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关键词： 暂态稳定性   复杂电力系统   单机无穷大系统   三机电力系统   三相短路  

摘要： 文章运用SIMULINK搭建了单机无穷大系统和三机电力系统,观察电动机电磁功率、机械功率和转速的波形,研究了大扰动下复杂电力系统在故障切除前、切除中、切除后的暂态稳定过程。通过对单机无穷大系统与三机电力系统的暂态稳定进行仿真对比分析,表明系统的复杂程度与系统的暂态稳定性密切相关,当系统出现三相短路故障时,为了保持系统的稳定性,必须快速排除故障。

关键词： 暂态电压稳定   LLE   机端电压幅值偏差   广域测量系统  

摘要： 基于实时获取的广域测量信息,提出一种利用机端电压幅值偏差序列的最大Lyapunov指数指标(LLE)与机端电压幅值序列相结合的暂态电压稳定判别方法。基于无需系统模型的LLE计算方法,建立LLE与机端电压幅值偏差序列的数学关系,根据最大Lyapunov指数曲线运动的轨迹特征,以及机端电压幅值变化率-电压幅值偏差(V_(magcr)-ΔV_(mag))特性曲线的运动趋势,提出一种基于LLE与机端电压幅值偏差率的暂态电压稳定判据。针对多机系统,本文提出基于临界机组对的暂态电压稳定判别方法。将本文所提方法在IEEE10机39节点系统进行仿真,验证所提方法的快速性和准确性。

关键词： Dommel-Sato迭代   网络方程   离散线性系统   非线性负荷   稳定分析  

摘要： 工程上大量采用数值仿真方法分析系统运行稳定性,通过交替迭代求解微分-代数方程组来评估系统是否稳定,但解析程度低是其固有的缺点。为了弥补这一不足,利用Dommel-Sato迭代,针对不同的负荷模型,提出了一种求解网络电压封闭解的解析方法。该方法可以将暂态稳定分析数学模型中的微分方程与代数方程解耦,使得稳定问题转化为求解全微分方程组,避免了求解过程的交替迭代。在此基础上,利用网络电压的封闭解,提出了一种快速计算系统故障后短期电压的方法。通过与PSD-BPA仿真结果进行比较,表明了所提方法能快速、准确地计算系统故障后的短期电压。

关键词： 风电机组   暂态稳定性   阻尼振荡   频率响应   有功功率控制   高渗透  

摘要： 首先,建立互联系统接入变速风电机组后的动态模型,推导虚拟同步电力系统的暂态能量函数,分析表明在不同振荡阶段,惯性控制对暂态能量转换过程的影响不同;其次,提出两区域协同变惯性控制策略,改善含虚拟惯性互联系统的功角稳定性。最后,搭建风电高渗透的四机两区仿真系统,验证所提控制策略能够兼顾频率调节功能,并改善系统的动态稳定性。

关键词： PSAT   船舶电力系统   辐射形   环形   暂态稳定性  

摘要： 针对全电力船舶电力网络的特点及日益突出的暂态稳定性问题,论文从某电力船舶的实际负荷情况和运行需求出发,设计并建立了该船的辐射形和环形两种电力网络拓扑,随后应用PSAT电力系统分析软件分别对这两种电网拓扑在投切大负荷和短路故障两个过程中的暂态稳定性进行了对比分析,仿真结果表明环形网络拓扑具有更强的在故障下左右舷配合供电的能力,故其暂态稳定性优于辐射形拓扑。

关键词： 直驱式风机   暂态稳定分析   势能边界面法   主导不稳定平衡点法  

摘要： 随着风电装机容量逐年上升,在享受清洁能源带来的可持续发展理念的同时,其对电力系统暂态稳定方面带来的问题也愈加复杂。其中,直驱式风机由于其技术优势以及较低的成本,在风电并网中得到越来越广泛的应用,但随之而来需要有效的方法对其进行稳定性分析。目前对直驱式风机并网系统的暂态稳定分析多以时域仿真法为主,但是其仿真时间长的劣势使得时域法往往只能用作离线分析。与此同时,直接法由于仿真速度快、能够给出稳定裕度等优势而能够作为时域法的补充。本文建立了直驱式风机系统模型,包括风力机、永磁同步发电机、全功率背靠背换流器平均模型,并使用了相关控制策略实现风机向电网的最大功率传输。在3机和10机系统上验证了风速扰动下控制策略的有效性。其次,结合端口能量的定义,给出了含直驱式风机电力系统的能量函数。其中,风电机组等效为动态负荷,根据并网点电压及功率计算出直驱式风电机组的暂态能量,以及全系统暂态能量。经过仿真,验证了风机并网电力系统能量函数满足单调下降特性。最后,采用该能量函数,分别给出了势能边界面法、迭代势能边界面法、主导不稳定平衡点法的详细计算步骤。通过3机系统分析了网侧故障下风机渗透率对系统暂态稳定的影响,比较了各直接法的适用性。结果显示,相较于时域法结果,势能边界面法对于一般故障均有效,但是在某些情况下会出现较大误差。通过迭代后,能够有效改善冒进误差,但是对于过于保守的误差,无法进一步改善。主导不稳定平衡点法给出的结果虽有冒进,但是误差范围相对稳定。当风机渗透率逐渐升高时,主导不稳定平衡点法出现更多的冒进结果,其有效性削弱。

关键词： 光伏并网   暂态稳定   能量函数   势能界面法   迭代势能界面法   主导不稳定平衡点  

摘要： 能源结构的调整使光伏并网容量迅速增大,光伏系统缺乏转动惯量,大容量光伏并网让电力系统暂态稳定问题愈加复杂。目前暂态稳定分析方法仍以时域仿真法为主,同时也作为其他方法的基准,但其耗时长,无法给出稳定裕度等问题促进了直接法的研究。直接法主要解决两个问题:能量函数的构造和临界能量的计算。本文建立光伏并网多机系统数学模型,构造能量函数,分别应用势能界面法、迭代势能界面法和主导不稳定平衡点法分析光伏并网电力系统暂态稳定性。首先,建立光伏阵列模型、升压变换器平均模型、并网逆变器平均模型。确定最大功率点跟踪控制和并网逆变器控制策略,并在3机系统上验证了控制策略的有效性。其次,将光伏系统等效为动态负荷,在仅考虑并网点电压和功率的条件下,构造光伏系统的数值型能量函数,给出了具体的计算步骤。这样便得到了光伏并网多机电力系统结构保留模型的能量函数。然后,给出了能量函数的简化形式以及详细的推导过程,简化形式也表明了光伏系统通过并网点功率影响系统潮流变化,进而影响电力系统的暂态稳定性。仿真比较了两种形式能量函数的数值误差,验证了误差在可接受范围之内。并且给出了当发电机由经典二阶模型变为三阶模型时,能量函数的简化形式。最后,使用所建能量函数,在光伏并网3机9节点系统与10机39节点系统中验证直接法的有效性。结果显示:势能界面法与迭代势能界面法对大部分故障有效,并且迭代势能界面法可对势能界面法的冒进结果修正为保守。主导不稳定平衡点法比较了查找临界清除时间(Critical Clearing Time,CCT)时持续故障能量计算采用不同积分路径的结果,线性路径CCT比梯形路径CCT略小。相比于势能界面法与迭代势能界面法,主导不稳定平衡点法的准确性更高,并且由积分路径造成的误差在可接受范围之内。

关键词： 双馈异步风电机组   多机系统   暂态稳定性   能量函数   势能界面法  

摘要： 随着新能源发电设备大量接入电网,在电力系统规模不断增加的同时,暂态稳定问题变得愈发复杂。其中双馈异步风电机组(Doubly Fed Induction Generator,DFIG)由于其良好的性能已经成为目前广泛应用的新能源发电机组,DFIG机组的大规模并网会使电力系统原先的功率平衡方式发生改变,加之DFIG单元包含电力电子设备,其内部动态复杂,增加了稳定分析的难度,因此需要研究有效的方法来分析DFIG并网对原电力系统暂态稳定性的影响。本文首先建立了DFIG单元及其风电机组的数学模型,在此基础上定性分析了DFIG并网对于原电力系统的暂态稳定性的影响。考虑到时域仿真法在速度上的缺陷,本文尝试使用直接法,即能量函数法来分析DFIG并网系统的暂态特性。从结构保留模型能量函数的角度出发,构造了原多机电力系统的能量函数;在不考虑DFIG内部动态的前提下,将其等效为并网负荷,结合端口能量的概念,具体给出了DFIG机组能量函数的构造与详细计算过程,由此得到整个DFIG并网电力系统的复杂能量函数。上述复杂的能量函数形式经过公式推导与化简可以得到只包含同步发电机相关量的形式,大大简化了多机并网系统暂态过程中能量值的计算以及使用能量函数法分析对应系统的暂态稳定特性的过程。最后,在DFIG并网3机和10机系统中,利用本文构造的简化形式的能量函数,结合势能界面法(Potential Energy boundary method,PEBS)研究并网系统在发生网侧故障时的暂态稳定性。通过与时域仿真的结果作比较来分析PEBS法的有效性,对于PEBS法中得到的不合理的结果可以用迭代的方法进行修正,最终的结果表明本文的能量函数法在DFIG并网系统的暂态稳定分析中是一种可行且有效的方法。

关键词： 能量函数   主导不稳定平衡点   双时标   暂态稳定   时域仿真法   直接法  

摘要： 电力系统规模的不断扩大对其安全运行提出了更高的要求,暂态稳定分析作为保障电力系统安全运行的重要环节,兼顾计算分析的速度和精度是稳定分析方法研究的目标。电力系统暂态稳定分析方法主要有两类,即时域仿真法和直接法。其中,时域仿真法主要受限于计算速度,而直接法则受限于精度。电力系统的电磁暂态过程与机电暂态过程在时间尺度上有明显差异。对于双时间尺度系统而言,基于奇异摄动理论可对原系统变量进行快、慢变量划分,建立快子系统和慢子系统;在此基础上,对原系统的各个变量进行快、慢分量分解,并设立快子空间和慢子空间。本文考虑电力系统的双时标特性,以奇异摄动理论为依据,通过变量划分和分解,分别研究了时域仿真法和直接法。在时域仿真法暂态稳定分析中,通过变量分解,获得各变量的慢分量初值;在此基础上忽略快速变化的快动态,保留缓慢变化的慢动态,并不影响状态轨迹的最终趋向。实例显示,慢动态可以采取较大积分步长而不致轨迹失真,因而可以缩短积分所需时间,而精度降低并不明显,不会改变系统受扰时是否保持稳定的定性判断。在直接法暂态稳定分析中,将原系统分解为快、慢子系统,有助于寻找主导不稳定平衡点。不仅如此,经Kunder四机系统和IEEE14节点系统验证,仅靠快子系统的主导不稳定平衡点法分析而获得的CCT估计值比对双时标原系统用主导不稳定平衡点法获得的CCT估计值保守性要低,且精度提升明显。但这仅是通过实例分析获得的结果,因而不是一般性结论。算例显示,Luis单机无穷大系统的快子系统用CUEP法获得的CCT估计值是冒进的,这不符合直接法暂态稳定分析的要求,因此需要在快子系统CUEP法的基础上做出改进。本文对该算例的研究显示,基于计算奇异摄动理论,将慢变量E’分解为慢分量和快分量,在快子系统中固定其慢分量,忽略其快分量,则直接法稳定分析结果的保守性将显著降低。

关键词： 暂态稳定分析   紧急控制策略   继电保护装置   故障信息   潮流转移过负荷  

摘要： 我国电网已经成为世界上规模最大,电压等级最高的全国互联大电网,电网的动态特性和运行方式更加复杂多变,系统安全稳定运行所面临的挑战更加严峻。为预防大停电事故的发生,我国电网构建了安全稳定的三道防线,其中继电保护装置为第一道防线,负责快速切除故障元件,防止故障扩大;切机、切负荷等稳定控制措施为第二道防线,目的是防止系统失去稳定。然而,就电网目前运行现状而言,故障发生后第二道防线从继电保护装置处接收的信息仅包含故障元件及断路器开、合闸等有限信息,通过将这些有限信息与离线生成的事故预案相比对来判断系统当前稳定状态,第一、二道防线实际上仍处于各司其职的割裂状态。而随着继电保护技术的发展,现有的继电保护装置已经具备把故障时间、故障位置、故障类型、接地电阻以及过负荷程度等重要故障信息告知第二道防线的能力。如能将这些丰富故障信息及时传递给控制中心并由后者实现有效合理利用,使一、二道防线之间的关系由传统的“事态驱动”转变为“信息驱动”,将有利于减少计算误差,实现更加精准的稳定分析以及更加高效的控制决策,从而进一步提升电力系统的安全稳定运行水平。本文结合继电保护装置所能提供的故障信息,在电力系统暂态稳定分析方法、暂态稳定紧急控制策略以及潮流转移过负荷紧急控制策略三个方面进行了理论分析和研究,取得了如下研究成果:(1)提出了一种基于故障全景信息的暂态稳定分析方法。首先对影响系统暂态稳定的故障因素进行了分析,构建了以故障时间、故障位置、故障类型及接地电阻等信息为要素的故障全景信息,然后通过两次收缩系统导纳矩阵将故障全景信息融合到最终导纳阵中,从理论上推导了故障全景信息对发电机电磁功率的影响,在此基础上利用扩展等面积法形成不同故障场景下系统暂态稳定裕度的三维曲面,通过提取该曲面与零裕度平面的交线得到了系统的暂态稳定边界。最后,分别利用IEEE 3机系统和新英格兰10机系统进行了仿真验证,结果表明所提方法有利于提高系统在不同故障场景下暂态稳定判断的准确度。(2)提出了一种基于故障电流分布系数的多机系统暂态稳定裕度评估方法。首先通过继电保护装置提供的故障位置信息得到各发电机组的故障电流分布系数,进而推导了不同故障场景下发电机电磁功率以及单机能量函数随故障电流分布系数和故障持续时间变化的解析表达式,由表达式可以直接计算单机能量函数,避免了传统方法中求取发电机转子角度及角速度时复杂的积分计算过程。最后提出了一种关键机组的判别方法,通过计算关键机组的单机稳定裕度评估系统的暂态稳定情况。仿真结果表明,本方法可以有效判定不同故障场景下系统中的关键机组,所求得的单机稳定裕度及故障极限切除时间具有较高的准确度。(3)提出了一种融合故障信息的暂态稳定切机控制策略。首先将切机后系统暂态稳定裕度表达式中与主导不稳定平衡点相关的部分提取出来,通过建立切机量与主导不稳定平衡点的修正方程,利用牛顿—拉夫逊法计算主导不稳定平衡点的变化情况,以此为基础得到不同发电机组的切机灵敏度。然后结合继电保护装置提供的故障时间、故障地点、故障类型等故障信息计算故障切除时刻系统的暂态稳定裕度。最终按所求切机灵敏度和暂态稳定裕度制定切机策略。仿真结果表明,相比于传统切机策略,本策略所求切机灵敏度及切机量更加准确。同时,策略求解步骤直接、明确,既考虑了切机控制导致的主导不稳定平衡点的变化情况,又避免了反复求取主导不稳定平衡点时繁琐的计算过程,节省了计算时间。(4)提出了一种针对潮流转移过负荷的跨电压等级紧急控制策略。首先考虑不同电压等级下电网的架构特点,建立了跨电压等级分层切机/切负荷模型。一方面针对500kV及以上电压等级系统,结合继电保护处的线路过负荷信息划分过负荷区域,以切机/切负荷总量最小为目标函数,考虑电压和频率稳定约束,利用改进粒子群算法建立优化切机/切负荷方案。另一方面,针对500kV以下电压等级系统,基于变电站之间传递的发电机和线路负荷信息,采用层次分析和模糊综合评价法制定综合代价最优的紧急控制方案,最终实现跨电压等级的分层优化紧急控制。算例表明相较于其他策略,该策略在有效消除线路过负荷的同时使计算时间大幅减少,有利于实现工程在线应用。