基于相图法的水电二阶切换系统动力学特性与振荡分析

高比例水电系统在大扰动下出现了死区、限幅作用的超低频频率振荡,其所对应的切换系统仍缺乏动力学特性分析。鉴于此,基于二阶切换系统动力学特性,结合相图法分析系统参数对其动力学特性的影响,揭示系统在不同扰动、阻尼下发生频率振荡的动力学机理。首先给出水电二阶切换系统描述,分析了系统的平衡点存在性。其次结合相图法分析不同运行条件下系统的动力学特性,证明了相关极限环的存在性。最后分析了系统的非光滑分岔特性。结果表明:当平衡点正阻尼、系统调节区域负阻尼时存在1个稳定极限环,对应严重大扰动下的频率振荡;当平衡点负阻尼、系统有限幅时存在2个稳定极限环,分别对应一般、严重大扰动下的频率振荡,且二者振荡频率较为接近。

功率因数角偏差导致的线路无功量测异常及其检测方法

互感器测量误差等因素会导致同步相量测量装置(phasor measurement unit,PMU)幅值、功率因数角量测产生偏差,进而导致有功、无功测量异常,但对于无功测量异常的检测方法鲜见报道。该文在分析功率因数角偏差可能造成无功量测异常原因的基础上,结合与相角无关的线路无功损耗估计,提出一种无功损耗量测值异常的检测方法。首先,介绍对称双回线无功测量不一致的现象;其次,分析PMU无功量测偏差的来源,结合灵敏度分析,解释了功率因数角偏差对无功测量影响远大于有功,可能造成无功测量异常原因;再次,推导与相角无关的、基于PMU幅值量测和线路参数的线路无功损耗基准估计表达式,并分析量测误差和线路参数偏差对其的影响;进一步,提出一种无功损耗量测异常在线检测方法,该方法也可用于线路单端无功量测异常检测。同时,该方法不需要预先校准或精度较高的参考互感器,可实现在线检测。仿真和实测算例验证了所提方法的有效性和实用性。

次同步扰动下的双馈风机系统多频率响应分析

基于传递函数的思想分析了次同步扰动下双馈风机系统的多频率响应。首先,基于次同步扰动信号的响应路径,将双馈风机系统分为受控异步机系统和网侧换流器系统。其次,基于次同步扰动信号在受控异步机系统内各环节的作用或响应流程,定性推导并分析了受控异步机系统各环节的频率响应,获得了异步机转子和定子的多频率响应。再次,基于次同步扰动信号在网侧换流器系统各环节的作用或响应流程,定性推导并分析了网侧换流器系统各主要环节的频率响应,获得了网侧换流器注入系统的各频率响应。由此,获得了双馈风机系统整体在并网点输出的电流多频率响应,揭示了次同步扰动下,双馈风机并入系统的多频率特性。最后,基于仿真验证了上述理论分析的正确性。

风电参与的电力系统次同步振荡机理研究综述和展望

风电参与的新型次同步振荡事故频发,严重影响了新能源电力系统的安全稳定运行。结合次同步振荡所对应的数学动力学模型、轨线特征,分析归纳风电参与的电力系统次同步振荡的机理分类,即负阻尼振荡、强迫振荡、切换型振荡和其他复杂振荡,并从参数变化角度给出对应的分岔类型;进一步地,基于上述风电参与的新型次同步振荡机理分类,分别阐述对应上述机理的分析方法研究现状;最后,针对目前研究较少的风电参与的切换型次同步振荡,从分段光滑模型及其动力学机理、非光滑分岔分析方法、物理特性、实测验证等角度,给出其研究展望。

次同步扰动下并网电压源换流器电气量的频率分布及其幅值特性

针对并网电压源换流器在次同步电压扰动下输出多频率分量的现象,采用动态响应分析法和二阶近似,推导并分析了相应的输出电气量近似解的频率分布特性及其幅值大小。具体地,在次同步电压扰动下,保留二阶扰动量,逐步分析推导了锁相环、电流控制部分电气量的多频率分布及其幅值特性,得到了各频率分量幅值的近似计算公式;进一步地,分析了所提方法和传统小信号分析方法的区别和联系。通过仿真结果表明,次同步扰动下电压源换流器并网端口会出现互补的次/超同步分量,并伴有幅值较小的多频率分量产生,且其与次同步扰动频率互补的电压分量幅值与积分参数有关,与其他控制参数基本无关。仿真结果与理论推导结果基本一致。

基于微型PMU的配电线路抗差参数辨识

微型相量测量单元装置为智能配电网提高可观性和可控性提供了基础。研究了基于微型相量测量单元的配电网线路参数抗差辨识方法:针对配电网三相运行不对称的情况,构建了基于相分量描述的配电线路三相π型等值模型,结合微型相量测量单元提供的多组线路两端电压、电流相量数据,提出了基于相分量模型的、适应配电网不对称运行的最小二乘线路参数辨识方法;并引入2种抗差方法,一种为基于Huber估计的抗差最小二乘法,另一种为基于中位数估计的抗差最小二乘法。在中性点经消弧线圈或小电阻接地系统中,所提方法仅需要线路两端的电压和电流相量即可在辨识线路相参数的同时获得线路正序和零序参数;在中性点不接地系统中,由于没有零序电流分量,当系统正常运行时所提方法可辨识线路正序参数。算例仿真验证了所提方法的有效性,并比较了2种抗差方法在辨识精度、计算耗时方面的优劣,结果表明,基于中位数估计的抗差最小二乘法的抗差性能更好,计算时间较短。

并网VSC系统正阻尼时的一类切换型振荡分析

遭受大扰动作用后具有正阻尼特性的并网电压源换流器(VSC)系统仍存在振荡失稳风险,即当电流达到限幅值时会引发一类切换型振荡。为此,结合降阶模型分析其振荡原因。首先建立了并网VSC系统的简化状态空间模型,并分析了该模型的小扰动特性与该模型参数对小扰动特性的影响。其次分析了d轴电流达到限幅值对该系统正阻尼下动态的影响,发现大扰动下并网VSC系统会因d轴电流达到限幅值产生切换型振荡。再次从电流达到限幅值获得的降阶模型角度,揭示了该切换型振荡的产生原因在于物理降阶系统出现负阻尼振荡。最后讨论了物理降阶系统与原系统中振荡产生原因的关联性,可以推测物理降阶系统发生负阻尼振荡是原系统发生切换型振荡的必要条件。

基于改进役龄模型和全生命周期成本的继电保护装置服役年限确定

继电保护装置是电力系统的第一道防线,其合理的定期检修和退役对电网安全稳定运行和保证经济效益至关重要。基于具有线性衰减特性的役龄模型,结合继电保护装置的缺陷率特性曲线,同时计及继电保护装置的缺陷率和年均运行成本,在保证可靠性的前提下,以全生命周期年均运行成本最低为目标,构建了继电保护装置最佳服役年限确定模型。基于现场运行数据,对该模型进行了验证,得到了继电保护装置的最佳服役年限。结果表明该模型在继电保护装置检修技术改进或检修计划变更时,对确定继电保护装置最佳服役年限具有一定参考意义。

双馈风机系统的切换型混沌振荡及其非光滑分岔特性

新能源电力系统含限幅或控制切换等非线性环节,本质上为非光滑系统,其稳定性和失稳形式复杂。对此,研究了大扰动下双馈风机并网系统中由限幅饱和导致的混沌振荡失稳机理,在数学上对应着非光滑系统轨迹发生从收敛至平衡点到混沌的非光滑分岔。首先,介绍了切换动力系统(非光滑系统)的非光滑分岔和切换型混沌;其次,分析了交流故障后双馈风机系统发生的复杂振荡现象,利用功率谱和Lyapunov指数确认其为混沌振荡,并分析了其拟周期的频率漂移特性;然后,分析了混沌振荡与限幅饱和间的关系,揭示了该混沌是由多个限幅饱和(非光滑系统切换)引起的,本质上为切换型混沌振荡;最后,从短路比、故障条件和风速等角度分析了大扰动后的切换型混沌振荡的非光滑分岔特性,结果表明在较低短路比、较大故障冲击下系统更易发生切换型混沌振荡。

水轮发电机调速系统对超低频振荡的影响及模型适用性分析

水电高占比电力系统普遍存在与调速系统相关的超低频振荡风险,而水电原动机复杂的非线性使得此类电网中调速参数的整定缺乏充分的依据。论文建立了调速系统的传递函数模型,从相频特性分析论证了调速系统对超低频振荡的影响机理。通过研究不同负荷和工作水头下原动机相频特性变化规律,提出低水头、高负荷运行工况是适合开展频率稳定分析的保守工况。结合藏中电网频率振荡实例,基于保守工况下的原动机简化模型,对相关机组调速参数开展稳定性分析和优化整定。三年来的运行实践表明,优化后的调速参数较好地解决了藏中电网超低频振荡问题。该文的研究对类似电网调速参数的整定具有参考意义。

电力系统同步相量异常数据检测与修复研究现状与展望

同步相量数据是电力系统态势感知、预警和调度控制的重要数据来源。然而,部分现场同步相量数据存在系统性误差异常、丢失、跳变、偏差等异常现象;同时,同步相量数据易受到卫星同步信号攻击、网络攻击等影响,将严重影响依赖于同步相量数据的电力系统高级应用的性能,威胁电网安全。同步相量数据异常问题引起各界的广泛关注。鉴于此,该文从同步相量数据的产生、传输过程着手,分析同步相量数据异常成因,给出异常数据实例报道汇总以及以异常数据类型分类的文献初步概览。进一步,从电力系统运行管理的角度出发,根据现有检测及修复(修正与恢复)研究所使用的数据范围与实施地点可行性,分别从本地、区域、系统三个层级总结归纳同步相量异常数据的检测和修复技术的研究现状;最后,分析各层级下当前研究存在的问题并展望后续的研究方向。

电力系统自动发电控制网络攻击与防御研究现状与展望

电力系统网络层与物理层的深度耦合使得电力系统遭受网络攻击的风险不断上升。自动发电控制(AGC)系统是电力系统少数的人员干预较少的闭环控制系统之一,其对于维持电力系统最基本的功率平衡、频率稳定有重要作用。现有研究表明,网络攻击可以改变AGC的控制效果,甚至破坏电力系统。针对AGC的网络攻击引起了各界的广泛关注。鉴于此,文中从攻击形式、攻击变量、攻击检测与防御角度,总结归纳了AGC系统网络攻击的研究现状,分析了典型的攻击及防御案例,并讨论了针对AGC系统网络攻防的措施。最后,对AGC系统网络攻击与防御的后续研究方向进行了展望。

采用多二元表判据的实用暂态电压稳定裕度指标研究

远距离跨区直流输电规模持续增长,使得电力系统暂态电压稳定（transient voltage stability,TVS）问题突出,量化评估暂态电压稳定裕度具有重要意义。针对现有实用暂态电压评估指标区分度低的问题,基于二元表描述,提出一种可用多二元表描述的暂态电压稳定裕度指标。首先,介绍现有的实用暂态电压稳定判据及其衍生的暂态电压跌落可接受性（transient voltage dip acceptability,TVDA）指标。其次,介绍表征可接受性的单二元表判据和表征稳定裕度的单二元表判据,并从二元表判据角度分析比较现有暂态电压可接受性判据特性及其缺陷。再次,基于不同跌落程度权重不同的思想,提出基于多二元表的可接受性判据,并给出相关权重系数的计算方法;进而结合暂态电压稳定要求,提出暂态电压稳定裕度指标。最后,基于实际电网数据仿真验证基于多二元表的暂态电压稳定裕度指标具有对负荷水平、故障等运行条件更强的适用性和有效性。

电力系统超低频频率振荡机理分析与抑制研究现状与展望

现代电力系统中多次发生了超低频频率振荡事故,威胁电网的安全稳定运行。该文根据超低频频率振荡对应的数学模型、振荡轨迹特征,分析归纳超低频频率振荡的数学机理分类,即负阻尼振荡、强迫振荡、切换型振荡和其它复杂振荡4类,并从参数变化角度给出相应的分岔特性;进一步,基于上述机理分类,分别综述相应的分析方法;再次,从改善机组阻尼、改善系统阻尼和调整系统结构3个方面,分析超低频频率振荡抑制的研究现状;最后,针对目前研究较少的切换型超低频频率振荡,从分析模型、分析方法、动力学机理、物理特性、抑制手段、实际验证等角度,讨论未来可能的研究内容与方向。

基于非光滑分岔的单机水电系统超低频频率振荡机理分析

针对单水电机组的电力系统,结合相图法分析水电机组调速系统限幅对超低频频率振荡的影响,揭示其发生超低频频率振荡的数学机理之一是非光滑分岔。首先,介绍限幅环节饱和导致的非光滑系统的振荡现象,说明了一般动力系统振荡的原因之一是限幅环节饱和相关的非光滑分岔;其次,给出含限幅环节的单水电机组电力系统的简单数学模型、状态方程及其平衡点特性;再次,分析不同初始条件、有/无限幅时,系统相图有/无极限环的动力学特性,说明了调速系统限幅环节作用和足够大的初值是系统发生超低频频率振荡的原因之一,揭示了系统对初值的非光滑分岔特性;最后,分析了不同系统参数对系统有/无极限环的动力学性质影响,揭示了在一定初值下的单水电机组电力系统的参数非光滑分岔特性。

基于非光滑分叉的直驱风机次同步振荡机理分析

新能源大规模并网引发的振荡问题近来得到广泛关注。目前,忽略变流器的限幅等非线性特性,在稳态工作点附近线性化得到的小信号模型是研究上述振荡问题的主流方法。然而,在某些条件下,变流器中的限幅环节对振荡特性的影响不可忽视。结合相图分析方法,揭示直驱风机次同步频段振荡的数学机理之一是与限幅相关的非光滑分叉。首先,介绍了与限幅环节有关的非线性非光滑分叉理论。其次,介绍了直驱风机并网系统的限幅环节及其和限幅相关的次同步频段振荡现象。再次,分析了不同限幅环节对次同步频段振荡特性的影响,揭示了定子直流电压限幅环节饱和是导致系统振荡的原因。进一步,分析了短路比对系统振荡特性的影响,揭示了参数变化导致的非光滑分叉现象。最后,分析了交流故障持续时间、接地电阻对振荡的影响,揭示了初值导致的非光滑分叉现象。分析表明,直驱风机并网系统在故障清除后产生的次同步频段振荡,是在足够大的故障冲击下多个限幅环节共同作用产生的,数学上,也对应着相应的动力学系统发生非光滑分叉。

含SVG的双馈系统切换型次同步振荡及其非光滑分岔特性分析

研究表明,改善电压稳定的无功补偿装置SVG(static var generator)可与双馈风机作用,形成次同步振荡,威胁电网安全。但其机理尚未完全明晰。有鉴于此,研究了含SVG的双馈系统的次同步振荡,说明其机理之一为限幅饱和引起的切换型振荡,并从非光滑分岔角度,分析切换型振荡随参数变化特性。具体的,首先介绍了切换型振荡和非光滑分岔,以及含SVG的双馈系统及其限幅环节;其次分析了含有SVG的双馈系统的切换型次同步振荡现象,并说明其是由限幅饱和引起的切换型振荡;然后分析了SVG不同控制参数对切换型次同步振荡的影响,确定与系统振荡相关的主要因素,给出了切换型振荡对SVG控制参数的非光滑分岔特性;最后分析了系统外部短路容量和故障严重程度对切换型振荡的影响,揭示了外部参数的非光滑分岔特性。

双馈风电场外送系统的中频振荡机理及其影响因素分析

电力电子设备引起的新型次/超同步振荡问题受到广泛关注,但对高于100Hz的中高频振荡问题研究较少。有鉴于此,研究了含静止无功发生器和并联电容器的双馈风电场外送系统可能发生的中频(200～500 Hz)振荡,揭示了其机理并初步分析了其影响因素。具体而言,首先介绍了基于DIgSILENT的含静止无功发生器和并联电容器的双馈风电场外送系统,以及其产生的400Hz左右的振荡现象。其次建立了上述系统的阻抗分析模型,绘制了上述参数下系统阻抗的频率特性曲线,基于阻抗分析法揭示了该系统中频振荡的机理,并辅以奈奎斯特稳定判据进行论证。最后仿真分析了不同参数对该振荡的影响,进而确定了主导影响参数。

含增强型死区的电力系统超低频频率振荡的非光滑分岔分析

针对含增强型死区的单水电机组电力系统,结合相图法和非光滑分岔理论分析负荷参数对超低频频率振荡(ultra-low frequency oscillation,ULFO)的影响,揭示其发生ULFO的数学机理之一是C-分岔。具体如下:首先,介绍分区域光滑系统(非光滑系统)的边界平衡点分岔(boundary equilibrium bifurcation,BEB)和非光滑分岔理论,说明一般动力系统振荡的原因之一是不同光滑系统切换相关的非光滑分岔;其次,给出含增强型死区的单水电机组电力系统的简单数学模型;再次,分析不同负荷扰动下系统平衡点从有到无的分岔特性;最后,结合时域和相图,讨论不同负荷扰动、有/无增强型死区时,扰动后系统的动力学特性。由分析结果可知除不存在平衡点外,系统轨线在大范围收敛到极限环,对应负荷参数出现C型非光滑分岔,是电网出现ULFO的机理之一。

基于实测试验数据的水轮发电机调速器动态参数抗差分步辨识研究

经验表明,主导发电机的不当调速器参数设置可能引发严重的小电网频率稳定事故,甚至造成电网崩溃,因此辨识调整发电机调速器参数对电网监控具有重要意义。该文提出一种基于实测试验数据的发电机调速器参数抗差分步辨识方法。针对调速系统参数,通过轨迹灵敏度和指标灵敏度,将参数分为主导参数和非主导参数,进而通过主导参数/非主导参数分步辨识。针对现场试验数据可能存在噪声毛刺偏差等问题,采用Huber估计与指数型函数相结合的抗差目标函数,实现参数的抗差辨识。最后通过仿真算例以及实测试验数据验证方法的合理性。