基于暂态数据戴维南等值参数辨识的时变广义短路比计算方法

广义短路比能有效反映多馈入直流系统受端交流电网的强度,其计算通常基于直流馈入节点处受端交流电网的戴维南等值导纳矩阵,忽略了交流电网各元件动态对电网强度的影响。本文提出了一种基于暂态数据戴维南等值参数辨识的时变广义短路比计算方法,将隐含系统元件动态特性的端口节点电压与注入端口节点功率作为辨识数据,基于多端口戴维南等值模型与最小二乘法辨识受端交流电网时变导纳矩阵,进而计算出时变广义短路比,准确地反映了系统动态对受端交流电网强度的影响。最后,以单馈入直流系统算例验证了方法的精确性,以某省级电网算例验证了其实用性,分析了负荷动态特性对时变广义短路比的影响。

计及运行广义短路比的多时间尺度新能源并网调度计划模型

为了保障大规模新能源并网时电网系统的稳定运行,减少弃风、弃光,首先分析了平抑新能源并网功率波动的手段,引入了新能源以任意功率并网后能够评估交流系统电网强度的运行广义短路比。其次,给出了基于日前、日内、实时3个时间尺度新能源并网调度计划策略,建立了以运行调度成本最小、运行广义短路比最大、联合输出功率波动最低为目标函数的多时间尺度新能源并网调度计划模型。最后,以火电机组、新能源场站、储能电站和高载能负荷等所构成系统为例,仿真验证了所给策略和模型的有效性。

基于广义短路比的多馈入系统强度量化原理与方法:回顾、探讨与展望

随着直流和新能源等电力电子设备的大量接入,电力电子多馈入系统(简称多馈入系统)成为现代电力系统的一种典型形态。多馈入系统的安全稳定运行能力与其受扰后的电压响应性能密切相关,工业界常用系统电压支撑强度(简称系统强度)的概念描述由电网和设备动态构成的闭环系统的电压响应性能,用电网强度概念描述不考虑这些设备动态的等效交流电网的特性。现有研究一般认为电网强度与系统强度之间存在正相关性,并认为短路比能够描述电网强度,却并未揭示电网强度、短路比和系统强度之间的内在联系。为此,该文聚焦小扰动下的系统强度问题,从抗扰性、同步稳定性以及静态电压稳定性3个角度描述系统强度特性,回顾将多馈入系统动态解耦为多个单馈入系统动态的系统强度量化原理,阐明广义短路比指标与系统强度之间的解析关系,并揭示系统强度–电网强度–设备临界短路比三者之间的内在联系。研究表明,广义短路比反映了电网的多端口电压与电流的最大灵敏度,与短路电流无必然联系;电网广义短路比与设备临界短路比的相对值可一定程度反映多馈入系统的安全稳定裕度。进一步,给出用于量化系统强度的广义短路比集中判据和单母线视角下的分散判据,并阐明传统CIGRE多馈入短路比与广义短路比的联系和区别。最后,利用算例验证量化原理与方法的有效性。

基于广义短路比约束的光伏最大准入容量优化

光伏容量的增加会导致系统出现小干扰稳定问题,广义短路比指标可反映多光伏馈入系统的小干扰稳定性。基于此,提出了在广义短路比约束条件下,多光伏馈入交流网络中任意节点的最大准入容量优化方法。首先,建立多光伏馈入系统的小干扰稳定性分析模型;其次,以未降阶拓展阻抗矩阵的形式表达广义短路比,考虑光伏接入网络中任意节点的情况,建立基于广义短路比约束的光伏最大准入容量优化模型,并采用改进的粒子群算法进行模型的求解。最后,通过仿真验证了该方法的正确性。

多馈入直流系统广义短路比:定义与理论分析

分析了静态电压稳定和多馈入系统短路比的联系,从特征根的角度探索了一种刻画交直流系统强度和稳定性的多馈入系统广义短路比(generalized short circuit ratio,GSCR)指标,克服了传统短路比概念在多馈入下物理机理不明确及对交流系统强度刻画不准确的缺陷,实现了短路比概念在单馈入和多馈入下物理意义及数学形式上的统一。GSCR是在较弱的假定条件下定义,因此具有一般性。理论证明GSCR唯一存在且不小于最小多馈入短路比,而传统短路比仅是GSCR在附加较强假设条件后的一个特例。仿真算例表明新定义下的GSCR能更准确地描述多馈入系统受端交流电网的强度。

电力电子多馈入电力系统的广义短路比

随着新能源、无功补偿等电力电子设备的大量接入,交流系统相对变弱,分析电力电子多馈入电力系统潜在的失稳、精确度量交流系统电压支撑能力十分重要。文中首先推导了单馈入系统短路比与小干扰稳定性特征方程的显示关系式,建立了单馈入系统短路比与其小干扰稳定间的联系。其次,在一定假设条件下,证明了n馈入系统的动态可由n个独立的单馈入系统表征,从而实现多馈入系统稳定性向单馈入系统稳定性的解耦和简化。最后,提出可用于度量交流系统的强度的广义短路比概念(generalized short circuit ratio,g SCR)。所提出的广义短路比是一个与系统振荡频率无关的静态变量,但反应的是多馈入系统的小干扰稳定裕度,并且在单馈入和多馈入系统下可实现物理意义和数学形式的统一。仿真算例表明了g SCR定义的合理性和有效性。

多馈入电力系统广义短路比:多样化新能源场景

新能源经电力电子设备接入电网的规模需要适应电网强度,否则存在振荡风险,但新能源设备动态差异性以及新能源设备间的强相互作用导致准确度量电网强度存在挑战。该文从系统小干扰稳定的角度探索利用广义短路比指标度量电网强度的方法。首先,建立了多馈入电力系统的线性化模型,给出了其闭环系统特征方程。其次,基于特征值摄动理论,证明了多样化新能源馈入系统(异构系统)的主导特征轨迹可由等效同构多馈入系统的主导特征轨迹来近似这一结论。最后,将同构系统中定义的广义短路比推广到异构系统,并给出了广义短路比的两种等价定义和广义短路比临界值的计算方法。研究表明,广义短路比在同构和异构多馈入系统中的定义是一致的,其临界值可以通过构造等效的单馈入系统解析计算或者通过半实物仿真实验得到。算例验证了所提分析方法的有效性。

基于广义短路比的电力电子多馈入系统小干扰概率稳定评估

广义短路比是一种反映多电力电子设备互联和交流电网强度对系统振荡影响的静态指标,可用于量化系统的小干扰稳定裕度。新能源发电功率的随机性导致多馈入系统的小干扰稳定裕度呈现出不确定性,为此,提出一种基于广义短路比的电力电子多馈入系统小干扰概率稳定裕度评估方法。首先,将额定运行条件下的广义短路比推广到适用于一般运行条件的广义运行短路比,从而能够量度电力电子设备任意输出功率时的系统小干扰稳定裕度;其次,由于广义运行短路比在数学上对应拓展导纳矩阵的最小特征值,而拓展导纳矩阵元素中包含不确定的输出功率,因此采用矩阵概率D稳定描述系统小干扰概率稳定评估问题;同时为克服在工程实践中获取输出功率准确概率分布的困难,采用期望和方差等部分概率信息来描述系统随机性,在此基础上结合广义矩理论将矩阵概率D稳定转化为易于求解的半定规划问题。最后,通过算例说明所提评估方法的有效性。

多馈入交直流系统广义短路比的影响因素分析

多馈入交直流系统已经在我国南方电网和华东电网中普遍形成,多馈入广义短路比作为一种新型的指标能有效的评估多馈入交直流系统受端的强弱,是多馈入直流系统规划中的一种重要的参考指标,研究基于多馈入广义短路比的定义分析了直流落点间的联络阻抗、受端交流系统的等值自阻抗、直流功率等因素对多馈入广义短路比的影响及变化规律,所得的结论对于多馈入交流系统的规划及运行具有理论的指导意义,最后通过以在CIGRE标准测试系统的基础上扩展得到的两馈入系统为例,验证了理论推导所得结论的正确性。

直流多馈入系统的广义短路比:影响因素分析

在一定假设条件下,广义短路比可以较好地度量直流多馈入系统受端交流电网的电压支撑强度,该文在此基础上探讨了弱化假设条件后广义短路比的适用性问题。首先基于功率分岔,分析了定功率–定熄弧角和定电流–定熄弧角直流控制方式下直流多馈入系统广义短路比的适用性。研究表明,基于定功率–定熄弧角和定电流–定熄弧角的广义短路比推导本质上是统一的;临界和边界广义短路比指标适用于两种直流控制方式下的直流多馈入系统。此外,该文还分析了线路阻抗及直流落点间交流联络功率对广义短路比临界和边界值的影响,算例结果表明线路阻抗角及直流落点间交流联络功率对临界和边界广义短路比的影响较小。

基于广义短路比的光伏多馈入系统容量优化方法

广义短路比可用于描述电力电子多馈入系统小干扰稳定性,基于此指标研究了光伏发电(或场)多点馈入电网的总容量一定时,各点接入容量优化分配的问题,使光伏多馈入系统的小干扰稳定裕度最大。首先,建立了光伏多馈入系统的小干扰稳定分析模型;其次,利用广义短路比关于各馈入点光伏接入容量的灵敏度,提出了光伏多馈入系统的并网点容量优化方法;最后,以光伏三馈入系统为例,验证所提容量优化方法的可行性和有效性。仿真结果表明,合理分配多点接入时光伏的并网容量,能够有效提高系统的广义短路比和小干扰稳定裕度。

基于广义短路比的多馈入直流系统受端电网结构优化方法

大规模直流多点馈入导致受端交流系统电压支撑能力相对变弱,电压稳定问题突出。因此亟须提升受端交流系统强度,但这在加强交流系统电气联系的同时也加剧了短路电流水平。受端交流系统的结构同时影响系统强度和短路电流水平,优化系统结构有助于协调系统强度与短路电流水平之间的矛盾。基于广义短路比的灵敏度分析和支路追加法,文中提出了一种电网结构优化方法。首先,分析了广义短路比和短路电流水平之间的变化关系;其次,研究了交流系统结构调整对上述2项指标的影响,分析了协调2项指标后的系统结构调整综合效益;最后,对不同直流落点进行分类,给出相应的受端交流系统结构优化调整策略。仿真算例验证了所提策略的可行性和有效性。

直流多馈入系统有效广义短路比

在一定假设条件下,广义短路比指标能够较好地描述直流多馈入系统受端交流电网的强度,在此基础上分析了无功补偿电容对于广义短路比的影响,为了消除此影响,提出了一种考虑无功补偿的有效广义短路比指标,克服了广义短路比推导过程中需假设直流消耗无功近似完全补偿,无功补偿容量与直流额定容量成比例的缺陷。理论分析和仿真算例均表明,新定义下的有效广义短路比指标更具普适性,能更准确地描述考虑无功补偿电容的直流多馈入系统受端交流电网的强度。

低惯量交流系统并网变流器次/超同步振荡分析

低惯量电力系统中跟网型变流器可能会与同步机转子动态产生交互,给系统稳定性分析引入新的问题,仅靠跟网型设备动态和短路比衡量交流系统强度不再准确。为此,该文综合分析系统惯量和短路比对跟网型变流器小干扰同步稳定的影响,提出适用于分析低惯量系统中并网变流器稳定性的方法,所提方法计算量低、物理意义明确。首先,推导变流器和同步机混联系统的闭环模型,并提取出能表征低惯量动态的相互作用系数矩阵,定性分析两类设备间的交互关系。其次,基于模态摄动理论,将原多机系统解耦为稳定性等效的子系统。然后,选取适用于分析小干扰同步稳定问题的相位主导回路,根据该回路提出综合考虑惯量和短路比的稳定性分析方法。最后,基于仿真算例验证了所提低惯量系统中并网变流器小干扰同步稳定性分析方法的有效性。

基于中频段无源性指数的电网强度分析方法

大规模新能源设备接入电网后形成多馈入系统,其稳定性可以从电网强度视角进行量化。该文从广义奈奎斯特曲线几何角度深入分析广义短路比在强异构多馈入系统中锁相环主导振荡问题中的影响机理,提出基于新能源设备中频段无源性指数的电网强度分析方法。研究结果表明:针对锁相环主导的振荡问题,当多馈入系统的广义短路比大于系统内新能源设备扫频在中频段的无源性指数时,便可保证系统稳定。仿真结果表明所提判据有效,此外,所提判据仅使用开环系统数据以及系统广义短路比,可由新能源场站与电网侧分散实施,具有良好的实用性。

计及并网强度最大化的新能源集群出力优化研究

随着柔性负荷接入电网的比例不断增多和新能源逐渐向集群化并网发展,如何在柔性负荷剧烈波动和保障电网强度的条件下优化调度新能源集群并网出力,已成为迫切需要解决的问题。文章首先从系统架构、集群化并网特点和短路容量计算方面对新能源集群并网进行了分析,在此基础上给出了新能源集群并网点短路比、广义短路比、运行广义短路比的计算方法;其次分析了近年来激增的柔性负荷分类及特点,研究了柔性负荷接入下的运行广义短路比;最后研究了柔性负荷波动下,以运行广义短路比最大为目标的新能源集群并网出力优化调度方案,并通过算例与传统等比例原则调度方案进行了对比。结果表明,所给方案能够在满足电网功率波动的情况下,保障新能源集群并网强度,实现新能源出力优化分配。

新能源基地柔性直流送出系统小扰动电压支撑强度评估

系统电压支撑强度(简称系统强度)常用于描述系统电压响应性能和量化安全稳定水平,其中基于短路比的强度量化指标在描述新能源送出极限时具有简单直观的特点。然而,现有基于短路比的分析基础是以同步机提供短路容量或电压支撑为前提,难以适用于无同步机支撑的新能源基地柔性直流送出系统。为此,该文从小扰动角度探讨新能源基地柔性直流送出系统的强度评估问题,首先推导了该系统中多端口电流对母线电压的灵敏度传递函数矩阵,阐述了受扰后母线电压响应与系统静态电压稳定/小扰动同步稳定的定性关系;然后,基于送端柔直电压源等值思路,并结合新能源设备临界短路比提出了源-网分离的系统强度评估方法,将广义短路比推广应用到全电力电子系统,所提出的方法能快速分析在系统运行点处的静态电压稳定/小扰动同步稳定裕度,确定系统强度的薄弱环节以及系统强度提升的优化路径;最后,多风电场经柔性直流送出系统算例验证了评估方法的有效性。

考虑小干扰同步稳定约束的电网新能源承载能力评估方法

随着新能源渗透率的增加,电网电压支撑强度逐渐变低,锁相环主导的小干扰同步稳定问题逐渐成为制约电网新能源承载能力的主要因素之一。然而,高比例新能源电力系统表现为设备类型多、动态模型维数高和新能源设备内部参数未知等特点,导致考虑小干扰同步稳定约束的电网新能源承载能力评估十分困难。为此,首先,将小干扰同步稳定约束转化为广义短路比约束,构建考虑小干扰同步稳定约束的电网新能源承载能力评估模型;其次,将所构建的优化模型等价转换为具有凸性质和网络结构保持的半定规划模型,确保能够求得最优的新能源落点和容量分配。所提新能源承载能力评估方法避免了对系统动态详细建模,大大简化了所关注优化问题的复杂度,适用于大规模新能源并网场景、新能源“黑箱”模型场景以及跟网型和构网型混联的新能源并网场景。最后,仿真算例验证了所提电网新能源承载能力评估方法的有效性。

电网强度视角下的新能源电力系统鲁棒稳定分析

电网强度对以新能源主体的新型电力系统稳定性至关重要,然而,新能源电力电子设备的动态外特性难以详细建模,亟需从理论层面回答电网强度与系统鲁棒稳定之间的关系问题。该文研究异构新能源多馈入系统的电网强度作用机理并提出基于广义短路比的鲁棒稳定判据。首先,考虑设备导纳(阻抗)矩阵可能包含右半平面(right half plane,RHP)零点(极点),分析了单馈入系统短路比与系统互补灵敏度峰值之间的联系。其次,将异构多机系统小干扰模型分为同构多机系统(标称系统)及其乘性不确定性(摄动)的组合,对系统鲁棒稳定判据解耦和简化,所得结果表明最弱单馈入系统的互补灵敏度与最大单机摄动决定多机系统鲁棒稳定性。据此提出基于广义短路比的鲁棒稳定判据,即异构系统的鲁棒稳定性由标称同构系统的广义短路比与互补灵敏度峰值共同决定。最后,仿真算例说明所提方法的有效性。

考虑光伏无功补偿的多馈入直流受端电网强度分析

具有多馈入直流外受电和新能源集中并网的受端电网稳定运行需要交流系统提供足够的电压支撑强度。有必要研究如何准确量化受端电网强度。文中考虑定性分析和定量评估2个方面,从广义短路比及其临界值变化的角度研究了光伏电站接入对受端电网静态电压稳定裕度的影响。首先,建立系统的准稳态模型,利用光伏电站接入对交流网络雅可比矩阵主导特征值的灵敏度,定性分析了不同控制方式下光伏电站对系统静态电压稳定性的影响;其次,基于模态摄动,给出考虑光伏电站接入后的广义短路比及其临界值的计算方法和评估流程;最后,通过量化光伏电站无功补偿对系统强度的影响,给出光伏电站电压-无功功率下垂控制系数的选择方法。仿真结果验证了所提方法的可行性和有效性。