直驱风电场单机等值模型下次/超同步振荡模式特征的准确度分析与评价

由于详细模型的复杂性,并网风电场稳定性分析通常采用单机等值模型(SEM)。然而,SEM对于并网风电场系统的小干扰稳定性分析的适用性仍然不确定。提出了从数值和趋势两方面综合评价的方法比较等值前后振荡模式特征的准确度,分析说明了SEM的充分性。通过两种常见的单机等值方法对并网风电场进行单机等值建模;研究了在永磁同步发电机(PMSG)参数以及风电场结构变化的条件下单机等值模型与全阶模型次同步振荡模式的准确度。结果表明,单机等值会降低小干扰振荡模式的准确度,不同等值方法的适用场景不同。

接入弱电网的同型机直驱风电场单机等值建模

目前直驱风电场并弱电网稳定性研究中,风电场普遍采用单机等值,然而对于单机等值的前提条件缺少相关理论支撑。该文基于解析分析提出直驱风电场单机等值的前提条件;给出直驱风电场满足单机等值的判据;基于风电场各风机参数、出力和集电线路接线完全相同的基础假设,建立直驱风电场状态空间模型;应用矩阵相似变换理论解析分析其状态矩阵的特征根和特征向量;根据判据对单机等值进行论证。进一步地,在比基础假设更加宽泛的条件下,基于蒙特卡洛法仿真研究了同型机直驱风电场单机等值建模的有效性。为单机等值建模的应用提供了一定的理论支撑。

基于等值单机非线性模型的多换流器并联直流系统暂态稳定性分析及控制参数整定方法

针对“状态变量多、阶数高”给多换流器并联直流系统暂态稳定性分析带来的困难,提出计及多换流器动态交互的等值单机非线性模型,简化大扰动稳定性分析及控制参数设计复杂度。首先,对每台换流器下垂双环控制中的所有状态变量做等效变换,建立直流系统的等值单机非线性模型;其次,基于等值单机的Takagi-Sugeno(TS)模糊模型刻画出最大估计吸引域,分析系统控制参数设计不合理导致的“小扰动稳定、大扰动失稳”问题;然后,提出基于等值单机的直流系统控制参数整定方法,通过等值单机设计推导系统中每台换流器的控制参数,降低了直流系统控制参数设计的难度,最后,RT-BOX硬件在环实验平台验证等值单机非线性模型及理论分析的准确性。

基于单机无穷大母线等值和轨迹灵敏度的暂态稳定约束最优潮流

在分析多故障暂态稳定约束最优潮流(transient stability constrained optimal power flow,TSCOPF)轨迹灵敏度法存在问题的基础上,提出基于单机无穷大母线等值和轨迹灵敏度的暂态稳定度约束最优潮流计算方法。根据单机无穷大母线等值,在暂态稳定约束最优潮流模型中引入严格的暂态稳定判据,并应用轨迹灵敏技术提高计算效率。将故障分为稳定故障、极度稳定故障、一般不稳定故障和极度不稳定故障,分别在暂态稳定约束中分别加以处理,可快速地进行故障筛选。同时,对于不稳定故障不需要寻找临界稳定轨迹,可节省大量的仿真时间。在3机、10机和20机系统上的仿真结果验证了所提出算法的有效性。

基于单机无穷大母线等值和轨迹灵敏度的暂态稳定最优励磁控制

为进一步降低电力系统暂态稳定控制代价,提出通过最优控制系统快速动态装置的设定值来保证系统在故障情况下的暂态稳定性。基于单机无穷大母线等值和轨迹灵敏度法,提出暂态稳定最优励磁控制二次规划模型,通过调整发电机电压调节器参考电压设定值来控制系统的稳定性。根据单机无穷大母线等值,在暂态稳定最优励磁控制模型中引入严格的暂态稳定判据;并借助轨迹灵敏度和稳定裕度指标提高计算效率。采用稳定裕度指标后避免寻找临界稳定轨迹,从而节省大量仿真时间。在新英格兰39节点10机系统和某省级692节点138机实际系统上的仿真结果验证了所提算法的可行性和有效性。

多机系统超低频振荡分析与等值方法

实际电力系统中多次发生的超低频频率振荡在振荡形式及机理上与低频振荡存在显著区别。在多机系统中对超低频频率振荡问题进行了分析。超低频频率振荡中,所有发电机转速同调变化,系统频率整体振荡。提出一种适用于超低频频率振荡分析的系统等值方法,将多机系统等值为单机单负荷系统进行分析,提高计算效率。各发电机原动系统的阻尼转矩相互解耦,和电磁功率中的阻尼转矩加和后共同影响系统阻尼比。研究结果可为实际系统超低频频率振荡的分析与控制提供指导。

风电场不同等值模型的仿真研究

以含笼型异步发电机组的并网风电场为例,在分析单机异步风力发电机动态模型的基础上,研究了风电场容量加权单机等值、降阶变尺度多机等值、参数变换单机等值以及改进加权单机等值模型和方法。针对风电场机组参数完全相同和不同的两种算例,利用Matlab/Simulink平台建立了风电场不同等值模型,对风速扰动和风电场出口处发生三相短路故障下的风电场动、暂态运行特性进行了比较分析,研究结果验证了等值模型的正确性和适用性。

多虚拟同步发电机并联系统功率低频振荡机理分析

虚拟同步发电机通过模拟传统同步发电机的外特性来提高新能源发电系统的惯量水平及惯性支撑能力,但虚拟同步发电机也会存在传统同步发电机的功率低频振荡问题。文中针对多虚拟同步发电机并联系统的低频振荡机理进行了研究。首先,建立了多虚拟同步发电机并联系统的单机等值模型,推导了等值模型的数学表达式。然后,建立了有功分量和无功分量刻画的低频振荡频率解析表达式,进一步对影响无功功率振荡频率的参数进行灵敏度分析,实现模型的降阶,揭示了系统参数及控制参数对振荡频率的影响规律。最后,通过仿真及实验验证了模型的有效性及理论分析的正确性。

基于不同等值机的暂态稳定分析与控制(英文)

定义了单一等值机的能量型稳定裕度。在不平衡稳定点将机组动态地分为受扰严重和受扰不严重的机组,研究比较了单机无穷大母线(one machine infinite bus,OMIB)等值机和2个等值机组的暂态稳定裕度、紧急控制算法和预防控制算法。发现单等值机组的稳定裕度、紧急控制和预防控制需要调节的机械功率和OMIB等值机完全相等。更好地理解了基于不同等值机暂态稳定的一致性以及等值机组机械功率的调节对暂态稳定的影响。通过具体的算例验证了该理论的正确性,为OMIB等值的暂态稳定分析和控制,特别是预防控制提供了理论基础。

基于风电机组转子动能的风电场一次调频功率分配优化

为了实现风电机组调频控制策略从风电机组自身运行特性到风电场层面的过渡,构建了一种基于风电机组转子动能的风电场一次调频功率分配优化模型。首先,以风电机组转子动能为基准,构建风电场单机等值模型;其次,基于单机等值模型,求解风电场参与调频期间的最优控制参数;然后计及风电机组的不同运行工况,构建风电场功率分配优化模型,求解各风电机组调频期间的功率分配系数;最后通过仿真算例验证优化模型的有效性。结果表明:该优化方法能够准确控制风电场调频期间的转子动能变化,误差均在工程应用的允许范围内,具有良好的实用性。

基于轨迹几何特征的暂态不稳定识别

提出一种基于实时测量的暂态不稳定在线识别方法,其能够用于触发某一类离散紧急控制措施。该方法通过在每一采样时刻观测等值系统故障后轨迹的几何特性,提前判别系统的稳定性,预测系统稳定性的最佳模式在每一采样时刻动态决定并刷新。与以往扩展等面积准则不同,该方法无需计算等值系统的不稳定平衡点,能够克服在静态扩展等面积法则中使用的一些假设限制。使用IEEE 50机测试系统算例证明了该方法对于识别复杂区间同步失稳问题的可靠性和有效性。

含新能源直流送端电网的电磁暂态仿真建模研究

由于机电暂态仿真无法准确反应新能源经直流送出系统的暂态特性,需要建立电磁暂态模型研究送端电网过电压的抑制策略。针对2022年我国西北某省含新能源的直流送端电网,提出了电网PSD-BPA数据到PSCAD/EMTDC模型的建立流程,并解决流程中的电网等值和电厂单机等值问题。仿真结果表明,搭建的含新能源直流送端电网模型的稳态、暂态特性均与PSD-BPA的计算结果一致,验证了提出的电网建模方法的有效性。

用于振荡稳定性分析的并网风电场动态等效模型

风电接入引发的电力系统低频振荡、次同步振荡和超同步振荡事件在全球范围内均有发生,合理有效地对风电场进行等效建模,是研究风电场并网系统中此类"振荡稳定性"问题的基础。为此,该文研究了用于振荡稳定性分析的风电场动态等效模型。首先,推导了风电场线性化模型的相似变换,将N机风电场等效为N个单机并网构成的等效子系统。然后,结合等效子系统模型的数学表示形式,分析了可对风电场进行单机等值的理论依据和成立条件;并提出一种可用于振荡分析的风电场动态等效模型。最后,通过仿真算例,验证了所提动态等效模型的有效性。结果表明,该模型可有效反映原风电场的振荡特性,且计算量小、应用简单。

求解暂态稳定约束最优潮流的混合算法

借助单机无穷大母线等值建立严格稳定判据,将轨迹灵敏度和微分进化技术结合起来求解暂态稳定约束最优潮流问题。以临界稳定功角作为暂态稳定约束功角阈值,并用预测失稳时刻修正功角阈值,提高了功角阈值的准确性和优化精度。按照单机无穷大母线等值,将故障分为稳定故障、极度稳定故障、一般不稳定故障和极度不稳定故障,将极度稳定故障从暂态稳定约束中剔除,省略相应灵敏度计算。为充分发挥改进轨迹灵敏度法的快速收敛特性和微分进化算法较强的全局搜索能力,提出将两者适当结合构造求解多故障暂态稳定约束最优潮流问题的混合算法。所提微分进化种群规模和计算量大大减小;含不稳定故障规格化稳定度的评价函数值更能综合反映种子的安全经济指标。在3机和10机试验系统上验证了所提算法的高效性和实用性。