A Steady State Voltage Stability Analysis of Wind Power Centralized System

It is significant to research the voltage stability of the wind power centralized system (WPCS) for the effective development of the large scale clustering wind energy resources. A steady state voltage stability analysis of the WPCS by employing the PV curve and model analysis is proposed to reveal the voltage stability influence from different aspects. The PV curve is utilized to trace and indicate the voltage collapse point of the WPCS when the small disturbance of wind power is increased gradually. Then the steady state voltage instability modes of the WPCS are analyzed by calculating the bus participation factors of the minimum eigenvalue model at the collapse point. The simulation results of an actual WPCS in North China show that the static state voltage instability mode of the WPCS is closely related to the operating features and control strategies of different reactive power sources. In addition, the implementation of the doubly-fed induction generator wind turbine generator voltage control is beneficial to improve the WPCS voltage stability.

二阶LADRC在风电并网逆变器网侧直流母线电压控制中的运用

为提高风电并网系统中电网侧逆变器直流母线电压的稳定性和动态响应速度,文中设计一种无对象模型辅助的二阶线性自抗扰控制技术(linear active disturbance rejection control,ADRC)以取代电压外环的PI控制器,从而形成一种新的双闭环控制结构。文中利用频域分析法分析了ADRC控制器的稳定性、跟踪性和抗扰能力;最后在3.6 MW直驱永磁同步风力发电机组的物理实验平台中验证了该控制结构的可行性,将传统PI控制和文中所提出的控制模式在不同工作条件下的控制效果进行比较。实验结果表明,该文章设计的控制方案优于传统的PI控制器,具有良好的抗干扰性和鲁棒性,大大减少直流侧母线电压波动所造成的影响。

基于KPCA特征量降维的风电并网系统暂态电压稳定性评估

针对电力系统暂态电压稳定性评估中所需特征量数据庞大,影响模型训练时间,降低计算效率等问题,提出了一种基于核主成分分析方法KPCA和CPSO-BP组合的风电并网系统暂态电压稳定性评估方法.首先根据输入特征采集原始特征集,采用核主成分分析算法对特征量进行非线性数据处理,提取出最优的特征集.然后将降维后的特征集作为CPSO-BP神经网络输入量进行监督学习,将得到的模型按照临界故障切除时间裕度值的大小进行分类,将分类后的样本进行风电并网系统的暂态电压稳定性评估和临界故障切除时间裕度值预测.仿真分析结果表明,对输入特征进行降维,保留重要输入特征量,剔除冗余特征量,不仅简化了模型,还提高了网络评估的准确性和计算效率.

构网型变流器:物理本质与特征

全球能源产业变革促进了电力系统电力电子化转型,以新能源为主体的电力电子化电力系统中同步机占比低,系统呈现低惯量、弱阻尼特征,引发了一系列运行问题。构网型变流器本质为电压源,能够主动构建电压频率,为系统提供惯量支撑,有利于改善系统稳定性,是提高新能源主动支撑能力的有效手段,近年来成为研究热点。该文从电力电子化电力系统的运行问题出发,梳理了下垂控制、虚拟同步机控制等典型构网型控制策略的实现原理及内在联系,建立构网型控制策略的统一数学模型;通过类比稳态条件下同步机与构网型变流器的电压频率构建原理,揭示了构网型变流器的物理本质,从电压频率构建、惯量阻尼支撑、同步机制等角度解释了构网型变流器的内涵与特性,可为构网型变流器的稳定与控制提供理论参考。

多直流馈入受端电网的最大受电能力估计方法

为保证多直流馈入受端电网稳定运行,提出一种静态稳定约束下多直流馈入受端电网的最大受电能力估计方法。首先,基于奇异值理论推导出多直流馈入受端电网静态电压稳定约束;然后,在考虑静态电压稳定性约束的情况下,建立多直流馈入受端电网优化调度模型;接着,给出一种计及静态电压稳定约束的优化调度模型分段线性求解方法,并基于该方法给出最大受电能力估计方法;最后,通过修改的IEEE39节点系统验证本文所提方法的有效性。

新型电力系统的全能型静止同步机优化配置

提出一种用于提升频率和静态电压稳定性的全能型静止同步机优化配置方法。首先,推导出频率稳定的约束解析表达式,并基于奇异值理论建立系统静态电压稳定约束,建立考虑频率和静态电压稳定约束的全能型静止同步机优化配置模型;然后,将全能型静止同步机优化配置模型分解为选址定容主问题和稳定裕度计算子问题,通过主问题和子问题的交替求解实现最优解的近似逼近;最后,在一个修改的IEEE 39节点系统中进行测试,验证了所提方法的有效性。

考虑新能源高阶不确定性的交直流混联电网静态电压稳定裕度计算

随着大量新能源场站接入交直流混联电网,系统的静态电压稳定裕度(static voltage stability margin,SVSM)水平具有很大的不确定性,需要研究考虑新能源场站高阶不确定性的交直流混联电网SVSM计算方法。针对此问题,首先建立了交直流混联电网SVSM计算模型,模型中考虑了直流换流站控制方式随负荷增长的切换;采用概率盒模型描述风速与光照强度的随机波动,提出了改进区间半不变量法以获得更准确的SVSM概率盒,该方法通过K-means++聚类算法将随机变量样本划分为多个波动范围较小的样本集,以降低半不变量的线性化计算带来的误差;并结合Gram-Charlier级数展开和概率加权和计算得到考虑新能源场站高阶不确定性的系统SVSM概率盒。通过对修改的IEEE-39节点交直流系统和南方电网两个算例的分析,并与区间半不变量法和双层蒙特卡洛法比较,验证了所提出方法获得的SVSM概率盒具有较高的计算精度和效率。

基于环境激励的电力系统静态电压稳定在线评估

随着电网结构的日益复杂,传统的静态电压稳定分析难以满足速度和准确度的要求。为此,本文提出一种基于随机响应数据的静态电压稳定在线评估方法。首先,推导基于节点电压和线路无功功率的灵敏度指标,在深入分析环境激励下灵敏度指标特性的基础上,提出对灵敏度进行分类;然后,引入K均值异常检测算法处理异常的灵敏度数值,有效地改善了灵敏度估计的准确性;其次,采用加权平均值计算一段时间内的灵敏度,实时判断系统的静态电压稳定性。最后,在IEEE10机39节点系统上进行验证,结果表明所提方法能够准确监测电力系统静态电压的稳定性。

考虑高比例多元调节资源互动的配电网无功优化降损方法

为了挖掘高比例分布式资源接入背景下配电网全方位多角度无功调控降损潜力,实现更为全面精细的无功优化技术降损目标,提出考虑多元可调节资源协调互动的多目标配电网无功优化降损方法。首先,针对高比例分布式资源接入背景下谐波对线损的影响,给出了考虑谐波损耗的配电网线损计算模型;其次,在此基础上分析多元可调节资源无功调节能力,建立了以日线损最低和静态电压稳定性最大为目标的配电网无功优化调度模型;然后,通过制定多元可调节负荷、分布式电源、储能、无功补偿设备等多元分布式资源协同无功优化策略,达到在综合考虑配电网静态电压稳定性要求下系统线损最小的目的;最后,通过多元分布式资源接入的IEEE 33节点进行系统仿真分析,结果表明通过多元可调节资源的充分互动能够有效提高系统电压稳定性,降低系统线损,实现配电网安全、经济运行。

新能源同步机对光伏发电系统静态电压稳定性的提升作用研究

传统同步电源被电力电子并网变流器大量替代导致新能源电网无功裕度不足、静态电压稳定性降低,并网点电压失稳甚至崩溃的现象愈发明显。针对上述问题,本文以光伏发电系统为例,研究其采用新能源同步机(motor-generatorpair,MGP)的并网方式对系统静态电压稳定性的提升作用。首先介绍了MGP系统的原理并分析其功率传输特性;然后,基于能够反映节点电压和潮流关系的V-Q和P-V曲线法从理论上揭示了MGP系统能够增加无功裕度以提高静态电压稳定性;最后,在PSCAD/EMTDC软件中分别建立了光伏直接带负载和经MGP带负载的电磁暂态仿真模型,通过在相似的网络结构下设置不同典型功率因数的负荷变化,结合V-Q/P-V的响应特性对比得出两类系统的失稳电压、无功/电压裕度和电压降落等典型指标。结果表明光伏采用MGP系统并网后,系统的静态电压稳定性得到了显著提升。

计及静态电压稳定性的风光电站选址定容协同规划方法

为了降低风光电站并网给电力系统电压稳定性带来的负面影响,提出了计及静态电压稳定性的风光电站选址定容协同规划方法。分析了风光电站的发电特性,并对其建立数学模型;考虑并网等值阻抗和静态电压稳定性的内在制约关系,进一步综合风光电站及其汇集站选址定容、并网点位置等优化目标,建立了风光电站选址定容协同规划模型;基于地图栅格化和分段线性化方法,将所提规划模型转换为混合整数线性规划模型;在此基础上,利用K-means算法提取典型场景,并给出了所提模型的求解流程。基于西南某地区的实际数据进行算例验证,结果表明所提规划方法能够充分发挥规划区域内自然资源的禀赋特性和风光发电互补性,有效提高了风光电站并网后的静态电压稳定性。

计及生产流程和电压与频率稳定性的孤立电网灾后恢复策略

用于工业园区、油气开发等的孤立电力系统广泛存在,其组网脆弱、灾后完全停产等问题严重影响了系统生产、运行效率。针对孤立电网的灾后恢复策略开展了研究。以海上油气开发为例建立了系统生产全流程模型,提出了负荷恢复度的概念并建立了产量与各类负荷关系的多元函数。针对孤立电网负荷恢复过程的电压与频率暂态稳定性进行了分析,将分析结果以构建约束条件的方式纳入优化模型。提出了用于确定负荷恢复顺序的系统灾后恢复模型并应用贪心算法进行求解。算例结果验证了所提出的模型及方法的有效性。

模块化多电平铁路功率调节器接入的机车混跑车网耦合系统稳定性分析

基于模块化多电平换流器的铁路功率调节器(modular multilevel converter-railway static power conditioner,MMCRPC)能够有效解决牵引供电系统存在的电能质量问题,但接入MMC-RPC对车网耦合系统低频稳定性的影响尚不明确。针对此问题,首先考虑频率耦合效应,基于多谐波线性化方法建立了CRH3型、CRH5型机车变流器及MMC-RPC的端口序导纳模型,并实现了不同控制策略、不同变流器负荷序导纳模型在单相静止坐标系的统一。其次,分别研究了MMC-RPC接入牵引网前后车网耦合系统的低频振荡现象。接着,根据主导相角裕度和灵敏度指标首次定量评估了MMC-RPC接入机车混跑系统工况下不同控制器参数对系统稳定性的影响,并提出相应调参准则以提升系统稳定性。最后基于Matlab/Simulink仿真和硬件在环半实物实时仿真验证了对系统稳定性分析结果的正确性。

发电机组低负荷下的SVG无功补偿技术应用分析

低负荷运行容易导致发电机组无功功率不足、电压不稳定等问题,影响电力系统的稳定性和可靠性。探讨了在发电机组低负荷条件下应用静止无功发生器(SVG)技术进行无功补偿的途径。分析了SVG在维持电压稳定、改善功率因数以及减轻低负荷运行对发电机组的不良影响等方面的表现和有效性,并通过实验和仿真开展评估验证。

太阳能光伏发电并网逆变器控制技术的应用

该文阐述光伏发电并网逆变器的控制方法,而后提出基于正弦波脉宽调制逆变技术的并网逆变器控制策略。该文旨在合理化解太阳能利用效率低下的问题,探寻出最佳的逆变器控制方法,实现零静态误差运行,并提升逆变器运行稳定性,从而将太阳能资源有效转化成为电能。

考虑电量出力行为的输电线路规划方法研究

为了解决传统输电线路规划方法存在的网损电量较大、规划效果不佳的问题,设计了考虑电量出力行为的输电线路规划方法。首先,通过非线性方程拟合,建立了电量出力行为约束条件。然后,通过计算电网潮流量的方式,完成了电量出力行为量化计算。最后,根据电量出力行为的数值水平,确定静态电压灵敏度指标的数值水平;联合规划系数修正表达式,实现了输电线路规划方法设计。对比试验结果表明:所提方法可以准确计算35 kV、110 kV电网组织中的电量出力行为,能够将网损电量控制在既定数值标准之下。应用此方法规划电力网络输电线路,能够有效控制网损电量,实现对应用电网的合理规划。该方法满足实际应用需求。

直接电压控制构网型变流器控制参数暂态稳定影响分析

目前针对直接电压控制构网型变流器暂态失稳模式的演化和控制参数对暂态稳定的影响机理尚需进一步深入研究。首先,分析了两种常见电流限幅策略对变流器暂态稳定性的影响,归纳总结出3种暂态失稳演化路径。其次,通过极限切除时间、极限切除角揭示了变流器有功环节不同参数对暂态稳定的影响规律,并针对直接电压控制构网型变流器的内电势和并网点电压之间的非线性关系,使用变流器临界势能为指标,揭示了变流器无功环节不同参数对稳定性的影响规律。在此基础上,解释了不同控制环节参数对变流器暂态稳定性的影响出现反常规律的机理。最后,在PSCAD仿真平台上通过算例验证了理论分析的正确性。

含储能和分布式光伏的配电网系统计及静态电压稳定性的多目标优化

提出一种含储能电池和分布式光伏电源的配电网系统多目标优化模型,用以应对光伏电源发电的不确定性和间歇性造成的配电网系统静态电压稳定性降低、电压越限、网损增大等问题。考虑24 h的小时级光伏出力及负荷变化,除以节点电压偏差最小和网损最小为目标外,优化目标还着重考虑静态电压稳定性指标和电压越限惩罚。基于粒子群算法,以IEEE 33节点配电网系统作为基础算例模型,通过优化储能电池的充放电功率及有载调压变压器、并联电容器组和静止无功补偿器等无功补偿装置,利用储能电池和无功优化装置的协同调控,实现配电网系统的24 h动态优化。优化结果表明所提出的优化方案能明显增强配电网系统的静态电压稳定性,减小电压偏差和网损,防止节点电压越限,为配电网系统的安全经济稳定运行提供保障。

阻抗模裕度指标在新能源多馈入系统静态电压稳定评估的适应性分析

集中送出的新能源场站大多位于电网末端,随着其有功出力的增加,易出现静态电压失稳。该文将传统的阻抗模指标的应用对象由负荷推广至新能源场站,丰富了该指标在静态电压稳定评估方面的适用性场景,包括含无功补偿的新能源系统、新能源集群馈入系统、以及新能源多机多馈入系统。具体地,首先,分析新能源单馈入系统的临界静态电压稳定条件,并据此给出用于评估新能源场站静态电压稳定性的阻抗模裕度指标及稳定判据;其次,通过将无功补偿设备并入系统阻抗,分析无功补偿对于指标的影响;再次,证明在新能源的集群馈入系统中,公共耦合点(point of common coupling,PCC)的电压失稳将发生在单个新能源场站之前,并据此确定PCC点作为指标的计算节点;之后,为考虑多机多馈入系统中不同新能源场站间的影响,在指标的计算过程中,保留待评估的关键新能源场站,将其他新能源场站等值为阻抗,并入节点阻抗矩阵中,实现方法在多机多馈入系统中的扩展应用。最后,基于PSD-BPA中建立的单机单馈入系统、多机多馈入系统、以及某省实际大电网算例验证指标的有效性。

弱并网条件下VSC的自适应型虚拟并网点规划与控制策略

电压源换流器(VSC)接入薄弱交流电网时存在系统小扰动稳定性问题,传统控制策略下VSC不得不降低输出功率以维持稳定运行。为提升弱并网VSC的小扰动稳定性,首先基于交流电压外环建立了弱并网VSC稳定性机理的通用分析模型,分析了锁相环(PLL)与VSC外环控制间的耦合特性,及其对系统小扰动稳定性的影响机理。在此基础上,提出了一种参数自适应型虚拟并网点控制策略。在PSCAD/EMTDC环境下搭建的弱并网VSC详细开关模型验证了所提控制方法的有效性。