Coupling Characteristics of DFIG-based WT Considering Reactive Power Control and Its Impact on Phase/Amplitude Transient Stability in a Rotor Speed Control Timescale

The transient stability issues caused by doubly fed induction generator(DFIG)-based wind turbines(WTs)are receiving increasing attention.The q-axis reactive power control(QCtrl),as an essential part of DFIG-based WTs,has a significant impact on its transient response.In this paper,the impact of QCtrl on the phase/amplitude transient stability of a DFIGbased WT-dominated system is analyzed from the perspective of internal voltage amplitude-phase coupling characteristics.First,an amplitude/phase dynamic model of a DFIG-based WT in rotor speed control timescale(in seconds,corresponding to traditional electromechanical timescale)is developed.Then,in comparison with familiar synchronous generators(SGs),an inherently amplitude-phase characteristic of internal voltage for a DFIG-based WT is identified.Next,taking the DFIG-based WTdominated system as an example,the impact of QCtrl on system transient stability via the internal coupling paths is analyzed.A novel phase-amplitude coupling instability mechanism is found,which is different from that in a traditional SG-dominated system.Finally,the effects of different QCtrl strategies on transient stability are discussed.

Fuzzy Based Intelligent Monitoring of Critical Lines in the Restructured Power Market

Restructured electric market environment allows the power wheeling transactions between the power producers and customers to meet the growing load demand. This will lead to the possible of congestion in the transmission lines. The possible contingencies of power components further worsen the scenario. This paper describes the methodology for the identification of critical transmission line by computing the real power and reactive power performance indices. It also demonstrates the importance of fuzzy logic technique used to rank the transmission lines according to the severity and demonstrated on IEEE-30 bus system.

地磁感应电流作用下三相五柱变压器无功功率定量分析

无功功率作为电力系统运行重要指标,其波动影响电力设备的安全稳定运行以及整个系统的电压稳定。为分析三相五柱变压器在地磁感应电流作用下的无功功率分布,根据变压器的实际参数,通过串联电阻及电压补偿的办法,建立三相五柱变压器磁场-电路耦合有限元计算模型,对不同大小地磁感应电流下的变压器无功功率进行定量分析。通过计算三相五柱空载及额定负载下无功功率的分布以及单相自耦变压器无功功率,发现随着地磁感应电流的增大,三相五柱空载及负载无功功率特性曲线均大体呈线性增加,且单相自耦变压器相较于三相五柱变压器无功曲线对于地磁感应电流更为敏感。并结合不同芯柱结构变压器的磁路特点,分析了无功差异变化的原因。研究结果可为地磁感应电流作用下三相五柱变压器稳定运行提供参考依据。

双馈风机定子侧串阻抗的阻值优化

当电网受到大扰动导致电压骤降时,双馈风机需配合硬件改造措施以实现机组的低电压穿越。针对双馈风机采用定子侧串联阻抗的低电压穿越策略中存在的阻值整定问题,首先推导了双馈风机的转子暂态电流和开路电动势表达式,再以故障期间换流器的运行限制分析其有功无功耦合特性,最后结合上述分析提出了一种基于无功最优定子侧串阻抗的阻值优化方法。通过转子暂态电流约束和转子开路电动势约束确定阻抗选取范围,以暂态期间最大无功出力为目标,优选串联的阻抗值。仿真结果表明,所提方法优选出的阻抗值不仅能够有效抑制双馈风机所受到的暂态冲击,还能保证机组在故障期间提供无功功率,为电网电压提供支撑,提升机组故障运行能力。

并网变流器小信号稳定性解析解

锁相环(phase-locked loop,PLL)是变流器并网同步的核心环节,现有技术通常采用基于同步坐标系的锁相环(synchronous reference frame-PLL,SRF-PLL)。由于SRF-PLL的引入,使得并网变流器模型复杂,稳定性分析困难,通常结合波特图等进行数值验证分析而难以获得解析解,更多关于稳定性的本质机理无法有效揭示。因此,提出一种基于代数运算的锁相(algebraic operation based PLL,AO-PLL)控制技术,同步速度更快,且在该锁相控制方式下,变流器模型阶次降低。基于此,给出系统稳定性的封闭解析解形式,并获得系统稳定性的充要条件,在此基础上,分析有功无功控制耦合对系统稳定性影响;揭示电流环比例控制器和积分控制器对系统稳定性的不同影响机理;解释利用短路比来刻画系统稳定裕度的内涵。此外,阐述所提AO-PLL和常规SRF-PLL之间的内在联系,以及稳定性结论在常规SRF-PLL控制下的适用性。最后通过算例验证前述理论分析的正确性。

Analysis of low voltage ride-through capability and optimal control strategy of doubly-fed wind farms under symmetrical fault

Given the“carbon neutralization and carbon peak”policy,enhancing the low voltage ride-through(LVRT)capability of wind farms has become a current demand to ensure the safe and stable operation of power systems in the context of a possible severe threat of large-scale disconnection caused by wind farms.Currently,research on the LVRT of wind farms mainly focuses on suppressing rotor current and providing reactive current support,while the impact of active current output on LVRT performance has not been thoroughly discussed.This paper studies and reveals the relation-ship between the limit of reactive current output and the depth of voltage drop during LVRT for doubly-fed induction generator(DFIG)based wind farms.Specifically,the reactive current output limit of the grid-side converter is inde-pendent of the depth of voltage drop,and its limit is the maximum current allowed by the converter,while the reac-tive current output limit of the DFIG stator is a linear function of the depth of voltage drop.An optimized scheme for allocating reactive current among the STATCOM,DFIG stator,and grid-side converter is proposed.The scheme maximizes the output of active current while satisfying the standard requirements for reactive current output.Com-pared to traditional schemes,the proposed LVRT optimization strategy can output more active power during the LVRT period,effectively suppressing the rate of rotor speed increase,and improving the LVRT performance and fault recov-ery capability of wind farms.Simulation results verify the effectiveness of the proposed scheme.

考虑STATCOM多种控制模式的无功储备优化方法

针对静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)在无功补偿以及抑制电压频繁波动等场景下的优良特性,对STATCOM的V-I输出特性进行详细分析,说明其参与电压控制的原理以及和容抗器相比具有的优越性。为了增大STATCOM的无功裕度,使之有足够的能力应对电力系统可能出现的各种扰动,提出STATCOM接入系统的各种控制模式,以及在稳态电压控制模式下的无功置换策略和远方自动电压控制(automatic voltage control,AVC)模式下的无功置换优化方法。在远方AVC模式下,以STATCOM无功置换后出力最小和容抗器动作次数最少为目标函数,将容抗器投切次数作为罚函数引入到目标函数中,并讨论罚函数系数的确定方法和合理性。结果表明,该无功置换优化模型可以满足调压的同时最大限度地提升STATCOM的无功裕度,同时可以使容抗器的动作次数最少。

基于潮流追踪的有源配电网碳排放流分析方法

分布式资源的碳排放特性差异导致配电网各节点碳排放强度存在时空差异性,为有效支撑配电网低碳分析优化以及用户侧低碳核算与交易,建立了有源配电网电碳耦合模型,基于潮流追踪对有源配电网碳排放流情况进行定量分析研究,将碳排放成本纳入配电系统经济成本中。以电力系统总经济成本最小为目标,通过IEEE 33节点算例进行仿真分析,验证了所述方法的可行性和有效性。

基于耦合特性分析的储能电力优化调度研究

针对目前独立储能电力优化调度算法存在的精度偏低、计算速度较慢的问题,基于改进麻雀搜索算法(ISSA)和Cplex求解器技术,设计了一种独立储能的双层优化调度算法。该算法在耦合特性分析技术的基础上构建了独立储能的双层优化调度模型;同时,对于传统麻雀搜索算法(SSA)中存在的缺陷与不足,通过改进麻雀位置提出了优化的更新机制。利用ISSA及Cplex求解器分别求解出上、下层模型,从而实现设计目标。算例分析结果表明,所提算法的计算精度较高且收敛速度提升了20%。ISSA-Cplex模型能够为独立储能提供科学、合理的电力调度计划策略,进而有效增加独立储能收益。

考虑时序场景的分布式电源规划及无功优化策略

针对分布式电源发电和负荷需求的时序性和不确定性问题,通过风光概率出力模型生成初始场景并对场景进行缩减,建立考虑时序性的典型日风光电源—负荷场景。以综合配电网经济性和环境效益的综合性能指标最小为目标优化模型,采用改进遗传算法对分布式电源接入位置与容量进行规划。根据无功二次精确矩选择无功补偿设备的最佳补偿位置以降低网损,并以提高电压水平为目标确定无功补偿容量。对含分布式电源的IEEE33节点配电网系统进行仿真分析,结果表明优化后的策略能提升配电网的电压质量,降低网络损耗和提高经济效益,验证了该方法的有效性与合理性。

基于复功率分布矩阵的电力系统碳流追踪方法

随着“双碳”目标的提出,电力系统降碳转型迫在眉睫,为掌握电网运行过程中碳流动情况以及电网碳分布情况,提出了一种基于复功率分布矩阵的电力系统碳流追踪方法。首先以电力系统精准潮流结果为基础,构造电力系统复功率分布矩阵,得到有损网络中发电机组所发出的功率在各个节点的分配情况;然后根据不同的发电机组类型与长期运行数据,构建火电机组碳排放模型;最后依据该模型得到的电源侧碳排放数据和碳流与潮流的换算关系,分析负荷、支路和网损三者的碳排放分布情况并基于有功-无功耦合关系对网损的碳排放进行划分,实现电力系统碳流的准确追踪。采用该碳流追踪模型在IEEE 14,IEEE 30节点系统进行测试,测试结果表明,该模型可精准计算电力系统实时的碳排放分布情况,计算各负荷、支路及网损的碳排放,明确各支路无功功率对碳排放的影响,可为用户侧碳排放责任分摊及碳减排措施制定提供指导。

SS型PT对称磁耦合无线电能传输系统特性分析

为深入分析PT对称系统的电路特性,给实际系统设计提供理论准则,基于电路理论,从系统的工作原理出发对系统进行建模,证实了PT对称系统的工作机制实质为实本征态机制,并给出了系统结构以及运行模式和系统参数之间的数学关系,为实际系统的设计提供了参数准则。在此基础上,对比分析了不同实本征态的阻抗特性及能效特性,为实际系统的工作模式选取提供了理论依据。

电力系统频率动态与功角振荡的耦合特性分析

为探究频率动态与功角振荡间的耦合特性,文中以双机系统为例推导扰动后系统稳定电网频率动态特性和功角振荡机理,基于扩展等面积准则(extended equal area criterion,EEAC)扩展至多机系统,提出了基于Pearson系数的耦合强度量化评估指标,根据频率动态特征和功角振荡特征对耦合关系进行量化。文中分析了功角振荡对频率动态特征指标的影响,量化评估了不同频率动态指标与功角振荡指标的耦合强度。理论分析和算例结果表明构建的指标体系具有合理性,电力系统的频率动态与功角振荡相互耦合,为频率和功角的优化控制措施提供了参考。

特高压直流分层接入下混联系统无功电压耦合特性分析

为了从电网结构上解决特高压直流带来的受端电压支撑能力和潮流疏散困难的问题,我国学者率先提出一种特高压直流分层接入交流电网方式,该方式下受端交直流混联系统的电气耦合更为复杂,其无功电压交互影响机理亟待深入研究。为此,文章首先以某实际工程为基础,建立了特高压直流分层接入方式下受端混联系统的等值数学模型;在改进的交流侧分层接入相互作用因子基础上,同时考虑高低端换流器耦合作用,分析了该系统无功电压的交互影响机理;最后,在PSCAD中搭建等值仿真模型,通过稳态和动态时域仿真,验证了分层接入方式下混联系统的无功电压耦合特性与交流侧和直流侧的交互影响均相关,并提出一种可判断高低端换流器同时发生换相失败可能性大小的方法。

新型直流输电系统阀侧绕组无功补偿特性分析

提出了一种新的采用新型换流变压器的直流输电系统结构,并相应分析了其拓扑结构的特点,重点论述了新型换流变压器阀侧角接三角形绕组端部引出抽头接辅助滤波兼功补装置时,其所体现出的无功补偿度对新型直流输电系统运行的影响。通过统计不同无功补偿度情形下新型换流变压器换相电抗的变化规律,得到了与之相关的换相角、极对地直流电压及换流器的无功功率特性变化曲线,并相应地分析了采用新型换流变压器的直流输电新系统受阀侧绕组无功补偿度影响的运行特性,验证了采用新型换流变压器的新系统在结构与运行性能上所具有的优越性。

调度员培训仿真系统中动态潮流的改进及完善

动态潮流技术在调度员培训仿真系统中有重要的地位。文中结合现场要求对并网时加速功率及联络线潮流的模拟、频率计算与潮流计算的交替计算顺序、发电机的无功越上限处理、负荷的电压特性等问题加以分析，并提出了解决方法。实践表明，这些问题的解决大大提高了动态潮流的准确性和鲁棒性，使之更为实用。

基于列车运行图的高速铁路动态牵引负荷建模方法

在分析动车组运行中的受力、基本运行工况和牵引控制策略的基础上,考虑功率因数在动车组牵引、惰行和制动3种运行工况下的动态特性和谐波间交互影响,建立由动态有功功率计算模型、动态无功功率计算模型和谐波耦合诺顿等效计算模型组成的单列动车组动态负荷计算模型,再结合列车运行图、线路资料中可提供的信息,给出整条高速铁路的动态牵引负荷建模方法。采用该计算方法对某高速铁路牵引供电系统的动态电能质量以及系统负荷进行评估,并校核了牵引变压器的容量。结果表明:与采用固定功率因数和非耦合谐波诺顿等效模型相比,该计算方法具有更高的精度,可为高速铁路牵引供电系统的动态电能质量评估提供准确的动车组数量、动车组位置、视在功率、谐波输出含量等实时负荷信息,可准确评估整条高速铁路有功功率、无功功率的分布以及不同供电方式下牵引变压器容量的利用情况,为制定分布式无功补偿方案、再生制动能量利用方案提供科学依据。

注入式混合有源电力滤波器的数学模型及其特性

在分析注入式混合有源电力滤波器(injection typehybrid active power filter,IHAPF)工作原理的基础上,从控制的角度提出电压型逆变器的数学模型,在此基础上建立IHAPF的数学模型,对其稳定性和谐波抑制能力进行分析,着重探讨控制器参数对IHAPF稳定性和谐波抑制能力的影响,并提出控制器参数选择方法。仿真和实验结果证明了分析的正确性。

基于功率比的带并补电抗风电送出线自适应单相重合闸策略

工程应用中,带并补电抗的风电送出线单相重合闸套用常规输电线路单相重合策略,重合前不判定故障性质,易重合失败,对所联风电场和系统造成二次冲击;现有输电线路自适应单相重合闸策略应用于风电送出线时,易受其多变运行工况的干扰。文中通过对故障相有功、无功功率比故障前后变化特性的分析,提出了一种基于功率比的带并补电抗的风电送出线自适应单相重合闸策略。理论分析及仿真验证表明,该策略能够适应风电送出线多变的工况,对送出线的故障性质做出快速、准确的判定,并且不受过渡电阻和故障位置的影响。

混合型有源电力滤波器建模与控制特性分析

针对大功率混合型有源电力滤波器(HHAPF)的控制问题,研究了HHAPF的结构与工作原理,建立了该滤波系统的控制模型方程,以此为基础进一步分析了在基于负载谐波电流来控制逆变器输出电压的控制策略下,负载谐波电流波动、电源谐波电压波动、电网阻抗波动以及电网频率波动对滤波系统控制性能的影响。所得结论可以为大功率混合型有源电力滤波器在复杂工况下的运行提供确切的指导,保障滤波系统的安全有效运行。