电力系统小信号稳定分析的面向对象建模方法

电力系统小信号稳定性分析中 ,建模是一项很重要的任务。对于大型电力系统 ,建模任务涉及上万维的矩阵。如何有效而准确地将电力系统各元件用适当的模型表示出来 ,是一项复杂任务。文中以面向对象建模理论为基础 ,比较了 2种不同的建模思路 ,并详细分析了建模的流程 ,其中元件连接法曾广泛用于大系统建模 ,而保留代数变量法则具有更高的稀疏性 ,算法也易于实现。

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。

新能源经柔性直流孤岛送出系统小信号同步稳定机理

为满足绿色低碳发展的需要,我国正大力推进大规模新能源基地的开发,大规模新能源经柔性直流孤岛送出系统受到越来越多的关注。该系统中新能源设备通常采用常见的跟网型控制,为支撑系统稳定运行,柔性直流设备需采用构网型控制。然而目前对于这样一个高比例甚至100%电力电子系统的同步稳定机理尚不完善。针对锁相环和虚拟同步环在系统同步过程中的作用,建立了跟网型新能源和构网型柔性直流设备的同步模型。然后分析了系统小信号稳定性,推导出系统保证稳定的运行区域,分别针对新能源和柔性直流设备提出了存在失稳风险的运行状态。最后在PSCAD仿真中验证所提结论。

向无源网络供电的双端柔性直流输电系统小信号稳定性分析

小信号稳定性分析是柔性直流输电系统设计、工程建设及运行的前提,针对无源网络供电的双端柔性直流输电系统小信号稳定性展开研究。首先通过同步旋转坐标系的灵活选择与转换,推导系统各环节的线性化方程,建立不受交流系统短路容量限制的全局小信号模型,并通过电磁暂态仿真与小信号模型仿真对比,验证其正确性。基于该模型,采用模态分析法对系统稳定性进行分析,并提出灵敏度分析方法,用于识别系统不稳定性的症结。通过案例分析及仿真,证明该分析方法具备良好的准确性。

基于小信号稳定性分析的含VSG微电网电能质量主动控制

为提高分布式电源电力电子变换装置的利用率,实现变流器的功率控制,提高电能质量,文中提出一种基于小信号稳定性分析的含虚拟同步发电机(VSG)微电网的电能质量主动控制策略,在原有双闭环控制器基础上,设计参数化控制器进行谐波抑制,实现控制性能指标的改进。首先,建立基于微电网拓扑的VSG小信号模型,并分析VSG控制过程的稳定性。其次,设计了基于鲁棒观测器的控制器,以电能质量性能指标跟踪误差最小为目标函数,利用优化方法对跟踪误差进行逐步最优求解。通过MATLAB/Simulink对所提控制策略进行仿真,结果表明:所提出的方法实现了变流器鲁棒控制和电能质量治理,性能改善作用明显。

限流电抗器对接入弱交流电网的VSC-HVDC系统的小信号稳定性影响分析

小信号稳定性分析对于控制器的设计及柔性直流输电系统工程的建设具有重要作用,直流侧限流电抗器对柔性直流输电系统的小信号稳定性会产生一定的影响。首先建立了接入弱交流电网的VSC系统的小信号模型,推导了VSC系统状态空间的矩阵表达式,并绘制出了不同限流电抗器时系统的根轨迹曲线,研究了主导极点在坐标系中的变化情况。研究结果表明:弱交流电网下,VSC系统的小信号稳定性随着限流电抗器的增大而降低直至失稳。最后,在PSCAD/EMTDC环境中搭建了VSC系统的仿真模型,仿真结果验证了小信号模型的正确性,同时证明了VSC系统的小信号稳定性随限流电抗器的增大而降低这一结论。

序阻抗视角下虚拟同步发电机与传统并网逆变器的稳定性对比分析

传统新能源并网逆变器接入弱电网易发生谐波振荡等交互稳定性问题。该文采用谐波线性化方法建立虚拟同步发电机的小信号序阻抗模型,对比分析虚拟同步发电机和传统并网逆变器的序阻抗特性。传统并网逆变器的序阻抗在中频段显容性且阻抗幅值较大;而虚拟同步发电机的序阻抗基本呈感性且阻抗幅值较小,与电网的阻抗特性基本一致。基于序阻抗模型和奈奎斯特稳定判据分析电网强弱、逆变器并网台数和锁相环带宽对虚拟同步发电机和传统并网逆变器并网系统稳定性的影响。稳定性分析结果表明,在弱电网下或者高渗透率新能源发电下,传统并网逆变器容易失稳,而VSG并网系统依旧可以稳定运行且无锁相环的约束。因此,从系统稳定性的角度来说,VSG比传统并网逆变器更适合应用于弱电网下或者高渗透率新能源发电中。最后,通过实验验证该文分析的正确性。

负荷虚拟同步机的宽频带dq阻抗建模及弱电网下与传统PWM整流器的稳定性对比分析

负荷虚拟同步机(load-side virtual synchronous machine,LVSM)引入转动惯量J和下垂系数Dp,为电网提供惯性和阻尼,但其在弱电网下的稳定性有待探究。考虑控制延时及采样滤波器,建立LVSM的宽频带dq阻抗模型,对比分析LVSM和传统电压型PWM整流器(voltagesource rectifier,VSR)的dq阻抗特性。LVSM的Zdd在10Hz内呈负阻性,比VSR的负阻范围窄,在10Hz以上基本呈感性。其次,基于广义奈奎斯特判据,比较研究发现它们在弱电网下都会诱发振荡:LVSM的振荡范围(40~60Hz)比VSR的振荡范围(7~200Hz)窄。且直流电压PI控制器是决定它们稳定性的关键。对LVSM而言,比例越大,积分越小,系统越稳定,且减小J和Dp可增强系统稳定性。对VSR而言,比例和积分越小,系统越稳定,且去除电压前馈可增强系统稳定性;最后,通过仿真和实验验证该文分析的正确性。

基于阻抗测量的多逆变器系统稳定性校验方法

随着接入电网的电力电子逆变器的增多,逆变器与电网交互导致的稳定性问题越来越突出。逆变器在接入电网之前有必要进行稳定性校验,以确保逆变器接入电网之后系统能安全稳定运行。为此,文中提出一种基于阻抗测量的多逆变器系统稳定性校验方法,用于多个逆变器接入电网前的稳定性校验。同时,还提出利用主动式阻抗灵敏度分析方法识别造成系统失稳的主导逆变器,为确定并网方案提供依据。应用案例研究表明所提方法适用于多逆变器系统稳定性校验分析,仿真和实验验证了所提方法的有效性。

随机激励下基于微分包含理论的电力系统低频振荡分析

可再生能源大规模、高密度的接入显著改变了电力系统静/动态特性,对系统建模、仿真、分析和控制带来了挑战。该文针对含不确定性的电力系统稳定性分析问题,引入微分包含理论,建立一种随机激励下电力系统低频振荡分析模型。针对含不确定性的电力系统稳定性问题,采用线性多胞体(polytopic linear differential inclusion,PLDI)微分方法,将包含不确定性的随机激励表征为有限个元素的凸包。基于凸包李雅谱诺夫(Lyapunov)函数法推导多胞体系统稳定判据,并给出强阻尼系统约束条件;进而,基于Hankel范数逼近法,给出一种适用于大规模柔性互联系统的低频振荡分析方法。以简单两机系统、10机39节点系统验证所提出方法及稳定判据。仿真结果表明,该文所提方法能准确地刻画随机激励下的电力系统本质。

直驱风电场中SVG电压前馈阻抗重构抑制次/超同步振荡方法

直驱风电场在中低频段内呈现负阻值容性的阻抗外特性,当接入呈感性的弱电网时会相互耦合引起次/超同步振荡,不利于新能源的稳定消纳与电网的安全运行。为抑制风电场的次/超同步振荡,提出一种直驱风电场中静止无功发生器(SVG)阻抗重构控制方法。通过在风电场中的SVG控制系统内加入带通滤波器的电压前馈控制进行阻抗重构,提高风电场并网稳定性。利用谐波线性化方法,建立含所提阻抗重构控制SVG的直驱风电场序阻抗模型。基于所建立的阻抗模型和所提出的阻抗稳定性判据,对比分析未采用SVG阻抗重构控制和所提控制方法的直驱风电场的稳定性。结果表明当采用所提控制方法时,风电场在40~100 Hz频段内呈现正阻值特性,且降低了系统的容性特性,抑制了风电场次/超同步振荡,同时可以改善风电场中因并网风电机组数量增加所带来的振荡问题。最后,通过仿真验证了所提方法对抑制风电场次/超同步振荡的有效性与正确性。

直流微电网分布式储能系统电流负荷动态分配方法

针对独立运行的直流微电网,提出了一种考虑不匹配线路阻抗和储能容量的分布式储能系统分级控制策略。通过负荷平衡级控制动态地微调虚拟阻抗,消除不匹配线路阻抗对电流负荷分配精度的影响;进而通过荷电状态(SOC)平衡级控制,各个储能单元根据其容量和SOC动态地调节电流负荷,使得SOC误差以e指数曲线下降,最终实现储能单元在充放电过程中SOC均衡。所提方法采用动态一致性算法,可实现各分布式储能单元的信息共享,提高了系统的可靠性与灵活性。通过小信号稳定性分析,讨论关键参数对系统稳定的影响。基于RTDS设计了3种实验方案,结果验证了所提方法能够使得电流负荷按储能容量合理分配,提高了系统的扩展性和通用性。

基于扰动跟踪的交直流微电网互联变流器自适应反推控制策略

为提高交直流混合微电网在发生功率波动、并离网切换、系统参数偏差等情况下的鲁棒稳定性,提出了一种基于扰动跟踪的互联变流器(ILC)自适应反推控制策略。分析了交直流混合微电网的基本拓扑结构,并考虑系统建模误差和外界扰动的影响,将ILC实际数学模型转化为带综合干扰项的理想表达式;利用实时扰动跟踪法对系统综合干扰项进行观测和补偿,基于此提出了一种ILC自适应反推控制策略,以保证ILC能实时跟踪系统的外界干扰和误差并进行抑制,增强了系统应对功率波动和参数不确定性的能力;通过小信号稳定性分析和多个算例测试验证了所提控制策略的有效性和优越性。