基于扩展等面积定则的含大规模风电场电力系统暂态稳定性分析

当风电大容量、集中、多点并入电网,且远离负荷区域,导致机网间联系薄弱,使得风电对电网的影响由局部问题扩展到系统稳定性问题。由于风电机组不同于常规电源的特性,使得含大规模风电场的电网暂态稳定性分析成为一个亟待解决课题。基于扩展等面积定则从理论上分析含风电场的电力系统暂态稳定性,将风电场功率等值为同步发电机的机械功率,考虑了风电场控制作用对同步发电机等值机械功率的影响,据此分析了风电场并网运行对系统暂态稳定影响的机理。最后通过仿真验证了该机理分析的有效性,扩展了等面积定则的应用范围。

基于扩展等面积定则的储能电站提高电网暂态稳定最优工作时间的研究

电池储能电站参与电网暂态稳定紧急控制过程中,电池充放电频率很高,长时间工作会缩短电池寿命。通过大量仿真发现储能电站在参与暂态稳定控制过程中实际工作时间很短,因此需要计算出储能电站最优工作时间。该文建立电池储能的机电暂态模型,通过阻尼转矩法分析储能电站提高电网暂态稳定的机理,同时阐述了其不同容量配置以及接入位置不同对暂态稳定的影响。该文提出并计算了储能电站最优工作时间,在扩展等面积法的基础上,实时在线采集发电机转子转速、功角、电磁功率和机械功率数据,通过数值积分计算出储能电站最优工作时间,在确保电网暂态稳定的前提下尽早退出运行。该理论不仅可以减少电池充放电次数,而且可以使电网在最短时间内恢复稳定。通过电力系统综合分析软件进行仿真,验证理论分析的准确性及工程实用性。

基于EEAC理论分析低频振荡

扩展等面积准则(EEAC)通过互补群惯量中心—相对运动(CCCOI-RM)变换,将多机系统受扰轨迹映射为一系列时变单机无穷大(TV-OMIB)系统的映象轨迹,并解耦各振荡模式的信息,进而可以识别主导振荡模式,并实现稳定性的量化分析。文中提出以轨迹特征根反映系统非线性对低频振荡特性的影响,以轨迹特征根对各机组机械阻尼系数的灵敏度来反映各机组的参与因子;发现按减小联络线功率的准则调整机组出力可能产生负阻尼效应;指出为抑制低频振荡,应以减小映象功角为准则来调整机组出力。分析扰动大小对系统振荡特性的影响,发现系统振荡特性在分岔点附近可能与平衡点特征根明显不同。

基于故障信息的风机并网系统暂态稳定分析方法

随着新能源的不断发展,大规模双馈风电机组接入电力系统对电网的暂态稳定性带来了较大影响。为此,提出了一种基于故障信息的风机并网系统暂态稳定分析方法,将继电保护装置提供的故障信息融合到暂态稳定判断中。首先,分析故障后双馈风电场的对外特性以及负序、零序阻抗模型;然后,推导包含故障信息的系统导纳收缩矩阵;在此基础上,利用扩展等面积定则提出一种暂态稳定裕度指标,作为系统是否发生暂态失稳的判断依据。最后,通过对含双馈风电场的3机9节点系统进行仿真,验证了所提方法的正确性和有效性。

计及虚拟惯性的风电场接入双机系统暂态稳定性研究

具备虚拟惯量的变速风电机组接入电网后,发电系统的暂态特性将因惯量可控而更加多样化.首先,基于两区域发电系统,根据双馈风机(DFIG)的暂态特性推导出风电场等值模型,理论分析双馈风机组成的大规模风电场附加虚拟惯性后对系统功角首摆的影响.其次,针对接纳风电后的两区域电网,利用扩展等面积定则分析了附加虚拟惯性的风电场接入两机系统后系统暂态功角稳定性的变化.最后,通过对风电高渗透率的四机两区域电网的仿真分析,验证该暂态稳定机理的正确性.

交直流并联电网中直流功率紧急控制影响及优化研究

直流功率紧急控制可以提高故障后系统的暂态稳定水平,广域测量系统(WAMS)的快速发展为实现大电网交直流协调控制提供了技术前提。基于扩展等面积准则(EEAC)介绍了直流功率紧急控制提高系统暂态稳定性的机理,针对交直流并联电网中直流功率紧急控制造成的送受端电网不平衡功率通过交流通道形成的反馈可能导致某些关键断面潮流加重、恶化系统失稳模式的问题,认为交流控制措施(切机、切负荷)和直流功率紧急控制措施存在协调的空间。为评价交直流协调控制效果,建立了交直流协调优化控制的数学模型,将该协调问题转换为以控制代价最小为目标的优化问题。通过实际系统的仿真算例验证了交直流协调优化的必要性。

大规模风电集中接入对电力系统暂态功角稳定性的影响(一):理论基础

该文作为2篇系列文章的第1篇,旨在从理论上分析双馈风机组成的大规模风电场集中接入对电力系统暂态功角稳定性的影响。首先,根据双馈风机的暂态特性,提出了一种适用于电力系统暂态功角稳定分析的双馈风机简化模型,并讨论了利用直流潮流计算方法研究风电接入前后系统暂态功角稳定变化趋势的合理性。其次,在双馈风机简化模型和直流潮流计算方法的基础上,利用扩展等面积定则分析了双馈风机接入两机系统后系统暂态功角稳定性的变化,提出一种判断风电接入对两机系统暂态功角稳定影响的判据。最后,在双机互联系统中进行仿真,结果表明,提出的判据具有较高的准确率。

解列后局部电网功角首摆失稳问题研究

基于EEAC理论,研究解列后局部电网功角首摆失稳问题。构建三区域互联电网,形成局部电网解列后等值模型。针对无故障解列和故障后解列两种情况,分析解列前后局部电网的等值单机无穷大母线(OMIB)系统的功角-功率特性曲线变化特点。结合解列后局部电网首摆功角稳定裕度计算,从对OMIB系统解列时刻的相对动能、解列扰动后的首摆加速面积以及最大减速面积的影响方面。分析影响首摆稳定性的因素。最后,基于电力系统安全稳定量化分析与优化决策软件FASTEST,在等值电网和实际大电网进行仿真验证。研究结论有助于采取有针对性的防控措施以提高解列后局部电网安全稳定水平。

线路故障位置对暂态稳定性的异常影响及其机理

发现稳定裕度除了随线路上的故障位置单调增加、单调减小、凸状变化外,还可能呈现凹状分布的形态。通过扩展等面积准则(EEAC)理论揭示其机理,以解析方式得到稳定裕度随故障位置凹状变化的条件,并在多机系统的仿真中验证了稳定裕度随故障位置的异常变化形式。该现象的发现和剖析不但有利于深入理解电力系统暂态稳定性的物理本质,也对工程分析提出了新的注意点。

交直流互联电网直流功率调制相关问题

研究了交直流互联电网直流功率调制相关问题,包括直流功率调制信号的选择、直流调制控制器的设计及其参数协调优化、负荷特性及低压限流单元对直流功率调制的影响等。针对大方式直流功率调制下,紧急功率支援的投、撤时间掌控问题,引入了最优时间控制理论;针对紧急功率支援的功率提升量、回降量、提升速率、回降速率、支援开始时间,引入了扩展等面积和遗传算法对以上参数进行优化,指出了有功调制有必要和无功调制相结合,最后提出了相关建议和展望。

金州区域电源送出安全稳定问题分析及稳控方案

贵州金州区域电网以电源送出为主,利用电力系统分析软件PSD-BPA对该区域电网进行了稳定计算,分析了典型链式网架结构存在的稳定问题,重点阐明了暂态稳定的影响因素,指出不同的送出通道电压水平和电厂开机组合方式对暂态稳定影响明显。利用EEAC(扩展等面积准则)理论解释了其影响机理。针对该区域电网稳定问题的特点,配置了安全稳定控制系统。仿真表明安全稳定控制措施是有效的。

基于临界割集识别的储能系统提高电网暂态稳定裕度的研究

该文提出兼顾暂态动能与势能的综合指标对网络故障进行临界割集识别,并在割集支路的母线处投入储能系统参与暂态稳定紧急控制。在扩展等面积定则基础上,建立含储能系统的双机等值模型,并推导出基于该模型的暂态能量函数,分析与传统切机切负荷控制措施相比,储能系统提高电网暂稳裕度的机理。建立储能系统机电暂态模型,通过控制临界割集支路角、母线电压并进行充放电。利用积分函数计算储能退出运行时间,减少电池充放电次数,提高储能系统运行效率。通过电力系统综合仿真软件进行仿真分析并计算不同措施下暂稳裕度指标,验证所提理论的准确性以及良好的工程实用性。

转速因素影响暂态稳定机理分析

发电机模型是影响暂态稳定仿真结果的重要因素之一,其转矩方程中转速变化的简化处理在某些情况下会对暂态稳定计算产生较大影响。通过分析比较指出扩展等面积准则(EEAC)在此问题研究中的独特优势;指出了转速因素影响暂态稳定的两种表现途径;提出依据等值两群转速与同步转速的关系将受扰系统进行分类的方法,清晰地揭示了转矩方程中转速因素影响暂态稳定性的内在机理。算例仿真验证了理论分析的正确性。

机组惯量对暂态功角稳定性影响的复杂性

随着能源转型的推进,风电及光伏发电大规模入网引起的电力系统惯量水平降低对暂态功角稳定性的影响成为业界关注的热点。从电网送、受端的视角来界别机组惯量对暂态功角稳定性的定性影响,并不符合问题的本质。文中基于扩展等面积准则(EEAC),分析互补两群等值惯量的变化对主导映象系统暂态稳定裕度的影响。由于故障场景对两群映象系统暂态潮流的不同影响,以及上述两种影响的交互作用,造成机组惯量对暂态功角稳定性影响的复杂性。通过对两机哈密顿系统的解析分析及数值仿真,讨论了其规律。

主导互补群的群内非同调性影响稳定裕度的途径

数值积分技术可以定性地分析电力系统的模型及扰动场景(统称为参量)对稳定性的影响,但既难以量化其影响程度,又无法揭示相应的机理。扩展等面积准则(EEAC)通过在高维空间中对仿真轨迹的模式解耦,及对时变单机映象系统能量演变的分析,可以量化对应案例的稳定性。在以映象转子角为横轴、以映象功率为纵轴的平面上,可以用适当的面积来量化映象系统的稳定裕度,进而揭示群内非同调性影响稳定裕度的途径及机理。据此,文中从能量的视角出发,揭示了能域中的稳定裕度及其各组分与时域中的群内非同调性之间的相关性,并通过仿真算例分别显示了群内分离型及相趋型的非同调对稳定裕度影响的复杂性。

双馈风电机组故障穿越对系统暂态稳定的影响

在风电场中占较大比例的双馈风机由于具有不同于同步发电机的运行特性,使得如今风电的大规模接入对系统的暂态稳定造成了新的影响。文章介绍了传统电力系统的扩展等面积定则;推导出能够基于扩展等面积定则进行理论分析、且可以反映故障后风电机组功率控制对系统暂态稳定性影响机理的表达式;利用DIg SILENT/Power Factory对相关算例进行数字仿真验证,为今后制订风电机组故障穿越功率控制策略奠定基础。

关于电力系统失稳判据病态研究的评述

电力系统同步稳定性的分析,必须基于系统受扰轨迹,并从中提取定性或定量的知识。扩展等面积准则(EEAC)证明,互补群映像轨迹上出现动态鞍点(DSP)是拟哈密顿系统失稳的充要条件,而该点的动能则反映了系统的不稳定程度。但是,如果映像系统在DSP附近的时变性太强,则系统在经过该点后可能重返稳定域。这种被称为病态DSP(IDSP)的现象,与Lorenz奇怪吸引子类似,都是复杂性研究中的核心问题,是在3维以下的非线性系统中观察不到的涌现(emergence)现象。IDSP符合DSP的定义,但因该映射系统的强时变性,使已经发生滑步的系统又被拉回了同步而得名。若为了减少计算量而提前终止积分,则必须同时验证对应时段内的时变性不能太强,以免将稳定算例误判为失稳。针对失稳轨迹提前终止积分的各种失稳判据,如EEAC的DSP判据、相平面轨迹的拐点判据、由加速度与速度组成的扩展相平面轨迹的切线判据等,从理论上比较了各判据的强壮性,也给出大量仿真结果进行了验证。

基于长短期记忆网络的电网同调机群快速辨识

基于长短期记忆网络(Long short-term memory,LSTM)提出了一种电网同调机群的快速辨识方法。首先针对两机振荡模型,挖掘相量平面内电压相量轨迹的分类特性,为机组的同调性辨识提供了依据;其次,基于短时响应数据,利用LSTM分别对机端电压实、虚部时序轨迹进行预测,并依据复合而成的相量轨迹判断机组的分群情况;最后,利用扩展等面积法则(Extended equal area criterion,EEAC)对上述分群情况进行验证,进而给出同调机群的最终辨识结果。IEEE-39节点系统算例验证了方法的有效性,具有较好的工程应用价值。

电力系统暂态稳定直接法综合分析方法

分析直接暂态稳定的三种方法,势能边界曲面(PEBS)方法、基于稳定域边界的主导不稳定平衡点(BCU)方法和扩展等面积准则(EEAC)方法,并比较三种方法的优缺点,提出基于这三种方法的直接暂态稳定分析的综合法。

风机故障后有功控制对系统暂态功角失稳的影响机理（英文）

规模持续增长的并网双馈风电场使暂态功角失稳现象变得更加复杂。提出了双馈风机故障后有功控制对系统暂态功角失稳的影响机理。为了维持系统故障后稳态,双馈风机故障后有功功率被要求从故障下的低水平值逐渐恢复至故障前水平值或其附近。据此,首先揭示双馈风机有功恢复控制对系统暂态功角各摆次失稳的影响。研究表明,双馈风机有功恢复控制加剧了首摆与奇数多摆的失稳可能性,同时削弱了偶数多摆的失稳可能性。通过考虑各摆次相互关系与被影响程度,进一步分析双馈风机有功恢复速率对系统暂态功角失稳的影响,并提出相应的暂态功角失稳模式。当大规模双馈风电场有功恢复速率因不同控制策略被设置为从快到慢等不同速率值时(假设在每种控制策略下恢复速率恒定),在相应顺序场景下,系统会出现3种失稳模式(其临界失稳分别为首摆失稳、奇数多摆失稳以及第2摆失稳)。最后对所提出机理进行仿真验证。