研究多机系统低频振荡问题的解耦等效方法

本文将解耦等效的思想运用到多机电力系统低频振荡研究中，导出了适用于低频振荡研究的数学模型，从阻尼意义上对多机系统中相互关联的发电机进行了解耦，并以此为基础，提出了一种以解耦等效为指导思想的等效综合自阻届的分析判断方法．该方法避开了多机系统中网络与电气上的复杂联系，将多机系统中其它机组的阻尼影响看作等效附加在被研究机组上的对自阻尼的影响，因而多机系统低频振荡中阻尼特性的研究问题简化成了单机系统问题．最后．本文将所提出的方法应用到实际系统的分析计算中，并与常规的特征分析法及实际情况进行了比较，得到了令人满意的结果．     

电力系统低频振荡故障模式的研究与分析

分析了低频振荡建模的一般方法和特点,在研究单机无穷大系统中联络线低频振荡机理的基础上归纳总结了低频振荡模式的多机系统阻尼分配规律。在某8机系统算例中将阻尼分配规律与QR法相比较,分别得出的振荡模式实部之间只有微小的差别,验证了阻尼分析规律的正确性。     

电力系统密集振模下的共振机理低频振荡研究

电力系统中持续的周期性小扰动可能引起共振机理的低频振荡.通过特征分析法阐述了多机系统中共振型低频振荡的振荡机理,指出密集振荡模式的交互机组处的扰动源可能会引起多个模式的参与机组发生共振振荡.通过建立多机系统模型,研究了2个密集振荡模式交互机组处的有功扰动引起2个模式的参与机组发生的共振机理低频振荡现象;当2个密频振荡模式中的1个模式发生共振振荡时,由于2个模式交互机组的作用,会激发另1个模式的参与机组也发生比较明显的共振振荡现象.     

基于区域极点配置的电力系统低频振荡均匀阻尼控制

提出了电力系统低频振荡的均匀阻尼控制方法.首先分析了电力系统的阻尼特性和实现均匀阻尼控制的条件;然后利用均匀阻尼思想,以系统振荡模式阻尼均匀为目标,提出利用区域极点配置方法设计发电机附加励磁控制器以实现低频振荡的均匀阻尼控制,由于同时配置多个极点到垂直条状区域中,所以避免了控制器对其他振荡模式阻尼的过度削弱,达到了多机系统的协调控制;最后以IEEE 4机11节点和新英格兰10机系统为例,并与精确极点配置法进行比较.仿真结果说明了此控制方法的有效性和鲁棒性,为电力系统低频振荡的抑制提供了新思路.     

抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化

超低频频率振荡是有功频率控制过程的小扰动稳定问题。由于负荷电压调节效应使得无功电压控制和有功频率控制产生耦合,传统用于抑制低频振荡的电力系统稳定器(PSS)可用于抑制频率振荡。提出了在多机系统中选择抑制频率振荡的PSS的方法,该方法综合了PSS对低频振荡和频率振荡的影响大小。构建了抑制频率振荡的PSS参数优化模型,该模型仍然以低频振荡模式阻尼比作为优化目标,但加入频率振荡对应频段发电机励磁系统相位要求作为约束,保证机组励磁系统为频率振荡提供足够的正阻尼。采用粒子群优化算法对模型进行求解得到PSS最优参数。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

利用摇摆曲线分析多机振荡

互联多机系统的机电振荡是制约系统稳定运行的一个重要瓶颈,利用摇摆曲线直接提取振荡信息已得到广泛重视。在多机系统中,提取系统振荡信息需要确定在什么曲线上提取。应用EEAC的分群理论把多机系统分成互补的两群,可以显示主导振荡模式的中心位置。EEAC等值机解决了曲线选择的问题,可以提取主导振荡信息。通过改进的多机Prony算法直接对多机曲线进行信息提取,可以更多地反映系统的振荡信息,并且各机组的振荡模态能够显示该机组对振荡模式的参与程度。通过对三机的小系统和华东-福建联网的大系统进行算例仿真可以看出,两种方法都可以提取出弱阻尼或负阻尼的振荡信息。EEAC曲线可以突出主导模式,多机Prony算法可以显示更多振荡模式及其模态。     

惯量对区域振荡模式的影响

机组的惯量对区域振荡频率和阻尼有着较大的影响。以两机系统为例推导了区域振荡模式与不同区域机组等值惯量之间的关系，并以两机与四机系统作为仿真算例．利用特征根分析法，得出区域振荡模式随着不同区域等值惯量以及不同区域内机组惯量的变化曲线。把仿真结果与估算公式相比较，分析得出区域内机组不同调因素对区域振荡频率影响较小。而对区域振荡阻尼影响较大的结论。     

小机组调速系统引起的华中电网低频功率振荡分析

本文综合分析了第二汽车制造厂自各电厂2号机组多次引起的华中电网大面积低频功率振荡现象。分析结果证明了这些低频振荡是电网本身固有的弱阻尼低频振荡模式决定的,而维持低频振荡的直接原因是第二汽车制造厂自备电厂2号机组调速系统参与了低频振荡,它提供的负阻尼转矩使得固有的弱阻尼低频振荡模式被激发起来之后无法衰减。     

机侧与网侧多通道附加阻尼控制器参数协调综合抑制低频振荡和次同步振荡

由于低频振荡与次同步振荡存在阻尼耦合,针对一种特定振荡模式设计控制器,会对其他频段的振荡模式造成不利的影响。综合考虑低频振荡与次同步振荡这2种模式,基于模式分离方法设计机侧与网侧附加阻尼控制器,将阻尼耦合问题转化为控制器之间的参数协调优化问题。使各控制器之间以及对应同一振荡模式的各通道之间的参数协调配合,以综合抑制低频振荡与次同步振荡,最大限度地降低模式之间的阻尼耦合;在协调优化过程中,对次同步振荡模式的阻尼比阈值进行动态设定,即次同步振荡模式的频率越大,其所需阻尼比的阈值越小。特征值分析与时域仿真结果均表明,所提协调控制策略能显著地改善系统各频段的阻尼特性;相比于传统的阻尼控制策略,所提协调控制策略具有更好的阻尼效果。     

基于EEAC理论分析低频振荡

扩展等面积准则（EEAC）通过互补群惯量中心 — 相对运动（CCCOI-RM）变换,将多机系统受扰轨迹映射为一系列时变单机无穷大（TV-OMIB）系统的映象轨迹,并解耦各振荡模式的信息,进而可以识别主导振荡模式,并实现稳定性的量化分析。文中提出以轨迹特征根反映系统非线性对低频振荡特性的影响,以轨迹特征根对各机组机械阻尼系数的灵敏度来反映各机组的参与因子;发现按减小联络线功率的准则调整机组出力可能产生负阻尼效应;指出为抑制低频振荡,应以减小映象功角为准则来调整机组出力。分析扰动大小对系统振荡特性的影响,发现系统振荡特性在分岔点附近可能与平衡点特征根明显不同。     

基于无功优化的DFIG并网电力系统OSC-OPF算法

双馈感应发电机(DFIG)与同步发电机(SG)间动态交互,影响系统阻尼振荡能力。由于系统状态矩阵由SG和DFIG参数决定,推导振荡模式对受控参数灵敏度的难度增加。针对含DFIG的电力系统,为量化无功调节对阻尼振荡的控制效果,提出阻尼比对SG无功出力灵敏度的解析表达。引入最小阻尼比约束,提出基于无功优化的振荡稳定约束最优潮流(OSC-OPF)模型。根据OSC-OPF拉格朗日乘子,提出稳定约束下网损对SG无功容量的灵敏度。仿真结果证实,所提模型有助于降低风电系统网损并改善其阻尼振荡能力。     

Modelling and performance of fixed-speed induction generators in power system oscillation stability studies

This paper describes the modelling and performance effects of induction generator-based wind farms on the oscillation stability of power systems. For groups of 5, 10 and 20 induction generators, it is established that the basic dynamic properties of each group of generators are similar to those of a third-order equivalent machine model whether the generators are evenly loaded or unevenly loaded. The paper analyses the impact of induction-based wind generation on oscillation stability for multi-machine systems as applied to the standard IEEE 30 bus system. The effects of load model representation, system loading, generator output and transmission line network parameters are considered. In general, the multi-machine system is shown to be well damped under all normal operating conditions.     

基于奇异摄动降阶的风电接入系统阻尼分析

为分析风电机组接入对同步机主系统低频振荡的影响,首先建立FSIG及DFIG风电机组小干扰分析模型,其次应用基于奇异摄动系统动态降阶技术揭示两类风电机组接入后同步机主系统阻尼变化机理。将奇异摄动动态降阶与特征值分析相结合,分析不同控制参数的FSIG及DFIG风电机组接入对系统低频振荡模式及阻尼的影响。基于风电接入IEEE测试系统仿真表明,所提出的分析方案能够直观、有效地对两类风电接入系统低频振荡进行分析。     

基于振荡能量消耗的发电机阻尼评估方法

为了准确评估多机电力系统中发电机的阻尼特性,提出了一种基于发电机振荡能量消耗的阻尼评估方法。首先,推导了基于6阶电气参数模型发电机的振荡能量流的表达式,克服了现有基于4阶电气参数模型的振荡能量流存在保守性的不足。其次,建立了基于振荡能量消耗的模式阻尼贡献指标,提出了基于发电机响应和特征值/特征向量的指标计算方法,评估了多机系统中发电机的阻尼特性。模式阻尼贡献指标物理意义明确,所有发电机的指标之和即为振荡模式的衰减因子。最后,4机2区域系统的分析结果验证了所提方法的准确性和有效性。     

振荡中心侵入机群场景下的刚性外推策略

大规模电力外送基地机群失步场景下,振荡中心易侵入机群内部,仍采用现有发电机失步保护应对策略将可能导致机组“雪崩式”切机。从切机切负荷有损控制入手,提出了一种通过调整负荷或机组数量维持系统稳定性的振荡中心刚性外推策略。针对振荡中心落入电力外送基地某机群场景,从理论上分析了该刚性策略的可行性;推导了系统内任意一点处电压幅值的解析表达式,并结合振荡中心处的电压特性,得到中心位置表达式;基于此,在振荡中心外推出机群条件下对受端系统负荷或对侧机群机组切除数量进行预测,制定防止过切的约束,进一步判断系统的稳定性,并确定源荷调整有效范围。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件建立多机并联外送系统仿真模型,通过仿真验证了系统失步过程中发电机失步保护阻抗轨迹和功角变化,采取外推策略后振荡中心外推出机群且功角趋于稳定,该结果说明了所提策略的有效性。     

抑制区域间低频振荡的FACTS阻尼控制

随着电力系统规模的不断扩大,区域间低频振荡正成为限制电网传输能力的瓶颈。对少数发电机组安装PSS来抑制区域间低频振荡很难有好的效果。但FACTS因其安装地点的灵活性及良好的动态性能而给抑制区域间振荡提供了新的手段。为此,利用相角补偿原理,设计控制器持续减小区域间的振荡能量,以此来实现区域间阻尼控制。以SVC为例详细说明附加阻尼控制器的设计,通过PSASP软件下的仿真结果表明,具有附加阻尼控制作用的SVC能有效地抑制区域间低频振荡。另外,对其它几种常用的FACTS器件也设计了阻尼控制器,并同样通过了PSASP下的仿真验证,阻尼效果很好。以上结果证明利用FACTS可实现区域间低频振荡的阻尼控制。     

同步发电机非同期并网引起强迫功率振荡分析

对发电机非同期并网引起强迫功率振荡的机理及其特性进行了分析.通过对非同期并网的滑差分析、发电机转矩分析,结合强迫功率振荡理论,提出在发电机非同期并网过程中产生的2种低频模式下的谐波转矩可能激发系统的强迫功率振荡,即双滑差激发.通过仿真和电网的实际案例分析,进一步论证了上述理论分析的正确性.     

计及虚拟惯量与下垂控制的风火耦合系统小扰动稳定分析

风火耦合系统在我国北方电网中普遍存在。为了构建电网友好型风电场,主动频率支撑控制被引入风电功率外环,然而该控制可能会影响耦合系统的稳定特性。已有研究主要关注主动频率支撑控制对火电机组主导的机电振荡特性的影响,对风电机组主导的次同步振荡特性影响的研究不多。基于此,建立考虑主动频率支撑控制的风火耦合系统模型,分析在不同风电渗透率和不同锁相环阻尼系数下主动频率支撑控制对耦合系统中火电机组主导的机电振荡模态以及风电机组中锁相环主导的次同步振荡模态的影响,确定耦合系统中锁相环主导的次同步振荡模态的主要影响因素。为了探究主动频率支撑控制影响锁相环主导的次同步振荡的失稳机理,推导了耦合系统计及主动频率支撑控制时锁相环小扰动等效模型,通过复转矩法分析了主动频率支撑控制对锁相环主导的次同步振荡模态的影响。通过时域仿真验证了主动频率支撑控制参数对耦合系统稳定性的影响。     

全国联网条件下湖南电网低频振荡的研究

通过在全国联网条件下的湖南电网低频振荡的研究,掌握湖南电网内以及湖南电网与全国电网之间的阻尼特性和振荡模式,找出与振荡模式相关系数最为密切的发电机组,从而针对阻尼特性和振荡模式,尤其是增幅性的振荡模式以及弱阻尼振荡模式,提出电力系统稳定器的最佳配置地点.     

基于PSSE的发电机饱和对低频振荡的影响

在电力系统分析过程中,通常采用近似的方式来计及发电机饱和的影响,一般通过额定电压和1.2倍的额定电压处的饱和系数这两个参数以一定的近似形式来计及饱和的影响。为了研究发电机饱和对低频振荡的影响,基于PSSE软件的发电机模型和参数的具体定义,通过对两区域四机系统进行小扰动稳定分析,并考虑不同的发电机饱和形式以及同一饱和形式下不同饱和系数情况下系统低频振荡的频率和阻尼的变化情况。研究表明,忽略发电机饱和的影响和计及发电机饱和的影响将会得到不同的结论,另外,在使用PSSE过程中,考虑发电机饱和时使用不同的饱和形式