综合提升新能源高占比受端电网小干扰和暂态电压稳定性的SVG优化配置方法

由于新能源发电设备的弱支撑性,新能源高占比的受端电网的电压支撑强度难以满足系统安全稳定运行的要求。为了解决现有静止无功发生器(static var generator,SVG)配置方法未能充分提升系统小干扰电压稳定性和暂态电压稳定性的问题,提出了一种综合考虑系统小干扰电压稳定和暂态电压稳定的SVG优化配置方法。首先,在第一阶段考虑SVG投资运行总成本和系统小干扰电压稳定裕度,在第二阶段引入SVG接入对系统故障后暂态电压稳定裕度的影响。然后,利用基于组合赋权法和相对熵距离的改进理想解法得到最优配置方案。最后,应用PSDBPA对新能源高占比受端电网算例进行分析,验证了所提配置方法能充分发挥SVG对系统电压稳定的提升作用。

电力系统小干扰稳定性评估的多重谱变换方法

针对电力系统小干扰稳定性分析过程中遗漏不稳定特征值的问题,提出了一种求解大规模系统不稳定特征值的多重谱变换方法。该方法首先利用所提出的多重谱变换将全部不稳定特征值映射为主导特征值;在利用Krylov-Schur方法收敛得到全部主导特征值之后,通过逆变换得到相应的不稳定特征值;该方法还揭示了指数变换与位移逆变换以及凯莱变换之间的内在联系。相较于位移逆变换和凯莱变换,多重谱变换方法由于具有类似于指数变换的良好谱特性,从而有利于特征值收敛;同时其又避免了指数变换引起的指数矩阵与向量的乘积,从而具有更高的计算效率和计算精度。在Xingo6u和Xingo3012这两个源于巴西互联电网上的算例分析结果表明,所提出的多重谱变换方法不仅保证了不遗漏不稳定特征值,而且相较于指数变换方法,计算精度提升了约3个数量级,计算耗时减少了90%以上。

考虑右半平面极点的三相并网变换器小干扰稳定性分析

电力电子设备渗透率的不断提高使得电力系统转动惯量和阻尼水平下降,对新型电力系统安全稳定运行带来不可忽略的影响。目前并网变换器系统判稳方法常采用奈奎斯特判据和广义奈奎斯特判据,但这两种判据均适用于阻抗比中不含右半平面(right half plane, RHP)极点的场景。针对上述问题,基于考虑正负序耦合和源荷之间耦合的等效单输入单输出(single-input single-output, SISO)系统阻抗模型,提出了考虑RHP极点的三相变换器并网系统判稳方法。首先,对研究系统的RHP极点个数及奈奎斯特曲线包围点(-1, j0)的次数进行估算。然后,在奈奎斯特判据的基础上,利用SISO系统阻抗伯德图进行分析,在系统存在RHP极点的情况下对系统的稳定性进行判断。最后,基于Matlab/Simulink中搭建电磁暂态仿真模型,验证了在有无RHP极点的不同场景下,所提判稳方法均能对三相变换器并网系统的小干扰稳定性进行有效分析。

考虑铁路牵引负荷接入的电力系统小干扰稳定性分析

随着电气化铁路的飞速发展,电气化铁路牵引负荷已成为中国电力系统中最大的单体负荷,但其负荷特性对电力系统小干扰稳定性的影响尚不明晰。为此,首先建立电气化铁路牵引负荷等效数学模型,并基于此构建考虑牵引负荷接入的电力系统小干扰模型;其次利用特征值分析方法,分析牵引负荷机车速度、机车数量以及牵引负荷接入位置和占比对电力系统小干扰稳定性的影响;最后通过特征值根轨迹寻找同步发电机励磁参数的调节范围,并分析牵引负荷接入前、后和不同牵引负荷参数对电力系统励磁参数调节范围的影响。研究结果表明:牵引负荷接入后电力系统小干扰稳定性降低,系统励磁参数调节范围收缩,系统稳定裕度降低。

基于JACOBI-DAVIDSON方法的小干扰稳定性分析中关键特征值计算

提出了一种大规模电力系统小干扰稳定性分析的有效方法。应用Jacobi-Davidson方法求取系统状态矩阵的关键特征子集。该方法在搜索子空间中挑选出想要的特征值和特征向量的近似值,然后用与当前近似特征向量正交的子空间上的修正方程的解扩展搜索子空间,从而得到想要的特征值和特征向量的更好近似。算法中使用了电力系统线性化模型中的增广状态矩阵进行相应面向稀疏的计算,可准确求解修正方程,以保证算法具有渐进二次收敛速度。将提出的方法在46机系统上进行了试验,结果表明该方法灵活,稳定性好,能有效地求出系统的关键特征子集。

小干扰稳定性部分特征值分析的多重变换法

提出了一种矩阵的部分特征值分析方法——多重Ｃａｙｌｅｙ变换法，这种变换用于电力系统小干扰稳定性分析，比Ｓ矩阵变换有更好的映射特性。同时迭代法被用来计算变换后矩阵的部分按模递减的特征值。５７９阶系统的仿真结果也说明了这种方法的优越性。

风电机组接入对系统小干扰稳定性的影响研究

针对大规模风电并网后系统小干扰稳定性的变化情况,通过简单系统算例仿真,详细分析了不同风电渗透功率水平下,分别采用固定转速风电机组、双馈感应风电机组和永磁同步直驱风电机组并网对系统阻尼特性的影响,并且通过实际系统仿真算例,验证了分析结果。结合定速风机、双馈风机和直驱风机的仿真结果进行对比分析,对考虑风机并网后系统动态特性因素的风电机组选型提出了建议。

小干扰稳定性分析中按阻尼比递增的关键特征值子集计算

提出了大规模电力系统小干扰稳定性分析中计算机电振荡模态的一种有效方法。用Jacobi-Davidson方法求取系统状态矩阵按阻尼比递增的特征值子集,抓住了电力系统机电振荡分析问题的本质,避免了大量冗余特征值的计算,大大减少了计算量。另外提出了在Jacobi-Davidson方法中用Arnoldi分解构造初始正交子空间的方法,提高了该方法在迭代初期的计算效率。最后将提出的方法分别在46机和113机系统上进行了试验,结果表明利用所提方法能够有效地求出系统负阻尼和阻尼不足的所有振荡模态,适用于大规模电力系统的机电振荡分析。

特高压交直流电网的小干扰稳定性分析

分析了我国小干扰稳定仿真技术存在的主要问题,提出了解决问题的思路,包括:结合广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)的小干扰稳定性分析、中长期过程中的小干扰稳定性分析、特征值的区域自动搜索算法、特征值灵敏度研究与应用、小干扰稳定在线预决策技术等。探讨了小干扰稳定性分析软件与在线动态安全分析预警系统的接口技术,以及并行计算技术的重要性,并指出小干扰稳定性分析技术是研究和分析特高压交直流电网低频振荡问题及其稳定措施的重要手段。

大规模风力发电并网对系统小干扰稳定性的影响

以西北电网酒泉风电系统为算例,分析了不同风电机组类型、不同风电容量、不同并网位置对电力系统小干扰稳定性的影响。仿真结果表明:相比于恒速风力机模型和直驱式同步发电机模型,风电场采用双馈异步发电机模型并网对系统小干扰稳定性的影响较好;随着双馈并网有功出力的增加,系统小干扰稳定性减弱;选择合适的风电场位置可以为系统提供较好的阻尼。

采用周期轨Poincaré映射的非线性电力电子系统小干扰稳定性分析

拓扑结构切换、占空比控制方法和非线性元件均可使电力电子系统具有非线性特性,因此其小干扰稳定问题属于微分方程周期轨的稳定问题。由于状态空间平均法误差较大、难以预测分叉,而数值仿真法物理概念不清晰,因此,提出了基于梯形积分法的非线性电力电子系统周期轨稳定性分析方法。利用梯形积分法描述系统占空比方程和每阶段的非线性状态方程,由隐函数求导法和链式求导法计算周期轨Poincaré映射的雅可比(Jacobian)矩阵,提出了系统稳定裕度指标,建立了基于周期轨Poincaré映射的非线性电力电子系统小干扰稳定性分析方法。该方法能够克服小干扰稳定传统分析方法的困难,揭示非线性电力电子系统失稳的动力系统机制。仿真分析验证了算法的有效性。

双馈风电机组参数及运行状态的小干扰稳定性分析

为了提高大规模风电并网的稳定性以及风电机组对电网的适应能力,有必要研究风电机组参数及运行状态对其自身小干扰稳定性的影响。考虑风电机组运行特点,建立含风力机传动链、变桨系统和发电机的双馈风电机组小信号分析模型。基于模态分析方法,通过计算特征值和参与因子获得相应的模态;分析风力机传动链机械参数、发电机电气参数和机组运行状态对特征值的影响程度。引入参数灵敏度的概念,研究不同运行状态下特征值对不同参数的灵敏度。结果表明,机械参数对轴系模态的振荡频率影响较大,电气参数对系统模态的阻尼影响较大;系统的主导模态会随机组运行状态的改变而变化,且相同特征值对同一参数的灵敏度存在较大不同。

双馈风电机全风况条件下小干扰稳定性分析

以双馈风力发电单机无穷大系统为研究对象,建立了风力机、双馈感应发电机、变频器控制系统及桨距角控制系统的数学模型和全阶微分代数方程式,用分析系统特征值和相关因子的方法研究闭环控制系统的小干扰稳定特性。研究得到全风况运行条件下系统的特征根轨迹及相应的振荡模式和阻尼特性,给出了各振荡模式和衰减模式与相应状态变量参与度的关系,为电力系统稳定器的设计提供了一定的理论参考。

交直流混联电力系统小干扰稳定性分析综述

该文以交直流混联电力系统的小干扰稳定性为研究对象，依次梳理了十几年来国内外在该方面的研究成果；从交直流混联系统间动态交互过程的角度，分别综述了含VSC-HVDC和VSC-MTDC混联电力系统小干扰稳定性的研究内容和方法，得出目前复杂交直流混联电力系统在小干扰稳定性研究中面临的主要挑战为：1）以阻抗法为代表的传统频域分析法能够清晰地阐明简单混联系统间的动态交互过程，揭示其稳定性的内在机理，但是难以在多输入多输出特性的复杂混联电力系统中得到应用；2）由于分析方法的缺失，复杂混联电力系统小干扰稳定性分析中动态交互过程对稳定性的影响机理暂不明确。基于此，指出未来的研究方向主要有：1）继续完善单输入单输出混联电力系统的机理分析体系，充实其小干扰稳定性的内在机理；2）提出适用于多输入多输出机理分析方法，揭示复杂混联电力系统的稳定性内在机理。

考虑并网风电随机波动的电力系统小干扰概率稳定性分析

提出了一种在考虑并网风电随机波动时,进行电力系统小干扰概率稳定性计算的分析方法。根据并网风电随机波动的概率分布函数,计算其概率特征参数(阶距和半不变量),并据此计算电力系统关键特征值实部随机波动的概率特征参数(半不变量和中心距),按Gram-Charlier级数展开计算关键特征根实部随机变化量的概率分布函数,从而确定电力系统小干扰概率稳定性。该分析计算方法可以一次性确定并网风电影响下的电力系统小干扰概率稳定性。

MMC-HVDC系统在整流和逆变工作模式下的小干扰稳定性对比研究

模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)运行于整流和逆变工作模式下,交流系统参数和控制系统参数对其小干扰稳定裕度的影响有所不同。该文首先在Matlab中建立了MMC换流站、交流系统以及控制系统的详细小干扰模型,并与PSCAD/EMTDC中的电磁暂态仿真结果进行对比,验证了小干扰模型的正确性。然后,采用特征根分析法和参与因子分析法,对比研究了MMC在整流和逆变工作模式下短路比、交流系统阻抗角以及控制系统参数对系统小干扰稳定性的影响。结果表明,随着阻抗角的增大,整流运行模式时系统的稳定裕度逐渐增强,而逆变运行时稳定裕度逐渐下降;弱交流系统下,锁相环参数对逆变模式下的MMC系统小干扰稳定性影响更大;整流运行模式的MMC较逆变运行时,环流抑制控制器参数有更大的稳定可行域。该研究工作可以为MMC-HVDC工程设计和参数选择提供有价值的理论指导意义。

多重Cayley变换用于电力系统小干扰稳定性的部分特征值分析

将多重Ｃａｙｌｅｙ变换法用于电力系统小干扰稳定分析，这种变换有比Ｓ矩阵变换更好的映射特性。同时迭代法被用来计算变换后矩阵的部分按模递减的特征值。５７９阶系统的仿真结果也说明了这种方法的优越性。

应用设计模式开发小干扰稳定性分析软件包

该文从软件工程的角度介绍了可用于大型互联电力系统的小干扰稳定分析软件包的开发思想。由于基于QR算法的小干扰稳定分析软件对计算规模的限制 ,开发新的适合大规模电力系统的、可详细建模和变换不同特征根算法的软件包是电力系统计算软件发展的必然。基于面向对象 -设计模式的概念对本质结构进行分析 ,找到软件系统中的凝聚点 热点与设计模式中的模板 挂钩的对应性 ,从而在软件编制中顺利地应用了设计模式的通用原则 ,使所开发的软件包可随意变换多种不同的算法 ,其适应性较好。此外 ,从改进元件联结法 (CCM)所建立的电力系统小干扰对象模型中基金项目 :国家重点科技攻关项目资助 ( 97 312 1 11 1e)。ResearchKeyProjectoftheNationalNinth fiveYearProgramofChina( 97 312 1 11 1e) .抽象得到“多类型对象连接图”的设计模式 ,并进行了定义。使用该定义便于对不同详细程度的模型进行调用 。

电力系统小干扰稳定性研究的新进展

叙述了电力系统小干扰稳定性分析和控制方面已有的研究成果和新进展,评述了它们的机理和适用性。结合我国电力系统结构和运行特点,提出了小干扰稳定性分析和控制研究需进一步开展的工作。

基于P-Q控制模式的VSC-HVDC小干扰稳定性研究

针对目前基于电压源换流器型高压直流输电(VSC-HVDC)工程中常采用的定有功功率-定无功功率(P-Q)控制模式,建立了基于P-Q控制模式的VSC-HVDC系统的小干扰数学模型,分析了整流和逆变工作状态下交流系统强度、等值阻抗角、无功功率运行点对VSC-HVDC稳定性的影响;提出了一种综合考虑系统小干扰稳定性和电压安全运行约束的临界运行短路比(CSCR)指标,可以定量评估不同运行工况下VSCHVDC系统的安全稳定运行极限,为VSC-HVDC系统的安全稳定运行提供理论依据;最后在PSCAD/EMTDC下搭建仿真模型,验证了分析结论的正确性。