基于线性化模型的电力系统强迫功率振荡分析

电力系统强迫功率振荡为持续的周期性小扰动所引起低频振荡现象。基于电力系统的线性化模型,从频域分析的角度阐述了强迫振荡的机理、主要影响因素和工程分析方法,得出如下结论:当扰动频率接近系统固有的振荡频率时,可能激发系统的强迫功率振荡;固有振荡模式的阻尼比越小,强迫功率振荡幅值越大;对系统固有振荡模式参与程度较高的机组上施加扰动,同时输出响应对此模式的可观性亦较好时,强迫功率振荡幅值取得极大值。     

广域直流阻尼控制中多模式交互影响在线分析

基于暂态能量函数原理分析低频振荡中对应的能量转换过程,推导出抑制低频振荡的直流调制规律是保证调制功率与振荡相位一致。利用该调制规律定性分析直流调制对于其他振荡模式的影响,在此基础上提出采用振荡功率对时间的积分作为能量公式进行定量分析。将机组中针对某一振荡模式的功率调制对于其他模式的振荡能量变化量与该模式下机组自身阻尼消纳的振荡能量进行比较,预测直流调制在抑制某一主导振荡模式时对其他振荡模式的影响,对于多台发电机利用参与因子对能量进行加权处理。在多直流系统协调控制系统主站通过分析各主导振荡模式之间的能量关系判别是否投入直流调制控制系统。仿真算例验证了该方案的有效性和可行性。     

基于端口供给能量分解的电力系统振荡类型区分方法

基于端口供给能量分解,提出了一种新的电力系统振荡类型识别方法。对端口供给能量进行成分分解,发现弱阻尼振荡和强迫振荡下端口供给能量趋势分量分别按指数和线性规律变化。采用经验模式分解算法识别出主导振荡模式,计算端口供给能量,利用经验模式分解算法提取端口供给能量趋势分量。对变化幅度明显的端口供给能量趋势分量进行线性和指数拟合并得到拟合误差指标,对拟合数据和原始数据进行相关性计算得到相关度指标。然后利用误差指标和相关度指标判别该趋势分量的变化规律,进而利用变化规律的不同识别振荡类型。最后通过IEEE 39节点系统的仿真分析和实际电厂的实例分析证明了该识别方法的有效性。     

基于支路模式振荡能量的低频振荡区域定位方法EI北大核心CSCD

电力系统发生低频振荡时,参与振荡的机组通过网络中的支路交换振荡能量,故支路上蕴含丰富的振荡信息。针对系统不同模式下振荡区域的识别问题,该文提出一种基于支路模式振荡能量的低频振荡区域定位方法。首先,在推导满足能量守恒定律的电力系统能量函数基础上,定义从网络角度研究系统振荡规律的支路振荡能量;解析发现支路振荡能量由多个支路模式振荡能量叠加而成,并提出多模式下支路模式振荡能量的提取方法;随后,通过理论推导建立支路模式振荡能量与发电机状态变量之间的解析关系,为采用支路模式振荡能量研究低频振荡问题奠定了基础;最后,建立基于支路模式振荡能量的低频振荡区域定位方法,并通过仿真分析验证了该方法的有效性。     

一种低频振荡机组参与程度在线识别方法

发电机组是电力系统低频振荡的主要参与者,在线识别机组在振荡中的参与程度便于进行快速有效的控制。同时低频振荡是一种特殊的电力系统运动形式,振荡过程中伴随着振荡能量的传播和交换,而振荡能量的分布特点一定程度上反映了系统固有的振荡特性。以发电机经典模型为例,建立可描述电力系统低频振荡运动特征的振荡能量表示方法;研究了振荡能量分析方法与传统模式分析方法间的联系,提出了基于振荡能量分布在线识别低频振荡机组参与程度的方法;给出了机组阻尼变化对系统振荡能量的影响;最后通过四机两区域系统与IEEE 10机39节点系统的分析,验证了本文理论和方法的可行性和有效性。     

基于最优变量投影的电力系统主导振荡参数综合辨识

准确、有效地辨识电力系统主导振荡模式、主导振荡模态和参与因子等低频振荡特征参数,对深入探究电力系统低频振荡诱因、提出科学合理的振荡抑制措施具有重要价值。为此,该文提出一种基于最优变量投影(OVP)的电力系统主导振荡模式、模态和参与因子综合辨识方法。该方法采用有限差分法(FDM)预处理电力系统的广域量测信息;借助处理后的广域量测信息构建含系统关键动态振荡信息的低阶状态矩阵,进而从低阶状态矩阵中提取电力系统的关键振荡特征信息;结合广域量测信息和关键振荡特征信息构建变量投影函数,通过OVP对其进行求解,以辨识振荡模式及其模态;引入累积能量权重从所辨识的振荡模式及模态中分离电力系统的主导振荡模式及模态,并根据分离的主导振荡模态实现参与因子的评估。最后,通过IEEE68节点测试系统和中国南方电网公司算例对所提方法进行分析,验证了所提方法的准确性和有效性。     

基于多元经验模式分解的电力系统低频振荡模式辨识

提出了一种辨识电力系统主导低频振荡模式的新方法。该方法结合了多元经验模式分解(Multivariate Empirical Mode Decomposition, MEMD)、Teager能量算子及预测误差法(Prediction Error Method,PEM),通过多元经验模式分解将含电力系统低频振荡特征信息的信号进行分解,得到多个本征模函数(Intrinsic Mode Function, IMF)分量;借助Teager能量算子的快速响应能力,筛选出含有主导振荡模式的主要IMF分量;最后采用预测误差法辨识出各主导振荡模式的振荡频率和阻尼。分别利用IEEE68节点测试系统和辽宁电网实测PMU数据对所提方法进行分析、验证。结果表明,该方法可有效从电力系统的广域量测信息中辨识出电力系统的主导振荡模式。     

HHT在电力系统低频振荡模态参数提取中的应用

针对目前电力系统低频振荡的分析局限于用线性化方法来处理而导致的分析结果不精确，甚至不尽合理，提出基于希尔伯特-黄变换(HHT)的提取电力系统低频振荡模态参数新方法。首先运用HHT中的经验模态分解(EMD)实现各低频振荡模态分量的有效分离，并对各模态分量进行希尔伯特(Hilbert)变换、计算其相对应瞬时幅值、瞬时频率及相位；其次运用该文推导的阻尼比计算公式提取各振荡模态分量阻尼比，从而实现低频振荡模态参数的有效提取。同时对超低频振荡的产生机理给出一种新的解释，该方法有助于分析电力系统强非线性振荡模态及阻尼控制器的设计研究。数值仿真及实例分析均表明该方法的可行性和有效性。     

基于能量时空分布熵的低频振荡类型判别方法

电力系统发生低频振荡时,准确判断振荡类型对确定振荡起因和采取抑制措施至关重要。将低频振荡细分为局部振荡、区间振荡和局部—区间耦合振荡,并从熵的基本原理出发,结合不同类型低频振荡的振荡能量时空分布特性,提出基于能量分布熵的低频振荡类型判别依据。首先利用Prony分解提取主导振荡模式的电气量数据,计算各机组振荡能量并且得到振荡能量空间分布熵和标幺化标准差分类指标,然后通过增加滑动窗的方式动态反映振荡能量随时间的变化态势,对结果进行曲线拟合显示不同类型振荡能量时空分布规律,利用熵差综合分类判据对低频振荡类型加以区分。通过华北电网不同类型低频振荡仿真计算,验证了所述方法的有效性。     

电力系统低频振荡在线分析及辅助决策方法

电力系统低频振荡在线分析及辅助决策方法。本发明是根据PMU实测的反映电网动态过程的发电机功角、有功功率、母线电压相角、线路有功功率和变压器有功功率等信息,在线监视电网低频振荡事件,识别振荡模式及强相关的机组,计算参与因子,辨识振荡中心的大致区域,并准实时给出抑制振荡的辅助决策信息。     

利用暂态能量流的次同步强迫振荡扰动源定位及阻尼评估

近年来,随着大量电力电子装置接入电网,次同步振荡越发复杂,难以准确判断振荡的主要诱发因素或元件。应用暂态能量流进行次同步强迫振荡扰动源定位及阻尼评估。提出了次同步振荡分析中暂态能量流的计算方法,将元件端口瞬时电压、电流从abc坐标系转换到xy坐标系计算暂态能量流。然后在汽轮发电机组多质量块详细模型下推导了能量流的组成,包括暂态能量和阻尼消耗的能量,说明了次同步振荡中暂态能量流和阻尼的关系,若元件吸收能量,则具有正阻尼。次同步强迫振荡中扰动源不断发出能量,通过计算网络中的振荡能量流和能流功率,即可定位扰动源。在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件下搭建了不同算例进行仿真研究,结果验证了所述方法的有效性。     

基于模式能量流法的互联电网功率振荡能量解析与主振荡路径识别

针对互联电力系统的功率振荡现象,为了能够深入剖析,构建了模式能量流函数,对互联电力系统的功率振荡进行网络模式能量的求取,并进行能量解析。在此基础上,利用所建立的基于广域量测信息的模式阵型指标,判别系统功率振荡发电机分群情况,同时根据所建立的主振荡路径判别指标对系统主振荡路径进行辨识,得到系统能量交互的主振荡路径。通过对4机两区和8机36节点算例进行仿真,验证了所提出的互联电力系统功率振荡能量解析与主振荡路径识别方法的有效性。     

基于等效电路法的负阻尼能量机理及振荡源定位方法探讨

为解释自由振荡中产生振荡源的机理,在能量法基础之上提出了等效电路法。对电力系统各元件分别建立了其等效电路并组合得到系统的等效电路。根据电路理论,将积分形式的振荡源定位判据转化为相量判据。对于励磁系统,提出了3种振荡源定位判据。将这3种判据转化为相量形式并组合,分析了励磁系统产生振荡源的机理。算例仿真证明了该分析方法的正确性和有效性。该方法可用于在线定位励磁系统振荡源,并分析由于励磁参数设定不当而形成振荡源的机理。     

端口能量及其在风电系统暂态稳定分析中的应用

大规模风电接入后,研究计及风电的能量函数法有助于提高稳定评估的计算速度,并为稳定控制提供灵敏度信息。在结构保留能量函数的启发下,提出端口能量的概念,证明了采用端口能量的系统总能量是系统的能量函数;证明了端口能量的能量聚集效应;分析了采用端口能量计算对象系统的暂态能量给暂态稳定评估带来误差的原因;基于端口能量,提出了包含风电的暂态稳定能量函数分析方法。不同场景下的临界切除时间对比分析验证了所提能量函数法的有效性。在精度方面,各个场景下所提能量函数法比时域仿真法保守0~0.02s,在速度方面,所提能量函数法比基于时域仿真的二分法和逐步法快3~26倍。     

基于萤火虫优化算法的分布式发电设备容量分配及配电网孤岛划分

随着分布式发电设备大量接入到配电网中,分布式发电设备在配电网故障情况下为接入位置负荷及周边重要负荷的供电研究日益引起关注。利用投入产出法确定负荷的失负荷价值,基于失负荷价值设定负荷权重。在接入位置和总容量确定的情况下,以总权值最大为目标,利用萤火虫优化算法讨论接入容量的最优分配以及故障条件下的孤岛运行范围。将该方法应用于含分布式电源的智能配电网中,通过对比验证了方法的有效性。     

基于变分模态分解和压缩感知的电力系统宽频振荡监测方法

随着“双碳”目标的提出，未来电力系统会有更高比例可再生能源及电力电子设备并网，会引发电力系统新型宽频振荡问题。因此针对电力系统宽频振荡“高噪声”和“宽频带”的特点，提出一种基于变分模态分解和压缩感知的自适应宽频振荡监测方法。对变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)方法进行改进，自适应确定模态分解数，抑制噪声分量并监测识别振荡信号的有效信息。若监测到宽频振荡，将降噪处理后的宽频振荡数据通过压缩感知(compressed sensing, CS)方法上传，在调度中心对压缩数据进行重构，精确恢复宽频振荡信号，方便调度主站后续分析处理。算例表明所提方法可在高强度随机噪声的情况下保持宽频振荡监测的质量，克服高速采样后数据传输带宽的限制，并在实际电力系统宽频振荡信号监测中有良好应用。     

基于2级3阶单对角隐式Runge-Kutta法的电磁暂态计算方法

在电力系统电磁暂态计算中,由于各种突变情况的发生,将导致数值计算中存在数值振荡。为有效解决电力系统电磁暂态计算中的数值振荡问题,将一种2级3阶单对角隐式Runge-Kutta法运用于电磁暂态数值计算中。由理论分析可知,该数值积分方法具有非线性B-稳定性,即具有能量耗散性或非线性阻尼特性。算例结果表明,与现有的方法相比较,使用该方法进行电磁暂态计算,能够在不增加计算量的情况下,有效避免因突变情况导致的数值振荡。     

光伏波动下低压直流系统功率振荡抑制研究

针对低压直流系统中光伏波动造成的功率振荡问题，基于RLC阻抗网络模型小扰动稳定分析方法，提出一种采用电压前馈的控制策略。通过在电流环中引入直流电压比例分量，对电流环电流进行补偿，减小因输入侧变化导致的电流波动，实现了在光照波动较强条件下对系统功率振荡的抑制。理论分析结果表明：所提方法可有效减小谐振峰值和低频阻抗幅值，降低光伏波动较强时的系统功率振荡，使系统在光照强度变化较大情况下能够保持稳定运行。最后，通过仿真验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

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。     

基于可调Q因子小波变换与稀疏时域法的电力系统低频振荡模态辨识

对于目前电力系统低频振荡模式识别和参数提取中的噪声干扰等问题,提出一种新的提取低频振荡关键模态参数的方法,将可调Q因子小波变换(Tunable Q factor Wavelet Transform, TQWT)和稀疏时域法(Sparse Time Domain method, STD)进行联合。首先运用TQWT技术对含有噪声的电力系统低频振荡广域测量信号进行预处理,达到降噪的目的。而后将处理后的信号作为新的输入信号,利用稀疏时域法进行振荡模态及其参数的辨识,其输入信号的采集既可单点测量也可多点测量。通过对测试信号和EPRI-36机系统仿真验证了所提方法的优越性,能够在信噪比较低的环境下对噪声进行有效抑制而准确地辨识出系统的振荡模态参数。与传统方法相比具有更好的抗噪能力,所提方法辨识过程中所需时间更短且辨识出的参数也更为准确。