“双高”电力系统:一种新的稳定判据和稳定性分类探讨

随着能源变革和电力电子技术发展,高比例新能源和高比例电力电子设备(简称“双高”)在电力系统中比例增高,带来新的稳定问题。该文对“双高”电力系统的失稳影响因素和稳定判据进行深入剖析,探索“双高”电力系统的失稳机理,提出系统阻抗角稳定性分析方法。基于所提出的稳定性分析方法,从系统有功功率、无功功率平衡基本运行规则出发,构建“双高”电力系统的阻抗角稳定判据,通过搭建仿真模型验证所提稳定判据的有效性和正确性。同时,对IEEE 提出的稳定性分类进行探讨,在遵循传统稳定性分类原则基础上,基于所构建的稳定判据,尝试提出一种新的稳定性分类方法,希望有助于厘清“双高”电力系统稳定性问题,为后续系统规划、稳定性控制提供指导。

基于不同失稳判据的黄土边坡稳定性数值计算分析

安全系数是边坡稳定性评价的一项重要指标,依据不同失稳判据计算得到的安全系数存在差异,会直接影响边坡稳定性状态的评价。以万花山治沟造地工程台阶型开挖边坡为对象,运用FLAC3D有限差分软件,采用强度折减法,选择计算不收敛判据、塑性区贯通判据、位移突变判据3种失稳判据,对黄土边坡安全系数进行数值计算。对比分析3种判据所得的分析结果及优缺点表明:3种失稳判据得出的安全系数大小排序为位移突变判据>计算不收敛判据>塑性区贯通判据。计算不收敛判据使用简便,求解快速,但不能展示折减过程坡体塑性区的变化情况;塑性区贯通判据不宜单独作为边坡失稳判据,需要结合不平衡力综合评估,但可以展示坡体剪切和拉伸塑性区;位移突变判据求解过程复杂,但能真实地反映坡体位移变化导致的临界破坏状态。建议类似工程优先选用求解过程快速的计算不收敛判据,然后结合塑性区贯通情况与坡体位移变化状态对边坡稳定性进行综合评价。

多机系统锁相环振荡模式的数值域稳定判据

针对锁相环变流器多机系统的振荡问题,提出了面向多机系统锁相环振荡模式的数值域稳定判据,完善了广义Nyquist判据的可解释性。根据实际工程运行方式,通过保留变流器导纳矩阵中主导振荡的关键元素完成模型简化,进而利用矩阵数值域代替广义Nyquist判据,将多机系统的频域导纳矩阵等效为单机系统传递函数,以其Nyquist曲线不包围点(-1,0)作为多机系统稳定的充分条件。分析结果揭示了多机系统小干扰稳定性具有不同单机外特性相互折中的现象,为实用化的电网强度分析奠定了理论基础。通过特征值分析和时域仿真说明了所提方法的有效性。

基于Routh判据+主导极点法在高阶系统中的稳定性研究

构建了全向机器人在斜坡上运动的受力模型,计算出模型系统函数,分析了载重、坡度θ、惯性等干扰对系统的影响,提出采用Routh判据为该高阶系统稳定条件,用根轨迹主导极点法获得相似2阶系统,观测系统性能指标,获得最优解方案。仿真验证说明,载重K=3.25kg时,全向机器人在斜坡运动系统自校正效果较好,表明采用Routh判据+主导极点法研究高阶系统的稳定性可行有效,为后续研究变值θ扰动下更高阶系统校正提供了一定参考。

基于捕获点理论的混合驱动水下刀锋腿机器人稳定性判据

由8个推进器和6条刀锋腿混合驱动的水下机器人可在水底或水下结构物表面上行走.所提方法旨在研究这类机器人运动稳定性的评判准则,即稳定性判据.现有的稳定性判据多集中于同一机构(腿)驱动的陆地机器人,未涉及混合驱动的水下刀锋腿机器人.针对该问题,提出了基于捕获点理论的混合驱动水下刀锋腿机器人稳定性判据.首先,在建立混合驱动水下滚动倒立摆模型的基础上,利用机器人运动状态预测摆动腿和支撑腿切换瞬间机器人的动能;然后,根据推进器所能提供的推力范围,计算迫使机器人静止的捕获点变化范围,即获取捕获域;最后,根据捕获域与支撑域的空间关系,判断机器人是否稳定,并计算机器人的稳定裕度.水下实验结果表明,所提出的稳定性判据具有较好的充要性和普适性.

基于广义奈奎斯特判据的新能源多场站系统小信号稳定薄弱并网单元辨识

大量新能源并网变流器接入电网极易引发小信号失稳,严重威胁系统的安全与稳定。现有的阻抗法小信号稳定性分析基于多机等效机制,仅能给出稳定性的影响因素分析,无法识别关键的稳定薄弱并网单元。该文提出一种基于广义奈奎斯特判据(generalized Nyquist criterion,GNC)的新能源多场站系统小信号稳定薄弱并网单元辨识方法。先基于GNC的稳定性分析思路,将多个不同控制参数的新能源场站解耦成多组单场站子系统;再构建每个子系统的稳定判据,分析各子系统的小信号稳定性;最后,依据子系统的小信号稳定性,找出稳定性最薄弱的子系统。研究结果表明,相较于现有方法,该方法能更准确、快速地识别小信号稳定薄弱并网单元,为系统稳定性的提升提供针对性的指导建议。

回采巷道稳定性风险评判模型设计与系统应用

针对煤矿回采巷道潜在风险难以被量化预判的问题,筛选提取影响巷道稳定性的风险因子,通过融合算子将衍生模糊层次分析(FAHP)风险评判模型与灰色关联分析(GRA)风险评判模型融合,构建回采巷道稳定性评判FAHP-GRA双算法结构模型,并将评判结果与现场工程对比分析并加以修正,根据评判结果找出影响回采巷道稳定性的主要风险因子,提出具有针对性的风险管控措施。开发了“FAHP-GRA融合算法的回采巷道稳定性评判系统”,对鲁西煤矿3-2A07工作面、3-1116工作面回采巷道进行评判,评判结果与现场巷道监测情况具有较高的一致性,实现了回采巷道稳定性“有效评判,快速诊断,精准预防”的目的。

唐山矿0291工作面断层活化判别方法及稳定性评价

断层构造的存在破坏附近煤岩体的完整性,使得工作面在回采过程中较寻常地质回采时应力特征发生变化。为保障唐山矿0291工作面安全通过断层,考虑地应力大小与方向、断层面产状和断层力学参数等综合因素,构建了断层稳定性的判据方程,获得判据值f;当f小于0时,断层相对稳定,当f接近于0值时,该断层为临界不稳定状态。通过FLAC3D数值模拟软件建立0291工作面回采的数值模型,模拟结果表明:受采动影响,工作面超前5~30 m间应力集中现象明显,对工作面范围内断层的影响较大,应力峰值出现在工作面超前10 m位置。建立监测测点,提取工作面范围内的地应力数据,按照文中理论计算了唐山矿0291工作面内12条断层的f值,结果表明,该工作面内断层的f值均小于0,进而确定0291工作面内相对稳定,在回采过程中的活化可能较小。

直驱风电场并网系统宽频振荡小干扰稳定判据及稳定性分析

并网电力系统中多直驱风电机组(direct-driven permanent magnet synchronous generator,PMSG)风电场可能出现次同步/超同步振荡现象,为深入的研究直驱风电场并网系统的宽频振荡,文章对多PMSG风电场并网系统进行了一系列研究。首先,针对次同步振荡频率场景和超同步振荡频率场景分别建立了单台PMSG的简化数学模型。然后,结合风电场的等效降阶法求解了多PMSG风电场并网系统的特征方程,运用劳斯赫尔维兹判据得出各频率场景下并网系统中风电场的稳定性判据,从解析的角度分析了并网系统中各运行参数对系统稳定性的影响。最后,通过一个可扩展的多PMSG风电场并网系统验证了文中提出的风电场等效降阶模型下的稳定判据是可行有效的,并直观的讨论了并网系统中PMSG风电机组数量以及长线路等效电抗变化对并网系统稳定性的影响。

无人机/载机近距飞行的简化稳定性判据

无人机蜂群密集飞行和无人机空中回收都涉及到无人机/载机在近距干扰流场中的飞行稳定性问题。针对上述应用背景,采用无人机/载机干扰气动导数模型,分析近距飞行的影响因素,采用纵向运动动力学方程,推导出其简化稳定性判据,并采用典型飞行器参数进行初步分析。通过数值仿真分析,结果表明:该简化判据反映了无人机运动稳定性与气动特性、干扰流场特性的关系,可用于相关无人机在干扰流场中飞行稳定性初步分析和设计;干扰流场中的下洗效应可使无人机出现幅值收敛较慢的短周期模态运动,增加了干扰流场中实现稳定可控飞行的难度。

基于强度折减法下不同失稳判据对边坡稳定性的影响

为了充分了解不同失稳判据准则下强度折减法对分析边坡稳定性的影响,解决有关边坡失稳的问题,利用ABAQUS有限元软件平台开展了不同失稳判据准则下有限元强度折减法对分析均质土坡稳定性影响的研究。详细分析了在不同失稳判断准则下,利用强度折减法所得到的边坡安全系数之间存在差异性;并对不同失稳判据下土体强度参数的变化将对边坡稳定性所产生的影响进行了分析。研究结果显示:不同的失稳判据下利用强度折减法所得的安全系数之间存在一定的差异性,但其影响程度由土体强度参数在一定范围内的变化所决定;与此同时,土体粘聚力、内摩擦角和泊松比等参数的变化对于边坡临界状态时内部的塑性区的发展和滑动面的形状还存在一定的影响。

弱电网条件下并网逆变器控制环路稳定判据及交互作用规律分析

为分析新能源并网发电系统中弱电网与逆变器交互作用对稳定性的影响,该文从控制器带宽交叠角度出发,将表征系统闭环稳定性能的电流环开环传递函数G0表示为电网阻抗、锁相环和电流控制器3个环节相乘,进而把锁相环和电网阻抗环节组合并与电流控制器环节相比得到等效的环路比表达式,据此提出弱电网下基于奈奎斯特定理的并网逆变器控制环路稳定判据,当G0分子和分母幅值相等时,幅频曲线产生交点,易使系统闭环增益无穷大而失稳。接着,为分析3个环节间交互作用规律,该文推导得到满足控制环路稳定判据的锁相环与电流控制器带宽比n的表达式,研究发现:在不同弱电网条件下,带宽比大于n的临界值时,各环节间会产生交互作用,在波德图中主要表现为G0分子和分母幅频曲线的交叠,且电网越弱或锁相环与电流控制器带宽越接近,幅频曲线交叠面积越大,越易导致闭环增益无穷大,即系统愈易失稳;此外,当电流控制器带宽固定时,n的临界值随电网减弱在小于1和大于1之间的区间范围变化,即锁相环与电流控制器的带宽比大于或小于1都可以使得系统保持稳定。最后,通过Matlab仿真和半实物实验平台验证了该文理论分析的准确性。

基于拓展禁区判据的光伏接入牵引供电系统低频稳定性分析

在“双碳”愿景下,光伏通过铁路功率调节器接入牵引供电系统具有良好的发展前景,但光伏接入会对系统的低频稳定性产生影响。针对这一问题,首先建立了光伏-车-网耦合系统小信号阻抗模型,得到了该系统的回比矩阵;然后针对禁区判据进行拓展,提出了拓展禁区判据并给出了判据形式;最后利用拓展禁区判据分析了铁路功率调节器控制器参数等系统参数对低频稳定性的影响,并搭建MATLAB/Simulink测试模型和StarSim半实物实验平台进行了验证。结果表明,与禁区判据相比,拓展禁区判据能更准确地判断光伏-车-网耦合系统低频稳定状态,降低了一定的保守性。

考虑结构面震动劣化效应的岩质边坡块体动力稳定性评价

为解决岩质边坡块体在地震作用下的动力稳定性评价问题,基于结构面的循环剪切数值试验研究结构面的震动劣化效应,从而构建结构面震动劣化数学模型;结合坐标投影原理提出考虑结构面强度震动劣化效应的块体动力稳定性系数计算方法;基于数值分析法研究地震波波动特性对岩质边坡块体稳定性的影响,并进一步基于突变理论提出位移动力响应放大系数突变判据,最后形成一套以块体动力稳定性系数时程曲线和位移动力响应放大系数共同评价块体动力稳定性的评价体系,拓展地震作用下块体动力稳定性评价新思路。研究表明,结构面震动劣化效应不仅受循环剪切幅值、循环剪切次数及相对运动速度影响,还与起伏角度密切相关;通过算例证实了考虑结构面震动劣化的块体动力稳定性系数计算方法的准确性,所提出的以块体动力稳定性系数时程曲线和位移动力响应放大系数的共同评价体系更加安全可靠,将促进块体动力稳定性理论的发展,对边坡地质灾害的防治具有重要的科学意义和应用价值。

含复杂回路控制系统奈氏稳定判据的讨论及应用

奈奎斯特频域稳定判据是判别控制系统稳定性的常用方法。它的特点是根据开环系统频率特性曲线判定闭环系统的稳定性。含复杂回路的控制系统用不同的等效化简方法会得到不同的开环传递函数。通过讨论,证明同一系统不同开环传递函数应用奈奎斯特频域稳定判据得到的闭环稳定性的结果是相同的。因此在实际工程中,可以灵活地根据系统等效化简的原则得到其开环传递函数。应用上述结论对含间隙的机电伺服系统进行了等效化简,并对其闭环稳定性进行分析,同时分析刚度、阻尼、转动惯量对系统稳定性的影响。

基于Routh-Hurwitz判据的多电动机稳定运行的研究

基于自动控制稳定性理论 ,讨论了多电动机拖动系统稳定运行的概念 ,推出了此类系统稳定运行的条件 ,说明了电动机工作于不同状态时的稳定运行条件的应用。

自动控制原理劳斯判据的教学方法研究

劳斯判据是“自动控制原理”的重要教学内容之一。然而,绝大多数教材并没有给出劳斯判据的推导和证明过程,同时在教学过程中往往注重向学生讲解劳斯判据的使用步骤,而缺少对劳斯判据设计理念的讲解。为了提高学生对劳斯判据的理解,基于现有研究工作,对劳斯判据的设计方法、稳定性的判定原理,以及特殊情况的处理方式进行分析,使学生能够更深入理解和更容易掌握劳斯判据。

基于混合势函数的永磁同步风力发电机暂态稳定性分析

永磁同步发电机(permanent magnetic synchronous generator,PMSG)作为海上风力发电的主要设备,是风电技术的重要发展方向。然而,PMSG在运行过程中,受到大扰动干扰会导致其暂态稳定性下降。因此,针对PMSG风机大扰动下的暂态稳定性阈值难以判定的问题,本文基于混合势函数理论,建立了PMSG风机系统简化后的混合势函数模型,并推导出PMSG风机在大扰动后的暂态稳定判据。通过仿真后的网侧电流波形和网侧功率波形验证了暂态稳定判据的准确性,并调整各参数数值以分析PMSG风机暂态稳定性与风机参数、故障深度、故障时间和风速的关联性。

大长径比固体火箭发动机一阶纵向不稳定燃烧判据

为尽可能在设计阶段规避大长径比、管型内燃药柱固体火箭发动机的纵向中低频燃烧不稳定现象,基于燃烧不稳定线性理论,考虑燃烧室内的压力耦合响应、喷管阻尼、微粒阻尼对声能振幅增长率的影响,提出了一阶纵向不稳定燃烧设计判据。这一设计判据选取药柱长度、喷喉直径等参数作为设计约束来计算发动机一阶纵向燃烧稳定性的判据参数Aim,再通过工程估计等手段获得反映固体推进剂燃烧响应特性的参数k b:当Aim<k b时,即认为发动机由线性稳定转为一阶纵向线性不稳定。将这一判据应用于某小型试验发动机,计算得到的不稳定现象发生时间与试验分析所得时间误差不超过6%,验证了这一判据在大长径比固体火箭发动机燃烧稳定性预估以及发动机设计领域的适用性。

具有重新接收率的CASRC谣言传播模型稳定性分析

针对谣言传播初期个体识别谣言或对谣言不感兴趣变为理智者,但由于从众心理等原因在谣言传播后期理智者会以一定的概率变为谣言轻信者的现象,建立了轻信者-潜在传播者-传播者-理智者-轻信者(credulous-affacted-spreader-rational-credulous,CASRC)谣言传播模型。首先利用再生矩阵计算了谣言传播的基本再生数R_(0),并根据Routh-Hurwitz判据证明了R_(0)<1时谣言消亡平衡点的局部渐近稳定性,通过构造Lyapunov函数证明了R_(0)≤1时谣言消亡平衡点的全局渐近稳定性。其次利用第二加性复合矩阵的方法证明了R_(0)>1且β≤β-时谣言持久平衡点的全局渐近稳定性。最后考虑了接触率α_(1)和网络平均度k-对谣言传播的影响,通过数值模拟验证了结果。该研究能帮助政府相关部门制定抑制谣言传播的策略。