涌流引发谐波电压畸变风险识别

弱联系电网中普通的空载变压器合闸操作就可能会因向电网注入了励磁涌流,而导致系统出现严重的谐波电压畸变,加大设备及负荷损毁的风险。提出了励磁涌流引发谐波电压畸变风险指标,该指标基于系统网络的谐波互阻抗,考虑了被操作主变的容量以及系统中发电机、负荷、线路、变压器等元件对谐波电压畸变的影响。利用该指标对某联网工程中励磁涌流引发的谐波电压畸变风险进行了评估,PSCAD仿真结果验证了所提指标的有效性。

电力系统强迫功率振荡的等效电路定位分析法

强迫功率振荡事故发生时,最有效的应对办法是找到扰动源。文中以单机无穷大系统中原动机注入不平衡功率引发强迫振荡为例,根据振荡达到稳态时线性化系统变量关系以及能量转化的特性,把强迫振荡的功率偏差和频率偏差用相量表示,再将稳态的振荡过程转化为一个电路进行分析,并将此电路分析方法推广到多机系统。在此基础之上,给出了4种判断扰动传播方向的方法,并据此找出扰动源所在的位置。通过10机39节点系统仿真验证了该方法的有效性。

基于理想点法的多准则综合灵敏度电压稳定评估指标

针对目前静态电压稳定评估方法多从单一角度、用一种变量与电压的关系进行评估的局限性,提出一种新的多准则综合灵敏度电压稳定评估指标。该指标基于理想点法,结合电压/有功功率灵敏度和电压/无功功率灵敏度指标,从而达到联系有功功率和无功功率的目的。该指标无需标准化处理,可克服因量纲不同和数值数量级差异造成的结果偏差。为解决理想点法难以选择权重系数的问题,提出一种能够计及负荷增长方向的权重系数选择方法。通过实际电网算例验证了所提指标的合理性和有效性。

风力发电系统短路故障特征分析及对保护的影响

为了进一步掌握风力发电系统短路故障特征并分析其对继电保护的影响,建立了双馈和直驱风电系统电磁暂态模型。通过电磁暂态仿真研究了风电系统短路电流及系统正负序阻抗的特征,得出了风电系统提供短路电流能力较常规电源弱和风电系统正负序阻抗不一致且随时间波动的结论。研究了常用输电线路继电保护原理对风力发电系统的适应性,得出了输电线路距离保护和选相元件受风力发电系统故障特征影响较大,可能发生不正确动作的结论。利用现场录波数据验证了故障特征及保护适应行分析的正确性,相关结论对继电保护的配置具有一定的借鉴意义。

交直流混联系统的静态电压稳定概率评估

针对负荷和发输电设备故障随机特性对静态电压稳定的影响,提出一种适用于交直流混联系统的静态电压稳定概率评估方法。采用了非序贯蒙特卡罗法,对负荷和发输电设备的状态进行了抽样。对时序负荷进行粒子群聚类,采用多维正态抽样技术对等值负荷进行状态抽样,使负荷样本能同时计及负荷相关性和不确定性。采用直流准稳态模型和电压稳定L指标对系统随机状态样本分别进行系统和局部电压稳定评估。最后,以IEEE-RTS系统为例验证了方法的正确性和有效性,并就直流双极运行、直流单极运行和交流系统下的静态电压稳定频率、概率分布和灵敏度进行了比较分析。结果表明:系统中直流输电比重对电压稳定的影响较大,比重增大将导致系统L指标升高,从而降低系统电压稳定性;同时节点L指标的值主要受负荷影响,其灵敏度主要受网络结构影响。

基于变电站线路出口信息的小水电群等值及参数辨识研究

针对同调法和模态法动态等值对外部系统做等值简化时,需要尽知外部系统的结构、参数以及各工况下的运行状态的局限性,对于集中上网中小水电机群发电机参数,励磁、调速参数部分未知或全部未知情况下,提取较大扰动后变电站高压侧出线的电压电流动态响应录波信号,并基于FOXPRO平台,结合PSASP电力系统分析软件实现连续变参数自动分析计算,将集中上网水电机群等值为一台机组,并准确辨识出等值机的相关参数。最后在四川电网某小水电机群上进行了仿真验证,试验结果表明,该等值方法实用可行,并具备一定的鲁棒性。

并联电容器对变压器差动保护的影响

对变压器低压侧区内故障差动保护动作较慢的情况做了详细分析,指出其原因为并联电容器中的串联电抗器引起故障时刻并联电容器发生振荡放电,导致变压器励磁涌流判据闭锁差动保护。并分析了并联电容器振荡放电频率与电容器选型的关系,其产生的谐波分量对变压器励磁涌流判据的影响。通过EMTDC进行了仿真研究,提出了对变压器差动保护的励磁涌流判据的建议。

基于图卷积神经网络的直流送端系统暂态过电压评估

随着新能源接入电力系统并通过直流送出,送端系统的暂态过电压问题逐渐突出。因此,为快速准确估计送端系统在直流闭锁、换相失败等预想扰动场景下各直流近区节点暂态过电压严重度,提出一种基于图卷积神经网络(graph convolutional network,GCN)的直流送端系统暂态过电压评估模型。该模型以电网发生直流故障前的潮流状态参数与网络拓扑作为输入特征,可以同时预估电网多个关键节点(如风电场汇集节点)的暂态过电压严重度。利用含跨区直流异步互联的两区域系统进行算例分析,验证该模型可以适应多种网架拓扑结构、不同新能源发电占比等差异化电网运行方式,具有较强的泛化能力。同时,所提模型揭示了对过电压严重度影响最大的关键因素,具有一定的可解释性,可为暂态过电压的预防控制提供有效指导。

全功率变速抽水蓄能机组保护配置及整定方法

正确的保护配置和整定方法是全功率变速抽水蓄能机组安全运行的关键。结合典型全功率变速抽水蓄能机组接线方式,在分析机组运行特性的基础上,提出了适用于各种运行状态的保护配置方法;分析了变频器对机组短路特性的影响;在此基础上,提出了将复压过流保护作为特殊区域的主保护,并给出了适用的保护整定计算方法。所提出的保护配置和整定方法在春厂坝变速抽水蓄能示范电站得到了应用。

基于转移负荷法的城市电网合环

在电网分区运行的背景下,针对边界110kV站点的合解环问题,从电网开合环的潮流计算入手,分析影响合环潮流的因素,得出母线间电压相角差对合环潮流的影响最大;在此基础是,提出一种以限制合环潮流为目标,通过转移负荷的边界站点合环方案制定方法。并通过电力系统综合程序PSASP对用该方法制定的方案进行了仿真验证,仿真结果验证了该方法的有效性和实用性。