基于广义短路比的电力电子多馈入系统小干扰概率稳定评估

广义短路比是一种反映多电力电子设备互联和交流电网强度对系统振荡影响的静态指标,可用于量化系统的小干扰稳定裕度。新能源发电功率的随机性导致多馈入系统的小干扰稳定裕度呈现出不确定性,为此,提出一种基于广义短路比的电力电子多馈入系统小干扰概率稳定裕度评估方法。首先,将额定运行条件下的广义短路比推广到适用于一般运行条件的广义运行短路比,从而能够量度电力电子设备任意输出功率时的系统小干扰稳定裕度;其次,由于广义运行短路比在数学上对应拓展导纳矩阵的最小特征值,而拓展导纳矩阵元素中包含不确定的输出功率,因此采用矩阵概率D稳定描述系统小干扰概率稳定评估问题;同时为克服在工程实践中获取输出功率准确概率分布的困难,采用期望和方差等部分概率信息来描述系统随机性,在此基础上结合广义矩理论将矩阵概率D稳定转化为易于求解的半定规划问题。最后,通过算例说明所提评估方法的有效性。     

基于中频段无源性指数的电网强度分析方法EI北大核心CSCD

大规模新能源设备接入电网后形成多馈入系统,其稳定性可以从电网强度视角进行量化。该文从广义奈奎斯特曲线几何角度深入分析广义短路比在强异构多馈入系统中锁相环主导振荡问题中的影响机理,提出基于新能源设备中频段无源性指数的电网强度分析方法。研究结果表明:针对锁相环主导的振荡问题,当多馈入系统的广义短路比大于系统内新能源设备扫频在中频段的无源性指数时,便可保证系统稳定。仿真结果表明所提判据有效,此外,所提判据仅使用开环系统数据以及系统广义短路比,可由新能源场站与电网侧分散实施,具有良好的实用性。     

多馈入电力系统广义短路比：多样化新能源场景

新能源经电力电子设备接入电网的规模需要适应电网强度,否则存在振荡风险,但新能源设备动态差异性以及新能源设备间的强相互作用导致准确度量电网强度存在挑战。该文从系统小干扰稳定的角度探索利用广义短路比指标度量电网强度的方法。首先,建立了多馈入电力系统的线性化模型,给出了其闭环系统特征方程。其次,基于特征值摄动理论,证明了多样化新能源馈入系统(异构系统)的主导特征轨迹可由等效同构多馈入系统的主导特征轨迹来近似这一结论。最后,将同构系统中定义的广义短路比推广到异构系统,并给出了广义短路比的两种等价定义和广义短路比临界值的计算方法。研究表明,广义短路比在同构和异构多馈入系统中的定义是一致的,其临界值可以通过构造等效的单馈入系统解析计算或者通过半实物仿真实验得到。算例验证了所提分析方法的有效性。     

基于广义短路比的多馈入系统强度量化原理与方法:回顾、探讨与展望EI北大核心CSCD

随着直流和新能源等电力电子设备的大量接入,电力电子多馈入系统(简称多馈入系统)成为现代电力系统的一种典型形态。多馈入系统的安全稳定运行能力与其受扰后的电压响应性能密切相关,工业界常用系统电压支撑强度(简称系统强度)的概念描述由电网和设备动态构成的闭环系统的电压响应性能,用电网强度概念描述不考虑这些设备动态的等效交流电网的特性。现有研究一般认为电网强度与系统强度之间存在正相关性,并认为短路比能够描述电网强度,却并未揭示电网强度、短路比和系统强度之间的内在联系。为此,该文聚焦小扰动下的系统强度问题,从抗扰性、同步稳定性以及静态电压稳定性3个角度描述系统强度特性,回顾将多馈入系统动态解耦为多个单馈入系统动态的系统强度量化原理,阐明广义短路比指标与系统强度之间的解析关系,并揭示系统强度–电网强度–设备临界短路比三者之间的内在联系。研究表明,广义短路比反映了电网的多端口电压与电流的最大灵敏度,与短路电流无必然联系;电网广义短路比与设备临界短路比的相对值可一定程度反映多馈入系统的安全稳定裕度。进一步,给出用于量化系统强度的广义短路比集中判据和单母线视角下的分散判据,并阐明传统CIGRE多馈入短路比与广义短路比的联系和区别。最后,利用算例验证量化原理与方法的有效性。     

基于广义短路比的光伏多馈入系统容量优化方法

广义短路比可用于描述电力电子多馈入系统小干扰稳定性,基于此指标研究了光伏发电(或场)多点馈入电网的总容量一定时,各点接入容量优化分配的问题,使光伏多馈入系统的小干扰稳定裕度最大。首先,建立了光伏多馈入系统的小干扰稳定分析模型;其次,利用广义短路比关于各馈入点光伏接入容量的灵敏度,提出了光伏多馈入系统的并网点容量优化方法;最后,以光伏三馈入系统为例,验证所提容量优化方法的可行性和有效性。仿真结果表明,合理分配多点接入时光伏的并网容量,能够有效提高系统的广义短路比和小干扰稳定裕度。     

电力电子多馈入电力系统的广义短路比

随着新能源、无功补偿等电力电子设备的大量接入,交流系统相对变弱,分析电力电子多馈入电力系统潜在的失稳、精确度量交流系统电压支撑能力十分重要。文中首先推导了单馈入系统短路比与小干扰稳定性特征方程的显示关系式,建立了单馈入系统短路比与其小干扰稳定间的联系。其次,在一定假设条件下,证明了n馈入系统的动态可由n个独立的单馈入系统表征,从而实现多馈入系统稳定性向单馈入系统稳定性的解耦和简化。最后,提出可用于度量交流系统的强度的广义短路比概念(generalized short circuit ratio,g SCR)。所提出的广义短路比是一个与系统振荡频率无关的静态变量,但反应的是多馈入系统的小干扰稳定裕度,并且在单馈入和多馈入系统下可实现物理意义和数学形式的统一。仿真算例表明了g SCR定义的合理性和有效性。     

考虑光伏无功补偿的多馈入直流受端电网强度分析

具有多馈入直流外受电和新能源集中并网的受端电网稳定运行需要交流系统提供足够的电压支撑强度.有必要研究如何准确量化受端电网强度.文中考虑定性分析和定量评估2个方面,从广义短路比及其临界值变化的角度研究了光伏电站接入对受端电网静态电压稳定裕度的影响.首先,建立系统的准稳态模型,利用光伏电站接入对交流网络雅可比矩阵主导特征值的灵敏度,定性分析了不同控制方式下光伏电站对系统静态电压稳定性的影响;其次,基于模态摄动,给出考虑光伏电站接入后的广义短路比及其临界值的计算方法和评估流程;最后,通过量化光伏电站无功补偿对系统强度的影响,给出光伏电站电压-无功功率下垂控制系数的选择方法.仿真结果验证了所提方法的可行性和有效性.     

基于暂态过电压约束的新能源并网系统电压支撑强度量化分析方法EI北大核心CSCD

在新能源并网系统中,具有动态无功支撑能力的新能源机组是引发工频暂态过电压的重要无功源,新能源并网系统电压支撑强度对暂态过电压水平有着重要影响。该文计及新能源并网系统多馈入支路之间的相互影响,采用短路比指征电压支撑强度,建立量化电压支撑强度对暂态过电压影响程度的数学关系模型。首先,针对单馈入系统,分析暂态过电压发生时刻并网点电压与无功功率、短路容量之间的关系,建立单馈入系统暂态过电压数学分析模型。然后,采用电压相量法分析多馈入系统中各支路之间的相互作用对暂态过电压的影响,建立多馈入系统的暂态过电压数学分析模型;以短路比作为电压支撑强度的表征指标,依据该模型量化分析电压支撑强度与暂态过电压之间的关系,系统短路容量越小,无功盈余越多,暂态过电压越严重。其次,以1.3pu作为暂态过电压问题的安全约束,提出满足该约束下交流系统最小短路容量以及新能源并网系统最大无功规模的计算方法。最后,分别建立多个场景的算例,验证暂态过电压数学分析模型的准确性以及系统最小短路容量及最大无功规模计算方法的有效性,为新能源并网规划与运行提供参考。     

多馈入直流系统短路比和有效短路比研究

传统短路比作为评价与直流输电系统相连交流系统相对强弱的重要量化指标,在单馈入直流系统中得到了广泛应用;但是这种短路比定义不适用于多馈入直流系统,所以,给出合理的多馈入短路比定义是十分必要的。目前学术界存在两种多馈入短路比计算方法,即等值阻抗法和影响因子法。在综述两种方法的基础上,证明了两种方法的一致性;同时指出了前人在理解等值阻抗法时的误区。将BPA中3机9节点系统进行改造,得到三馈入直流系统模型。在此模型中,通过计算和仿真,验证了等值阻抗法和影响因子法的统一性;另外,也得到了多馈入短路比小于单馈入短路比的结论。     

基于灵敏度协同的多馈入新能源集群最大容量优化分配方法

随着新能源接入比例的不断提高,并网系统逐渐演变为多馈入系统且电网强度逐渐变弱,谐振问题将成为限制新能源渗透率提升的关键因素之一。为此,提出一种谐振约束下用于提升多馈入新能源集群最大接入容量的优化分配方法。首先,建立含工作点的并网逆变器阻抗模型,基于电网络理论获得了广义多馈入系统的聚合模型。然后,构建相角裕度关于集群容量的极值函数,并应用拉格朗日乘数法获得了一定容量下稳定裕度最大时集群阻抗灵敏度需保持一致的极值条件。在此基础上,面向谐振约束下区域电网新能源最大支撑需求,提出基于灵敏度协同的集群容量阈值求解及分配优化方法,并对所提方法复杂度进行分析。所提方法简单高效,在容量规划时算力需求量小。最后,通过IEEE 9节点和IEEE 33节点区域微网实时数字仿真系统（RTDS）硬件在环算例,验证了上述理论分析和所提方法的可行性。     

基于改进多馈入有效短路比的受端交直流混联电网STATCOM定容方法

针对传统多馈入有效短路比无法计及STATCOM动态响应过程的缺点,文章基于戴维南动态等值方法提出了一种考虑STATCOM接入影响的改进多馈入有效短路比,该指标通过BPA动态仿真求取系统等值阻抗,能够更准确地描述受端系统的强度。此外根据所提出的改进多馈入有效短路比,文章以提升受端交直流混联电网安全稳定性为目标,从总体性和平衡性两方面量化了STATCOM的无功补偿的效果,并建立了一套完善的STATCOM定容方法。利用实际电网算例证明了所提指标和方法的有效性。     

新能源电源接入不平衡配电网的短路计算方法

当新能源机组接入三相不平衡的配电网后,由于配电网不平衡元件在正、负、零序条件下难以解耦,将使得以传统对称分量法为基础的电网短路电流存在难以准确计算等问题,需要以相分量故障分析方法为基础进行计算。同时,新能源电源在电网故障条件下将进行低电压穿越运行,受其接入方式、低电压穿越控制策略及机组Crowbar保护等因素的影响,其短路电流特性将不同于传统同步电机,需要建立不同类型的新能源电源短路计算相分量模型。因此,文中首先根据不同类型新能源机组的低电压穿越控制策略综合分析了现有新能源电源等值计算模型,并建立了相应的短路计算相分量模型,然后基于传统相分量故障分析法,根据故障条件建立故障后的相分量导纳矩阵和电压方程,进而提出了含不同类型新能源接入不平衡配电网的短路计算方法。最后,通过仿真案例对所提方法的有效性进行验证。     

用于风电场小干扰稳定性分析的结构保持等值方法

针对风电等新能源集中并网带来的宽频带振荡问题,需要研究具有良好精度的风电场动态等值模型,以解决详细电磁暂态建模的维数灾问题.为此,文中提出一种分析风电场小干扰稳定性的结构保持等值方法.该方法根据广义短路比(gSCR)参与因子的数值大小和所需等值精度,将场站内设备划分为保留群和等值群2组,在将保留群内所有设备动态保留的同时,将等值群内所有设备的动态用内电抗等值为电流源,具体内电抗的大小可由gSCR指标得到,而网络侧实现结构和参数的保持.该等值方法在不含摄动的场景下可以保证等值前后系统主导模态不变,在含摄动的实际场景下仍具有一定的鲁棒性.同时,保持等值前后交流网络拓扑不变可以增强方法的工程实用性.最后,基于仿真算例验证了所提等值方法的有效性和实用性.     

基于阻抗法的并网逆变器小信号稳定功率极限分析与提高

随着可再生能源发电在电网中所占比重不断增加,由并网逆变器引发的电力系统小信号稳定性问题日益凸显。为了明确并网逆变器系统运行的功率裕量,增强系统的小信号稳定性,采用阻抗法对并网逆变器的小信号稳定功率极限进行研究。根据广义奈奎斯特稳定判据的边界条件定量计算了并网逆变器的小信号稳定功率极限。结果表明,该功率极限小于静态稳定功率极限,随着电网短路比的减小而减小,随着锁相环带宽的增大而减小。提出了一种改进锁相环结构,从控制的角度等效增大电网短路比,从而提高并网逆变器的小信号稳定功率极限。最后,通过阻抗分析和系统仿真验证了改进锁相环对于提高小信号稳定功率极限的有效性。     

高比例新能源电力系统静态电压稳定裕度在线概率评估

新能源的随机性、波动性及弱调节特性给电力系统静态电压的安全及稳定性带来了挑战。针对此问题，提出一种考虑源荷双侧不确定性的高比例新能源电力系统静态电压稳定裕度在线概率评估方法。首先，基于新能源无功调节特性与传统机组的差异，分析了大量新能源替代传统机组对稳定裕度的影响。然后，分析了新能源出力不确定性对稳定裕度分布范围的影响，并建立源荷不确定性模型以生成典型场景。最后，为了应对新能源快速波动性给稳定裕度带来的影响，提出基于优化ELM-KDE的稳定裕度在线概率评估方法。利用优化极限学习机(extreme learning machine, ELM)预测典型场景稳定裕度并通过核密度估计(kernel density estimation, KDE)准确获得其概率分布函数。构建了静态电压稳定期望裕度和静态电压稳定风险度两个指标对结果进行表征。分别在New England 39和IEEE300节点系统进行了仿真测试，并将结果与传统蒙特卡洛方法计算结果对比，验证了所提方法的有效性。     

面向区域间振荡模式的电力系统小扰动惯量域构建

为提升低惯量电力系统的小干扰稳定性,给出保障适应新能源发展的合理惯量裕度,并明确惯量分布对于互联系统小干扰稳定性的影响规律。研究了惯量分布对系统区域间振荡模式的影响规律,构建了面向区域间振荡的电力系统小扰动惯量域(Small Signal Inertia Region, SSIR)。首先,基于部分惯量中心(Part of the Center of Inertia,PCOI)等值方法和多项式Leverrier解法,构建了等值两机系统区间振荡模式阻尼比解析式。在此基础上,依据临界阻尼比构建了计及小干扰稳定约束的惯量域。进而,对区域互联系统惯量分布和小干扰稳定性之间的联系进行解析。最后,对惯量域进行全面分析,并在新能源系统中进行了初步验证。仿真结果表明,所提出的计算方法能够实现电力系统小扰动惯量域的准确、快速构建,增强低惯量电力系统小干扰稳定性的评估和监控能力,并为新能源惯量域的构建提供理论指导。     

基于故障区域局部迭代的工程实用化新能源短路电流计算

新能源快速发展,正在由辅助电源向主力电源过渡.现有新能源工程短路电流计算存在两大问题.一是用1.2～2倍额定电流表征新能源故障特性,过度简化导致计算精度差,难以满足保护要求;二是现有短路电流整定计算软件不支持迭代,因而无法根据节点电压变化而更新新能源故障电流,体现其压控电流源特性.针对该问题,首先,基于新能源的故障特性精细化解析模型,结合现场故障录波数据,构建满足工程实用计算要求的电压电流映射关系;然后,根据电网故障后节点电压跌落程度和节点之间的连接关系划分故障区域,并在故障区域内依据新能源的工程实用化计算公式进行局部迭代计算来求解网络的节点电压和短路电流,从而避免了全局迭代可能带来的收敛性问题,同时也缩短了计算时间;最后,通过工程计算软件验证了所提方法的计算效果.