Small signal stability region of power systems with DFIG in injection space

The modal analysis method is utilized to study the influence of doubly-fed induction generator(DFIG)on electromechanical oscillations.On this basis,the small signal stability region(SSSR)of power systems with DFIG in injection space is evaluated and the corresponding relationship between SSSR boundary and electromechanical oscillations is analyzed.The effects of the locations of DFIG on SSSR are considered.It is found that the boundary of SSSR consists of several smooth surfaces,which can be approximated with hyper-planes in engineering application.With the integration of DFIG,SSSR becomes smaller,thus indicating the deterioration of the small signal stability of the system.The 11-bus system with four generators is used to illustrate the proposed method.

基于分段仿射阻抗模型的电压源变流器小扰动稳定域在线构造

近年来小扰动振荡事故频发,亟需建立能反映新能源并网系统全工况的在线稳定域。小扰动在线稳定域可以为时变性和波动性下新型电力系统的安全评估和控制优化提供强有力的支撑。因此,提出基于分段仿射阻抗模型的电压源变流器(voltage source converter,VSC)小扰动稳定域在线构造方法。首先,该方法使用电压、功率和频域因子作为分区变量,离线构建VSC的分段仿射阻抗模型。在线计算时根据运行工况可以快速定位运行分区并确定对应的线性仿射模型,从而极大地提高阻抗计算的效率。其次,提出VSC稳定域边界点的双层优化模型,利用改进的广义奈奎斯特判据和复合形法进行快速求解。然后,通过改变双层优化模型的求解方向搜索边界点,基于分段拟合获取准确的边界解析式。最后,仿真算例和实验结果表明,分段仿射阻抗模型与全阶阻抗模型误差小于1%;该方法可以准确和高效地构建在线稳定域。

计及直驱风机差异性的并网风电场次同步频段小干扰稳定性

大规模直驱风机(permanent magnet synchronous machines,PMSGs)的接入会加剧电力系统动态失稳风险,为降低电力系统状态空间模型阶数,提升模式计算效率,现有分析方法常忽略直驱风机间的差异性,实现风电场模型降阶。然而,实际直驱风机的运行工况存在一定差异,相似性假设容易导致分析结果产生误差,影响稳定性判定的可信度。分析了在次同步频段,直驱风机运行工况差异性对风电场小干扰稳定性的影响,证明了:直驱风机运行工况的变化会改变振荡模式在复平面上的位置,但这些振荡模式的边界仅由风机出力最小和最大运行工况决定。基于此,提出了考虑直驱风机差异性的风电场小干扰稳定性分析方法,预测了直驱风机在不同运行工况下振荡模式在复平面上的区间,实现了对差异化直驱风机并网稳定性的快速判定,有助于实际风电场并网失稳风险的及时预警。最后,基于差异性直驱风机的仿真算例,验证了所提方法和分析结论的有效性。

小扰动稳定域微分拓扑学性质初探 (一)小扰动稳定域非凸边界和空洞现象示例

对电力系统小扰动稳定域的微分拓扑学性质进行了初步探讨。首先,简单回顾了小扰动稳定域的相关定义、边界组成及其性质;然后,给出一种基于优化过程实现对小扰动稳定域Hopf分岔界面追踪的算法;最后,利用一个简单的3节点系统,示例了小扰动稳定域边界面非凸和内部存在封闭不稳定(空洞)区域的现象,并对小扰动稳定域内部空洞区域随系统参数变化的规律进行了研究。该工作对于进一步深化对电力系统小扰动稳定域微分拓扑学性质的研究具有一定帮助。

电力系统时滞稳定域临界点的快速搜索新方法

提出一种在二维时滞空间中快速求解电力系统时滞稳定域的新方法。依据电力系统时滞稳定域临界点关键特征值具有周期性的特点,通过空间映射构建临界函数,借助二分法在有限区域内求解该函数,获取时滞稳定域临界点的关键特征值及相关信息;再通过逆映射求取电力系统时滞稳定域的临界时滞,采用微扰方法判定临界时滞所围成的小扰动时滞稳定域,并进一步推广到大范围时滞区域中。该方法计算速度快、精度高,WSCC 3机9节点算例验证了所提方法的可行性和有效性。同时,对时滞稳定域边界拓扑特性深入研究表明:时滞只诱发稳定系统出现Hopf分岔,不会导致新的奇异诱导分岔点产生。

基于安全域的大规模风电并网系统低频振荡稳定分析

以安全域方法为基础,研究大规模风电并网对电力系统振荡稳定的影响,对比分析双馈风机替换同步机前后系统可保持小扰动稳定的运行区域的变化,并借助时域仿真探索小扰动稳定域的变化机理。分析输电距离、双馈风机有功控制回路与无功控制回路PI参数对系统低频振荡稳定性的影响。研究表明,双馈风电场并网对系统低频振荡稳定的影响受输电距离与双馈风机励磁控制回路的PI参数影响显著;较小的比例系数和积分系数则可降低双馈风电场对系统低频振荡稳定的不利影响,甚至改善系统的低频振荡稳定特性。

电力系统扩展小扰动稳定域及其研究

引入一种新的扩展小扰动稳定域的概念,以弥补原有小扰动稳定域无法考虑电力系统(超)低频振荡的不足。文中给出了这种扩展小扰动稳定域的定义,讨论了其边界组成及性质,给出了一种基于优化方法求解相关边界的追踪算法,并基于该追踪算法,利用一个3节点和WSCC3机9节点系统分析了扩展小扰动稳定域的构成、边界性质、影响因素等。该研究工作对寻求有效预防系统出现小扰动稳定失稳和避免出现(超)低频振荡具有一定的参考价值。

采用阻尼水平定义边界的实用电力系统小扰动稳定域

提出了一种适用于低频振荡、次同步振荡问题分析的电力系统小扰动稳定域(P-SSSR)定义方法。根据低频振荡、次同步振荡的特点,分别以相对阻尼水平和绝对阻尼水平定义了一种新的小扰动稳定边界,并用这种新的稳定边界构成P-SSSR。提出了一种连续法和直接法相结合的稳定域边界求解方法,在IEEE次同步谐振第一标准模型中分别计算了传统小扰动稳定域(SSSR)和P-SSSR边界,比较了这2种稳定域的计算耗时和边界点特性。结果表明,实用电力系统小扰动稳定域考虑了实际运行的阻尼水平要求,使得位于该小扰动稳定域内的运行点符合实际运行的阻尼标准,能在几乎没有增加计算量的情况下获得一种更为可靠实用的电力系统小扰动稳定域,具有重要的理论研究价值和工程实用意义。

与主导振荡模式有关的小扰动稳定域边界拓扑性质

针对4机11节点电力系统,通过详细模型下的仿真发现小扰动稳定域边界上会出现几何形状的突变现象。进一步研究表明,所发现的小扰动稳定域边界的突变是由于对应边界处的主导振荡模式在不同模式间发生了跳跃变化。同时指出,存在造成小扰动稳定域边界突变的其他原因,边界上主导模式的跳跃仅是小扰动稳定域边界突变的一种机理解释。

基于安全域的含风电电力系统概率小扰动稳定分析

计算了注入空间上含双馈感应发电机(DFIG)的电力系统小扰动稳定域。通过大量仿真计算发现,在工程关心的范围内,含DFIG的电力系统小扰动稳定域边界仍可以用超平面进行拟合。在此基础上,将安全域方法应用于含DFIG电力系统的概率小扰动稳定分析,代替传统方法中广泛采用的特征值分析方法。计算结果表明,考虑发电注入与负荷不确定性时,所提出的方法计算精度满足工程应用要求,并且可以有效降低概率小扰动稳定分析的计算负担。

固定增益与变增益最优励磁控制策略的小扰动稳定域研究

在计及励磁饱和环节条件下,利用凸优化技术和迭代搜索方法,提出以非线性系统椭球吸引域体积为指标确定小扰动稳定域边界的新算法。对比分析了其机组在固定增益和变增益线性最优励磁控制下的电力系统的小扰动稳定域,给出了采用固定增益的小扰动稳定有效范围。算例分析验证了所提算法的有效性。结果表明:当系统运行点发生变化时,固定增益控制器的控制效果会下降,偏离给定运行点越远,控制性能下降得越严重,因此,在最优励磁控制下,有必要采用变增益的控制策略,以保证系统的小扰动稳定性。

电力系统小扰动稳定域应用研究

介绍了电力系统由结构稳定到倍周期分岔,直至混沌的自然规律,提出在先于混沌的分岔区域内仍可进行系统预测,其预测方法一定要注意接近混沌区域这一特性,应注重开发对初始条件敏感的预测方法;进行了工程实例验证,说明采用灰色模型(GM(1,1)、GM(1,1,ω*))、神经网络(BP)等预测方法可在小扰动临界状态得到较好的预测结果,优化后的GM模型、与BP网络相融合的预测模型的模拟精度更高。

提高电力系统小扰动稳定性的最优分岔控制策略

结合小扰动参数稳定域的概念,建议把小扰动稳定控制描述为"保证系统不可控分岔参数μ≥μref,在系统小扰动参数稳定域内寻找最优的可控参数组合以保证系统的控制代价最小"这一最优分岔控制问题;建立了最优鞍结分岔控制和最优Hopf分岔控制的数学模型,考虑了各种不等式约束,从数学上严格保证了电力系统安全性和经济性的最优控制。在New England 39节点系统中研究了一个小扰动最优鞍结分岔控制算例,实现了以励磁参考电压为控制变量的最优分岔控制策略;提出了初值预测和控制变量选择方案,实现了大系统中的最优Hopf分岔控制策略。优化控制结果表明,所提出的控制策略可以有效解决小扰动稳定控制问题。

特征值分析法在地区电网稳定分析中的应用

在"智能电网"背景下,对大电网的组成部分——地区电网进行小干扰稳定分析具有现实意义。特征值分析法是研究电力系统小干扰稳定性的一种有效方法,以河南商丘电网作为算例分析,考察实际系统运行方式对稳定性的影响,根据节点功率的变化,进行多运行方式的特征值计算。在模式分析中,根据特征值灵敏度判断发电机组对振荡模式的参与程度,以掌握电网更多的稳定性信息,为地区电网安全稳定运行提供必要指导。算例结果表明,特征值分析法能够有效地分析地区电网的小干扰稳定性,具有较好的实际应用前景。

基于断面潮流的大电网实用小扰动稳定域

基于断面潮流提出了大电网的小扰动稳定域实用模型,该模型给出了断面潮流空间的边界点搜索策略,提出了分主导模式拟合以优化稳定域边界的方法。结合华中电网阐述了实用小扰动稳定域的具体建模过程,并以其丰大运行方式下的基本运行点为例验证了实用化模型的正确性和实用性。在断面潮流空间上研究稳定域,符合电网安全监控和运行调度的习惯,实用模型在满足工程应用精度要求的同时可简化稳定域的求取。根据边界超平面方程系数可以判断出断面潮流对系统稳定性的影响趋势,为电力系统安全监控提供有效信息。

与退化Hopf分岔有关的小扰动稳定域拓扑性质

小扰动稳定域的边界是由描述电力系统的微分代数方程的3类分岔点构成的,文中通过对由Hopf分岔点构成的小扰动稳定域的研究发现:稳定域的边界并非连续光滑,它会由于边界上系统结构稳定性的破坏而出现几何形状的突然改变。表明所发现的稳定域边界性质的变化与系统中出现的退化Hopf分岔有关,并由此导致二维参数空间中同时出现2个小扰动稳定域,这2个稳定域之间的互相吸引以至最终的融合造成了稳定域边界几何形状的极不规则变化。最后在三维空间中演示了小扰动稳定域并讨论了稳定域的连通性。研究表明,深入探讨非线性动力系统中的退化Hopf分岔等更为复杂的动态行为,是揭示电力系统小扰动稳定域拓扑性质的重要途径。

小扰动稳定域边界的超平面拟合及应用

依据在同一主导振荡模式下稳定域边界保持连续光滑的特性,提出了利用超平面的形式近似表示稳定域边界的建议.算例表明,超平面拟合的误差可以满足工程应用的要求.针对由于主导振荡模式跳跃造成稳定域边界几何形状突变的现象,提出了一种分类拟合策略,提高了稳定域边界对应多个主导振荡模式时超平面拟合的精度.最后,在全国联网系统中验证了所提算法的有效性.

小扰动稳定域微分拓扑学性质初探——(二)小扰动稳定域内部空洞出现机理分析

对所发现的小扰动稳定域内部存在空洞现象进行了机理分析,力图找到这一现象出现的原因。对分岔问题进行深入分析后,发现算例系统小扰动稳定域内部空洞现象的产生是由该系统的Hopf分岔退化现象导致的,而空洞区域的破裂和最后消失则与该系统不同Hopf分岔曲线的相交有关。该研究思路和研究方法,希望能对进一步探求真实电力系统小扰动稳定域的微分拓扑学性质起到一定的启示作用。

提高电力系统大扰动稳定性的最优分岔控制策略

仿真研究了大扰动参数稳定域ΩLDSR和小扰动参数稳定域ΩSSSR的关系,提出了几个合理的假设,据此假设提出了通过收缩相应故障后小扰动参数稳定域ΩSSSR来近似等效大扰动参数稳定域ΩLDSR的方法。结合上述收缩ΩSSSR的方法,提出了基于最优分岔控制策略的电力系统大扰动稳定控制方案。对WSCC 3机9节点系统采用最优Hopf分岔控制策略,通过3个控制步实现了对发电机励磁增益的优化控制,保证了系统大扰动稳定性;对New England 39节点系统采用最优鞍结分岔控制策略,以发电机励磁参考电压为优化变量进行大扰动稳定控制,结果表明,该控制策略可以有效解决此问题。

调度方式和负荷水平对小扰动稳定域的影响

借助WSCC 3机9节点系统研究了调度方式和负荷水平变化对小扰动稳定域的影响。首先利用边界追踪算法求解了系统在特定负荷水平下的小扰动稳定域,它是由4条Hopf分岔曲线围成的封闭区域,基于计算结果讨论了调度方式改变对小扰动稳定域的影响;然后求解了系统在不同负荷水平下的小扰动稳定域,研究了负荷水平变化时小扰动稳定域扩大、缩小、直至消失的过程,并进一步讨论了负荷水平变化对小扰动稳定域的影响。研究表明,负荷水平的变化会导致系统小扰动稳定域的组成和范围发生改变,而发电机调度方式的变化则只会改变系统当前的运行点,对小扰动稳定域的构成不产生影响。