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关键词： 双馈异步风力发电机   低电压穿越   并网   多机系统   暂态稳定性  

摘要： 双馈异步风力发电机(doubly fed induction generator,DFIG)因其技术成熟、应用广泛,成为当今风电领域的研究热点。本文从模型的数学方程出发,对双馈异步风力发电机的单机并网系统以及三机九节点并网系统进行了建模仿真,并对两种系统在机侧风速扰动和网侧三相接地故障扰动情况下的暂态响应进行研究。首先,建立了DFIG并网系统的数学模型。对换流器的开关模型与平均模型进行数学分析,建立了通用的数学模型。其次,在Matlab/Simulink中搭建了仿真模型。对比换流器开关模型和平均值模型的稳态仿真曲线,验证采用平均模型代替开关模型的准确性。然后,采用时域仿真的方法对两种系统在扰动下的动态响应进行仿真分析。扰动主要采用机侧的风速波动和网侧的三相接地故障。对于单机系统,首先,进行了风速跌落仿真,研究系统的动态响应,实现系统的最大功率跟踪。其次,在对数学模型的分析研究基础上提出了基于转子侧串联电阻(series-dynamic-resistances,SDR)的综合低电压穿越策略(综合SDR策略),并进行网侧三相跌落故障仿真,验证系统的低电压穿越(low voltage ride through,LVRT)能力。对于并网三机九节点系统,首先,进行风速波动仿真,分析DFIG的不同的转动惯量对系统暂态响应的影响。其次,对不同的风电并网容量和不同故障点进行仿真,分析风电并网容量大小和不同故障位置对系统同步发电机间功角暂态稳定性的影响。算例结果表明,较大的风电系统转动惯量具有较强的抗风速波动能力。在三相接地故障的场景下,除25MW的风电并网的算例减小了电力系统的极限清除时间(critical clearing time,CCT)外,其余的算例均表明风电并网能够延长电力系统的CCT,延长时间与并网容量有关。在相同的并网容量情况下,故障越靠近风电并网点,系统CCT受影响越大。

关键词： 暂态电能质量   小波变换   S变换   BP神经网络  

摘要： 随着科学技术的不断进步发展,各种电力设备的不断更新换代,用电端的设备对电能质量的要求也不断地提高,同时各种整流设备、逆变设备的不断投入应用使得电力系统中不断出现各种电能质量问题。为了优化电力系统中的电能质量,保障各类用电设备的用电安全,需要对电能质量扰动信号进行检测识别与分析。因此,本文提出了一种电力系统暂态电能质量检测识别与分析的方法,应用小波变换和S变换相结合的方式来对扰动信号进行检测分析,利用BP神经网络算法对扰动信号进行分类识别。文中构建了1种正常信号和8种扰动信号的基本模型,包含正弦信号,6种单一扰动信号和2种复合扰动信号。首先,利用小波变换4层分解得到的4个高频序列和1个低频序列来检测各类扰动信号的起止时刻与持续时间参量,通过扰动信号的4层分解特征信号图可以明显观测到信号的突变点情况,从而得到对应的扰动发生起止时刻和持续时间。然后,应用S变换对各类扰动信号的特征进行检测,可以根据三维网格图、等高线图、包络线图和幅值曲线图得到扰动信号的起止时刻、幅值变化等相关信息,对含有谐波的扰动信号还可以检测出谐波成分与含量。最后,针对扰动信号的分类识别,构建了一种三层结构的BP神经网络,其输入、隐含、输出层分别为5、12、8维结构,以DB4小波4层分解所得特征量构造特征向量,将特征向量作为BP神经网络的输入进行扰动信号的分类识别分析。仿真结果表明,小波变换和S变换相结合的方法能够准确的检测出各类扰动信号的起止时刻、持续时间、幅值变化和谐波成分与含量等特征,BP神经网络算法对各类扰动信号的分类识别准确率全部都在92.5%以上。结果证明所提方法具有较高的检测与识别准确率和算法可行性,能够实现对各类扰动信号的检测与识别目标。文中含有图32幅,表7个,参考文献63篇。

关键词： 失步振荡   受扰轨迹   暂态稳定判别   轨迹相似性   同调性分析  

摘要： 现代电力系统拓扑日趋复杂,特别是在区域电网之间的电气联系大大加强,运行方式变化多样,电网的稳定特性也变得更加复杂,这对电力系统暂态稳定分析方法提出了更高要求,传统的暂态稳定分析方法难以满足在线应用的要求。随着信息化、智能化电网的建设,可用于电力系统稳定状态判定的信息来源不再单一,基于相量量测单元的广域相量测量系统可以获取系统内各节点的实时信息,改变了暂态稳定分析的方法和手段,为电力系统暂态稳定性分析提供了新的方向。电力系统电气量受扰轨迹蕴含丰富信息,对这些信息进行分析归纳,尽可能早地判断系统的暂态稳定情况。本文对如何应用多源轨迹信息进行暂态稳定性和发电机同调性进行了方法研究。广域量测信息具有全局性和实时性的特点,信息量十分巨大。为获取对电力系统暂态稳定判别具有重要意义的特征,首先将轨迹信息按信息源进行划分,可分为发电机侧获取的轨迹特征信息,和电网侧获取的轨迹特征信息。针对这些受扰电气量轨迹进行研究,明确系统暂态稳定性与对应的受扰轨迹特征之间的关系。基于对受扰轨迹特征及现有失步特征识别方法的研究,提取出适应性较好且能可靠反映电力系统稳定性的受扰轨迹特征,并将这些特征进行处理,构造出相应的暂态失稳判据。在测试系统中,研究了所选取判据的特征和适应性。为了较好利用多源轨迹信息,本文提出了一种基于综合多源轨迹信息的电力系统暂态不稳定性判别方法,利用不同轨迹失稳特征在时间序列的先后关系将多种判据联系起来,形成了基于六种电气量轨迹判据的暂态不稳定综合检测方法。其本质是结合不同判据先后给出的判别结果,形成一个先预警、后判别的综合判据。在检测系统暂态稳定性的同时,也需要对受扰动系统的发电机同调性进行分析,为受扰系统后续控制措施提供重要参考。本文提出一种无需进行系统状态矩阵计算,仅根据发电机的动态响应轨迹给出对应结果的发电机同调性分析方法。该方法在折线面积方法的基础上,以每台发电机的转速-功角轨迹为对象,使用轨迹包围面积衡量轨迹相似性,量化了发电机间轨迹相似程度,并对计算过程中时间窗口特性的影响进行分析,并使用层次聚类获取当前系统内发电机的分群情况和整体同调性的好坏,实现了基于实时轨迹的发电机同调性分析。最后,使用IEEE118节点标准测试系统对提出的方法进行仿真验证,通过仿真结果可知本文的方法在多种场景下均具有较好的可靠性,并且具有一定的实际应用价值。

关键词： 电力系统   相轨迹   凹凸性   暂态稳定性   紧急控制   切机切负荷   风电   影响因素   随机激励   泰勒展开  

摘要： 随着电力系统装机容量的不断扩大、结构愈加复杂、区域间的功率输送加重,暂态稳定性问题也面临更多的挑战。为了确保系统能够安全稳定地运行,寻求快速准确的电力系统暂态稳定评估方法尤为重要。本文围绕电力系统的暂态稳定分析及其紧急控制方案开展了以下研究工作:首先,从相平面分析理论出发,以相轨迹凹凸性与暂态稳定性的对应关系为基础,以单机无穷大(OMIB,one machine infinite bus)系统为例,分析了暂态过程中相轨迹凹凸性指标的变化特点,发现了凹凸性指标的极值大小能定量反映系统的稳定程度,由此定义了基于相平面轨迹特性的暂态稳定识别方法。并且为了提高暂稳识别的准确性,提出了与系统能量有关的补充判据。其次,提出一种提高电力系统暂态稳定性的定量切机切负荷紧急控制方法。在分析功角失稳和电压失稳之间相互影响机理的基础上,考虑电压失稳与功角失稳之间的耦合关系,分析了电压和功角改变对关键支路上功率变化的影响,并据此推导出切机切负荷比例关系式以及系统失稳的主导模式。根据相平面轨迹特征,分析计算出失稳趋势下,使系统恢复至稳定区域的最小拟切机量。根据电压下降程度得到了拟切负荷量。基于系统失稳模式与最小拟切机量、拟切负荷量的关系,综合得到多机系统的切机切负荷方案。然后,由于可再生能源大容量的接入电力系统,考虑双馈风机(DFIG)接入对系统暂态稳定的影响。将风机以负阻抗的形式接入到电力系统中;然后根据系统的潮流方程,得到两区域发电机的电磁功率特性曲线,并进一步等值为单机电磁功率;根据风电接入量和两区域同步机分配率的不同,得到两区域同步机的等值机械功率;从扩展等面积原理出发,考虑网络拓扑结构、风电接入位置、两区域发电机转动惯量比例、两区域同步机出力调整、风电接入量以及故障期间风机电磁功率出力情况对系统暂态稳定的影响。最后,由于风电接入后,其随机激励会对系统的稳定性产生影响,本文基于泰勒展开的方法研究了风电随机激励对系统影响的极限情况。

关键词： 随机电力系统   随机微分方程   EEAC   暂态稳定  

摘要： 随着新能源等分布式电源的大量并网,插电式电动汽车的渗透率不断提高等,随机性成为了电力系统的显著特性之一。以往由于随机性并不突出,暂态稳定分析多采用确定性的模型和方法,无法应用于随机系统当中。对于受到随机扰动的系统,其暂态稳定性如何变化,以及如何快速和准确的分析评估其暂态稳定性是一个新的研究课题。在随机性日益显著的今天,该课题的研究对维持电力系统安全稳定运行具有重要的前瞻意义。本文首先对计及随机扰动的电力系统稳定性研究现状和现有的暂态稳定分析方法进行了综述。其次,基于It?随机微分方程理论,分类建模了常见的随机扰动,给出了相应的数值模拟方法。建立了计及随机扰动的电力系统数学模型,提出了一种新的随机电力系统暂态稳定评估框架。通过随机微分方程的数值方法,可以得到系统的暂态稳定评估结果。然后,确定了随机电力系统暂态稳定的指标——稳定概率。基于经典的等面积法则,结合电力系统随机微分方程模型,运用It?积分推导了适用于外部随机激励下单机无穷大系统暂态稳定分析的改进EAC法;应用所提方法对单机无穷大系统的极限切除时间进行了测算,通过与时域仿真法结果的对比证明了该方法的正确性。根据随机扰动的存在区间划分成了不同情况进行了讨论和对比,着重对比了随机扰动全局存在和随机扰动只存在于故障期间两种情况下的系统稳定概率,结果差别较为明显,实际应用中需要根据故障和随机扰动的相关性进行甄别。然后将暂态稳定分析扩展至多随机扰动的多机系统中,根据随机微分方程理论和运动稳定性量化理论,推导了适用于分析随机系统暂态稳定的改进EEAC方法。将随机扰动进行等效,通过模型聚合降维,简化了系统模型。在4机系统中进行测算,所提方法与数值仿真方法的结果对比表明了所提方法能够在保证精度的情况下显著减少计算量。通过所提方法,研究和评估了随机扰动的强度和类型对电力系统暂态稳定性的影响,并将同等强度的Poisson白噪声型和Gauss白噪声型随机扰动下电力系统的暂态稳定性进行了对比。

关键词： 功角暂态稳定   结构保留模型   暂态能量函数   风机出力波动   暂态稳定判据  

摘要： 由于当今风电技术的发展,风电并网电压等级以及风电机组的装机容量也大幅提高,风电在电力系统中占有越来越大的比重,因此由风电接入引起的一系列稳定问题越来越明显,尤其是风电出力波动对电力系统的功角暂态稳定性的影响更不容忽视。本文基于传统电力系统中结构保留模型下的能量函数法建立了考虑风电接入的电力系统暂态能量函数,然后通过分析风电出力变化对同步发电机功角特性的影响,提出了一种适用于含有风电接入的电力系统暂态稳定判据,最后通过仿真对所建暂态能量函数以及所提出的暂态稳定判据进行了验证。电力系统暂态能量函数的建立通常都是基于节点收缩模型,也就是将网络阻抗等参数收缩至发电机内节点,进而建立系统能量函数,这种方法相对简单,但是无法体现系统网络中能量的分布,尤其是对于考虑风机接入的电力系统,如果依然采用节点收缩模型下的能量函数,那么将无法体现风电机组出力对应的能量,因此对于考虑风电接入的电力系统,需要建立结构保留模型下的能量函数。实际情况中风电机组的出力具有波动性,当前许多相关研究都只考虑了风速的阶跃变化对系统暂态稳定性的影响,而实际中风速具有波动性和随机性,这就导致无法准确进行风电机组接入情况下电力系统的暂态稳定判定。由于风电机组出力越大,系统暂态稳定性越差,因此可以考虑风机出力持续波动期间出力达到最大时对应的系统参数进行临界能量的计算,并以之作为系统的暂态稳定判据,这种方法虽然具有一定保守性,但是不会出现冒进性,符合实际要求。

关键词： 电力系统暂态稳定性   雷击短路故障   改进Mayer电弧模型   固相气流灭弧防雷间隙  

摘要： 随着我国电力负荷的不断增加,各种新能源、新技术的不断投运,电力系统的稳定性问题也愈发的复杂。系统在受到大扰动后,断路器难以在极限切除时间和极限切除角内切除故障。雷击引起短路故障是系统发生大扰动的原因之一,然而当线路安装固相气流灭弧防雷设备之后,可通过快速灭弧方式切断短路故障。为分析固相气流灭弧防雷间隙切除雷击短路故障对电力系统暂态稳定性的影响,利用固相气流灭弧防雷间隙改进后的Mayer电弧模型作为短路点的等效接地电阻,将该模型与传统发电机转子状态方程结合,求解了两者耦合后的微分方程,并详细介绍了该方程基于改进欧拉法在MATLAB仿真环境中的程序设计,求解出功角与相对角速度的摇摆曲线,并与传统的断路器切除方式对比,得出固相气流灭弧防雷间隙切除雷击短路故障可大幅度提高了电力系统暂态稳定性。

关键词： 机器学习   暂态稳定性预测   轨迹变量   FJPD互信息   mRMR  

摘要： 广域测量系统和模式识别技术的日趋发展,为实现基于人工智能的电力系统暂态稳定性预测提供了技术和理论基础,但传统基于机器学习的暂态稳定性预测对输入特征的选择和分析仍考虑不足。通过对系统暂态过程的分析,研究各轨迹变量与暂态稳定性之间的相关性。综合考虑数据采集时间和学习机的精度,提取故障完全切除后5个周期内节点电压幅值和发电机功角、转子转速轨迹作为学习机的输入。进而提出一种适合轨迹变量特征分析的特征联合概率分布(FJPD)互信息计算方法,利用最小冗余最大相关(mRMR)原则对学习机的输入特征进行选取,实现数据的降维、减少计算量、保持预测精度,并保留特征的物理意义。对10机39节点系统的仿真样本进行学习机的训练和测试,验证了提出的基于FJPD互信息的mRMR方法对轨迹特征选择的有效性。

关键词： PSCAD软件   电力系统暂态分析   电气参数变化  

摘要： "电力系统暂态分析"是电气工程及其自动化专业的专业课。为了解决电力系统暂态分析教学过程中,学生对于短路过程中电流、电压和阻抗等电气参数变化难以理解。引入了PSCAD软件对电力系统中电磁暂态过程问题进行模拟和仿真,并以中性点接地单相短路为例,仿真分析了电力系统暂态变化过程中系统内部各电气参数的变化情况,得出电流电压的变化波形图。学生可以通过各电气参数直观的变化图形更好的理解电力系统暂态分析的知识,同时也加深了对于电力系统的理解,提高了教学效果。

关键词： 暂态稳定性计算研究   隐式梯形积分法   功角变化曲线   最大相对摇摆角  

摘要： 隐形梯形积分法是电力系统暂态稳定性分析中的最基本的数值计算方法之一。研究采用隐形梯形积分法,以一个三机九节点电力系统为算例,计算了该电力系统7号母线发生0.1s的三相金属性短路故障时,三台发电机的功角发生变化的曲线;同时使用Matlab软件,设计了基于数值积分方法分析电力系统暂态稳定性的计算程序,由此可知暂态分析过程中,系统的任意两台发电机的相对摇摆角曲线图,以及基准值步长h为0.001s时的计算结果的误差曲线图。由程序得出的系统最大相对摇摆角的曲线图可知,在设定的故障下系统是暂态稳定的。