复合型FCL改善风火打捆系统暂态稳定性研究

为改善风火打捆系统的暂态稳定性,提出将具有串补功能的复合型故障限流器(Fault Current Limiter,FCL)接入到风火打捆系统中。将双馈风电机组(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)对系统的影响用等效外特性参数表示,在分析DFIG接入系统对暂态稳定的影响和复合型FCL工作原理的基础上,分析带复合型FCL的风火打捆系统的功率特性方程,通过分析在不同运行状态下复合型FCL对功率特性方程中输入阻抗、转移阻抗的影响,确定其对传输功率极限的作用,分析其提高暂态稳定性的机理。制定了故障发生前、中、后不同阶段,复合型FCL提高风火打捆系统暂态稳定性的控制策略。正常运行及故障切除后发挥复合型FCL的串补功能;故障状态下通过确定目标功率差与触发角之间的关系,通过控制限流电抗,发挥FCL限制短路电流、提高母线电压的作用,达到提高功率输送能力,改善暂态稳定性的目的。仿真分析表明机理分析和所提控制策略的有效性。

电化学储能参与电网暂态功角稳定控制研究

针对电网传统紧急控制资源的日益匮乏,利用电化学储能功率控制的快速性与双向控制能力,研究将其应用于电网暂态功角稳定控制。首先推导了计及电化学储能的双机等值模型,基于扩展等面积定则分析了储能改善电网暂态稳定裕度的原理。其次,提出了一种考虑设备保护与系统保护动作时序差异的储能电站有效工作时长计算方法,改善了紧急控制储能的工作效率。提出了计及储能的基于性能代价比多类措施协调控制策略制定方法,兼顾紧急控制的安全性与经济性,为电网暂态紧急控制提供在线辅助决策支撑。进一步提出了储能电站全景监控系统架构,为实现储能电站与电网紧急控制系统的交互提供了技术实践思路。最后西北电网实际算例验证了所提方法的有效性与合理性。研究结论可为规模化储能与高比例新能源电网第二道防线的扩展与建设提供理论参考。

基于动态虚拟电抗的虚拟同步机系统有功环电压动态补偿策略

为解决新型电力系统中的虚拟同步机(Virtual synchronous generator,VSG)在电网电压跌落时出现的功角暂态失稳和过电流问题,对采用VSG控制的并网换流器暂态控制策略进行了改进。为降低故障期间有功功率的参考值进而实现VSG的功角暂态稳定控制,根据VSG的功角特性、有功功率参考值与功角稳定性之间的关系,引入电压动态补偿,并利用相图曲线理论分析了控制策略参数选取对暂态稳定的影响。为限制故障发生瞬间和故障切除瞬间的冲击电流、保证故障期间VSG系统的暂态功角稳定、实现故障限流,提出了一种以指数形式变化的虚拟电抗模型,确定了虚拟电抗的投切参数。仿真实验结果验证了改进策略的有效性。

考虑功角稳定与暂态过电压的新能源送端电网储能系统优化配置模型

随着可再生能源装机容量在清洁低碳型电力系统建设背景下不断增加,为缓解可再生能源规模化给新能源送端系统带来的功角稳定与暂态过电压问题,保障交直流外送电网安全稳定运行,文章提出了一种考虑功角稳定与暂态过电压的新能源送端电网储能系统优化配置模型。首先,基于新能源送端系统的储能系统模型,研究储能系统接入含可再生能源的外送电网对功角稳定与暂态过电压的影响;然后,以储能系统综合成本最低、新能源功率波动平抑效果最好、新能源利用效率最大为目标,建立新能源送端电网储能系统优化配置模型,并进行求解;最后,通过实际电网情况进行仿真验证,结果表明,文章所提储能系统优化配置模型具有一定的合理性。

基于系统拓扑动态调整的短路电流抑制措施对系统暂态功角稳定性的影响研究

随着电网的发展,网架结构不断加强,交流系统短路容量逐步提高,短路电流超标问题日渐突出,需要合理控制系统的短路电流水平。基于系统拓扑动态调整的短路电流抑制措施,通过在故障期间快速动态改变系统拓扑结构达到限制短路电流的目的。该文以500kV和220kV典型接线为例,研究3/2接线与双母线接线的母线分段开关采用抑制措施后,对系统暂态功角稳定性的影响。根据理论及仿真分析得出,基于系统拓扑动态调整的短路电流抑制措施在有效减少短路电流的同时,对系统的暂态功角稳定性有一定的影响,实施中需要针对实际系统进行具体仿真分析。

电力系统暂态功角失稳与暂态电压失稳的主导性识别

暂态功角失稳和暂态电压失稳是故障后系统失稳的两种表现形式,暂态功角失稳和暂态电压失稳现象有可能同时发生,正确区分这2种失稳模式是进行紧急控制的前提。分析大规模复杂电力系统输电断面的有功功率特性,基于功率全微分方程,提取了能反映系统失稳模式的主导系统变量。在此基础上,研究不同失稳模式与主导系统变量之间的关系,进而提出一种主导失稳模式识别方法。该方法能充分考虑系统的动态特性,仅利用实测数据进行计算。该方法物理意义明确,使用简单,计算速度快。仿真结果表明,运用此方法可有效识别系统的主导失稳模式。

大规模风电集中接入对电力系统暂态功角稳定性的影响(二):影响因素分析

该文作为2篇系列文章的第2篇,重点分析双馈风机组成的大规模风电场集中接入电力系统后影响系统暂态功角稳定性的关键因素。在第1篇文章理论分析的基础上,根据扩展等面积定则,讨论了同步机出力调整、风电渗透率和风电场选址等因素起主导作用时,电力系统暂态功角稳定性的变化。然后,从暂态功角稳定的角度出发,总结出风电接入情况下指导电力系统规划和调度的一般规律。最后,通过在双机互联系统上进行的数值仿真验证所提规律的正确性。结果表明,从本质上看,各种因素的变化如果有助于减小前向机群的有功出力,则有助于提高电力系统的暂态功角稳定水平。

基于轨迹灵敏度的暂态稳定预防控制方法

预防控制对提高稳定性及维持系统安全运行有重要意义.基于电力系统角半径的概念,对角半径及其变化速度与暂态稳定性的关系进行了深入研究,在此基础上定义了一种新型暂态稳定性能指标.通过轨迹灵敏度仿真,计算稳定指标对各发电机有功输出的梯度近似值,将预防控制问题转化为以发电机有功输出为控制量的非线性规划问题.该方法易于求解,且不受元件模型的限制,适用于各种复杂失稳模式.对10机新英格兰典型电力系统的分析结果表明,该方法快速、可靠,能够在确保系统安全的前提下实现经济性最优.

基于系统同调性的PMU最优布点

从电力系统的同调性出发,优化相量测量单元(PMU)的布点,以最少数量的PMU反映系统在各种扰动下的主要动态行为。该方法利用扩展等面积准则(EEAC)稳定性理论中的主导模式概念,识别所有可能出现的暂态功角失稳模式,并据此将所有的发电机节点划分为不同的同调群。在每个群中选择一台发电机安装PMU,以捕捉关键的功角动态信息。同时,利用暂态电压稳定和暂态电压跌落可接受性的概念,识别所有可能出现暂态电压问题的相邻母线的子集。在每个子集中选择一条母线安装PMU,以捕捉关键的电压动态信息。根据该最小PMU集提供的动态信息,不但可以正确地定性判断系统的同步稳定性和电压稳定性,并可通过数据挖掘方法评估其稳定裕度。结合华东电网验证了该方法的有效性。

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。

电力系统在线暂态稳定分析方法

提出了一种电力系统在线暂态稳定分析方法。结合故障时域仿真,建立了一个2维1阶微分方程组。该微分方程组描述了相点在一维坐标轴上的运动,可用于观察电力系统的功角稳定性。在此基础上提出的功角稳定判据可以方便地判断电力系统的功角稳定性。该方法有效地简化了暂态稳定分析过程,且避免了因功角差阈值选取不当造成误判的问题。文中还研究了针对相点运动构造的能量函数,利用故障后的最小动能定义了描述故障严重程度的稳定指标。2007年华北电网的算例说明了上述方法的有效性。

电力系统微分代数模型的奇异性和暂态电压稳定

将电力系统微分代数模型的奇异性与暂态电压稳定相联系,用动态负荷模型逼近静态负荷模型,以消除原微分代数方程模型中的奇异性。在2机单负荷3节点系统和新英格兰39节点系统中构造算例,证实了系统在原奇异点附近具有暂态电压崩溃的特征,从而微分代数方程的奇异性可以作为暂态电压崩溃的一种机理解释。此外,还研究了动态负荷模型时间常数、负荷功率和负荷成分对暂态电压稳定性的影响。研究结果表明具有恒功率或恒电流负荷特性且负荷响应较快的系统在重载下易发生电压崩溃。上述结论对研究暂态电压稳定的机理、电压稳定和功角稳定的关系、电力系统微分代数方程模型的理论和仿真分析具有一定的参考价值。

电力系统不同形式紧急控制的统一分析

随着电力技术的发展,电力系统紧急控制手段变得多样化,不同形式紧急控制之间的优劣引起了人们的关注。基于扩展等面积准则理论,对不同形式的紧急控制进行了分析,揭示了不同形式紧急控制改善系统暂态功角稳定性的机理;推导了不同形式紧急控制下单机无穷大等值机功率差的详细计算公式,提出了不同形式紧急控制事先统一评价指标,根据紧急控制评价指标可以快速确定有效的控制措施。通过简单电力系统和实际大系统仿真,验证了计算方法和评价指标的准确性和有效性。

全局暂态功角测量研究及动态模拟实验

针对实时决策系统全局实时监控的需要 ,以全球定位系统 (GPS)相量测量技术为基础 ,构建了分散采集、集中控制的实时决策仿真系统硬件平台 ,提出了以实时测量系统中任意两台发电机的相对功角实现全局稳定控制的思想。各相量测量装置 (PMU)将各自量测的相量值通过高速通信网络传送到服务器上 ,从而得到全网范围的实测相对功角。通过动态模拟实验验证了系统的实时性能 ,表明在局域网下的数据采集传输分析周期小于 2 0 ms,考虑到实际通信网络和长距离传输的影响 ,可以认为总体时间周期能够控制在 3 0 ms～ 5 0 ms。

暂态功角稳定不稳定平衡点类型和临界割集数量的对应关系

电力系统暂态功角失稳模式同相关不稳定平衡点密切相关。鉴于电力系统失去暂态功角稳定时总是伴随着电力网络的某个或某些临界割集上支路角度急剧地、过大地增长,人们已经认识到电力网络中存在临界割集与系统模型中存在不稳定平衡点是等价的,并提出了用于电力系统暂态功角稳定分析的割集稳定准则。为了使人们能够放心地、正确地运用与临界割集相关的稳定准则,本文以电力系统结构保留模型为基础,从理论上推导出暂态功角稳定不稳定平衡点为i型的当且仅当事故后电力扩展网络中存在i个临界割集。利用上述结论,可以很容易地将割集稳定准则应用于多群失稳的情况,以消除原准则的保守性。

不对称短路时电抗型故障限流器对暂态稳定性的影响

针对单机对无穷大系统,提出了在输电线路不同位置发生不对称短路故障时,故障限流器(FCL)投入电抗后对暂态稳定性影响的分析方法。基于功角特性曲线分别详细分析了在单相接地短路、两相接地短路和两相短路故障下电抗型FCL对暂态稳定的影响情况。通过对接入电抗型FCL的电力系统进行不同类型故障下的暂态稳定时域仿真研究,验证了分析结论。

高风电渗透互联系统的功角暂态稳定分析与惯性综合控制

具备虚拟惯性的变速风电机组接入电网,互联系统的暂态稳定控制将因惯性可控而更加灵活。首先推导含风电的两区域互联电力系统的线性化状态方程,分析风电机组的虚拟惯性作为系统运行可控参数对暂态功角特性的影响机理。其次,针对互联系统两侧区域电网,分别提出基于惯性调节的系统功角暂态稳定控制策略,通过协调两侧子区域惯性,提高系统功角暂态稳定。最后,通过建立高风电渗透下的两区域电网的仿真模型,验证所提控制策略通过灵活调节风电惯性,可显著改善区域互联系统的功角暂态稳定性。

多送端直流紧急功率相互支援的评估指标

在多送端直流系统的某直流线路发生闭锁故障后,为提高安稳控制的效率,需优先选取支援效果好的直流参与紧急功率支援。为定量评估各非故障直流对故障直流紧急功率支援的效果,将距离故障直流整流站电气距离最近的机组和距离故障直流逆变站电气距离最近的机组定义为关键机组对并给出了关键机组对的辨识方法,由该特定机组间的相对运动表征故障直流两端交流系统的暂态稳定性。再根据故障初期"关键机组对"的相对加速能量评估直流功率支援的效果,建立了多条直流相互间紧急功率支援的归一化评估指标。指标计算表明,直流功率支援的效果与送端电气距离的远近没有直接联系,而是送端电气距离、受端电气距离以及直流本身的可用支援容量3方面综合影响的结果。实际电网仿真表明,实际支援效果的排序与指标评估结果相一致,验证了所提指标的有效性。

短路电流限制器对电力系统暂态稳定影响的研究

快速短路电流限制器（ＦＦＣＬ）是限制电力系统短路电流的有效措施之一。主要研究了一种新型的短路电流限制器在电力系统中的配置及其对电力系统暂态稳定的影响，通过试验系统的验算，得到一些有益的结论。

基于GPS的功角测量及同步相量在电力系统中的应用研究

针对GPS技术在电力系统中的广泛应用,系统介绍了现有的发电机功角直接和间接测量方法,并分析了其优缺点;具体论述了基于GPS同步测量的同步相量在电力系统状态估计,稳定控制,失步预测保护等方面的国内外应用发展情况。并指出基于同步相量的区域稳定控制理论还待进一步研究和突破。