基于电网框架结构模型的机电波到达时间预测算法

机电波理论为研究电网扰动影响与控制提供了新的思路,如果能预知机电波到达本地的时间,进而提前采取针对性措施,将有效减轻扰动对电网的冲击,提高电网安全水平。利用电网框架结构模型中转动惯量沿线路分布的特征,将机电波传播速度的空间非均匀性刻画为不同输电线路上的波速。在此基础上,利用电网框架结构模型中机电波波速分段恒定的特点,构建了框架结构模型对应的无向赋权图和以各段线路中机电波传播时间为权值的邻接矩阵。进而提出基于Dijkstra算法的机电波最快传播路径搜索算法。另外,进一步分析了反射现象对采用功角门槛值进行机电波到达时间实测结果的影响。通过与PSD-BPA仿真结果对比,验证了所提算法的正确性。     

基于分段均匀介质模型的非均匀链式电网扰动传播机理

揭示扰动传播机理对于提高互联大电网安全水平具有重要作用。机电波理论尝试借助波动力学研究电网机电暂态过程,为研究电网扰动传播开辟了新思路。针对非均匀链式电网的扰动传播问题,提出一种分段均匀介质建模方法。在分析电网与机械波传播介质相似形性的基础上,提出发电机惯量作用域用以确定空间集中式发电机参数的均匀化范围。进一步,导出基于分段均匀介质模型的机电波方程及其解析解,并利用状态传递矩阵证明分段均匀介质模型与电网实际模型的等价性。最后,通过幅值传递矩阵获得解析解系数与分段介质参数的关系。仿真结果验证了所提模型及算法的正确性。     

发电机惯性分布对电力系统中机电波传播特性的影响分析*

机电波理论从新的角度为电力系统的机电动态特性提供了一种分析方法,研究机电波传播机理及相应抑制策略对电力系统的安全稳定运行具有重要意义。发电机的惯性对机电波传播起关键作用,而目前对电网进行连续体建模时,主要采用惯性逐级对称分布或分段均匀分布的处理方法,不利于机电波模型准确描述实际电网各向异性的特征。针对实际电网的复杂结构,提出一种计及线路参数的不对称并将发电机惯性在线路上进行等效分布且不改变原系统动态行为特性的方法,该方法能较为准确地描述发电机惯性对机电扰动传播的影响。最后,将所提方法应用于理想的网格系统和3机9节点系统,通过仿真对其有效性进行验证,结果表明该方法能描述机电波的传播过程,为进一步探索电力系统的连续体建模提供了一种有效方法。     

基于改进框架结构的扰动传播模型研究

随着电网互联的不断发展,电力系统扰动传播现象越来越明显地呈现一种机械波的形式。若不能准确分析扰动在电网中的传播过程,进而制定相应的控制策略,极有可能引发连锁事故,严重时甚至可能引发大停电。而现有机电波框架结构模型基于逐级对称分布惯量的思路刻画扰动的时空传播特性,不利于准确描述实际电网的复杂性。针对这一问题,该文研究了扰动传播特性,以阐明网络结构和线路电抗的影响。进一步提出了以扰动传播路径为基础建立改进的框架结构模型的思想。推导了发电机惯量和电抗之间的关系函数,计及了线路电抗不对称对于惯量分配的影响。最后提出了基于非对称惯性分布的改进框架结构的机电波模型,通过使用BPA软件搭建了IEEE 14节点系统,验证了所提出机电波模型的准确性。     

基于波动传递函数的电网扰动传播频率特性分析

从机电波的角度,研究不同频率的扰动在一维链式电网中的传播特性。借鉴连续体模型中偏微分形式机电波方程的推导思路,建立了离散惯量模型差分形式的机电波传播方程;提出了波动传递函数的概念,以定量刻画机电波波幅、相位在离散惯量模型中的变化规律;进一步通过分析不同频率扰动信号的传播特性,提出了扰动传播转折频率的概念,揭示了扰动传播中的频散效应和局部振荡现象及其与转折频率的关系。50机链式电网中的仿真结果验证了所提出的扰动传播特性及规律的可靠性。     

基于机电波连续体模型的机电扰动传播研究

连续体模型是一种将离散电力系统连续化处理以研究电力系统动态特性的一种新方法。针对一维均匀无损耗链式系统建立基于机电波连续体模型的偏微分方程,在给定初始条件下得到方程解析解,比较了不同惯性密度情况下,母线电压相角增量幅值和有功功率增量幅值的差异。精确解下的算例仿真曲线比较结果也吻合了以波的反射、透射特性为基础的机电扰动传播控制。     

不均匀连续体电力系统中的机电波传播

连续体建模是研究大规模电力系统机电动态的一种新方法。该方法对实际电力系统进行建模,得到参数不均匀的连续体模型。针对1维不均匀连续体电力系统,当单位长度电纳和发电机惯性均随空间位置按照幂函数变化时,通过变量代换,给出描述发电机转子相对角速度和线路增量功率传播的洛默尔方程,求出用贝塞尔函数表示的稳态精确解,推导出机电波的特性阻抗和波头速度表达式。最后,给出不均匀连续体系统中机电波传播的一个算例。结果表明,连续体电力系统的参数不均匀会导致机电波发生波形畸变,在任何位置都可能发生反射,而且机电波的传播速度和特性阻抗均为空间位置的函数。     

基于实际交直流互联大电网的机电扰动传播

以我国南方电网系统为蓝本,研究机电扰动在实际大电网中的传播特性。分析电力系统频率时空分布特性,给出扰动传播速度的估算方法;利用PSD-BPA机电暂态仿真程序模拟系统中不同位置发生切机故障时的频率响应特性,估算出扰动传播到各观测点的时间和速度,对比分析得出扰动在实际大电网中的传播特性;针对纯直流连接的异步互联电网,仿真研究送受端电网的频率响应特性以及受端电网扰动对送端电网的影响,并讨论直流系统传播扰动的机制。最后对本文工作得出的结论进行总结,为今后基于机电波理论研究互联大电网广域稳定控制提供参考。     

风力发电对系统频率影响及虚拟惯量综合控制

针对大规模风电接入引起系统等效转动惯量下降、系统频率稳定风险上升的问题,在分析电力系统调频过程与风电常规虚拟惯量调频的基础上,建立了含风电的电力系统频率动态响应模型,研究了风电及调频参数对系统频率动态特性的影响及变化规律。提出了基于选择函数的风电机组新型虚拟惯量综合控制方法,利用有限风电机组转子动能,有效增加了系统等效转动惯量,同时避免了传统控制所造成的功率二次跌落。在MATLAB/Simulink中建立了系统仿真模型,仿真验证了控制策略有效性及对频率动态特性的改善作用。     

电力系统机电扰动传播研究综述

传统基于数学模型仿真的方法难以有效解释电力系统机电动态过程的内在机理,机电波理论研究的逐步深入为此提供了新的理论工具,它从波动力学这一全新视角来分析电网中扰动的传播过程,对于揭示电力系统的机电动态机理并据此提出有效的控制措施具有重要意义。论文从扰动传播模型、传播特性、机电波控制器和机电波理论的初步应用等4个方面较为系统地归纳和总结了机电波传播研究领域的方法和成果,同时提出了包括模型优化改进、特性阻抗计算、振荡机理分析、稳定控制综合应用等8个该领域亟需解决的关键问题和有待进一步研究的重点内容。     

厘米级短间隙不均匀场正流注数值仿真分析

为了克服二维不均匀场流注仿真求解中数值求解复杂及难收敛的问题,笔者提出了一个准一维流注发展等效模型,实现了不均匀场中流注发展仿真。基于该流注发展等效模型,对典型的厘米级棒—板间隙中正流注发展微观物理过程进行研究,获得了空间电场、电势、电荷密度分布及流注发展速度等重要微观物理量的变化特性。同时讨论了等效模型中流注通道外形对流注放电物理特性的影响,确定了合理选择流注通道外形的原则。     

直流频率限制控制器参数多目标双层优化设计方法

异步联网方式下,送端电网转动惯量减小,频率问题突出,直流频率限制控制器(FLC)能有效改善送端电网频率特性。提出了一种直流FLC参数多目标双层优化设计方法。首先,分析了直流FLC参数对其频率调节特性的影响。在此基础上,考虑大功率阶跃扰动和连续小负荷扰动2种运行工况的特点,兼顾直流FLC的频率调节效果、动作特性以及对受端电网频率的影响程度多个目标,构建了直流FLC参数双层优化模型。然后,根据所建模型的特点采用进化算法分层递进求解优化问题,实现了对直流FLC参数的综合最优设计。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台中搭建了2区域4机直流异步互联电网模型。仿真结果验证了所提方法不仅能够保证直流FLC对送端电网频率的有效调节,还可改善直流FLC的动作特性,缓解直流FLC对受端电网频率造成的影响。     

基于机电波传播理论的柔性功率调节器稳定控制方法实验研究

柔性功率调节器(FPC)是一种集成了飞轮储能技术和双馈电机技术两者优点的新型FACTS装置。而机电波传播理论是一种分析和研究电力系统有功功率振荡的新思路。本文将机电波理论应用于提高实际电力系统稳定性,分析了单机系统中机电波传播特性,提出了基于该理论的FPC稳定控制方法,为所研制的380V/4kW FPC样机设计了稳定控制器。样机动模实验结果表明,FPC能够有效地提高系统稳定性,从而验证了所提方法的可行性和FPC技术的实用性。     

电力系统连续体模型中机电波传播特性研究

该文根据电力系统连续体模型中线性化的波动方程，用解析方法研究机电波的传播特性。根据Peterson法则，研究连续体模型中的集中参数元件发电机对机电波传播过程中反射和透射的作用，证明连续体电力系统的机电动态能表达为机电波在连续体2端多次反射和透射过程的叠加，为从机电波传播的角度揭示电力系统机电动态的内在机理建立了一定的基础。最后通过对1个实例的仿真分析，证实该文理论的正确性。     

无标度网络特性电网的连锁故障脆弱性评价

本文基于复杂网络理论,考察了无标度电网中节点的异质特性,提出以负荷损失度作为连锁故障评价指标以及制定多种故障模式,重点分析了基于无标度特性电网中的连锁故障传播机理,考察了电网无标度网络特性对连锁故障传播机制的影响。对实际电网的拓扑特性研究以及故障仿真结果表明:具有无标度特性电网其自身的结构脆弱性是造成大规模连锁故障迅速蔓延的最根本原因。在进行电网规划时,改善电网资源配置,尽可能避免节点负载分布的极不均匀性将有助于降低大规模连锁故障在电网当中发生的概率,对保证电网安全可靠运行具有重要意义。     

基于时间差定位法的电力系统扰动源定位

在大规模互联电网中系统频率动态具有时空分布特性,且传播速度远低于光速。借助电网频率动态的传播特性及不同节点处频率响应的时间差对电网的扰动源进行定位,首先利用Floyd算法计算各节点之间的最短传播路径,根据传播路径的物理参数确定传播速度,然后借助时间差定位法（TDOA）对电网的扰动源进行定位,最后将所提方法应用于3机9节点系统和某实际电网,分析结果表明该方法能够有效地对电网的扰动源进行定位。     

电力系统中机电扰动的传播特性分析

研究机电扰动在均匀离散的链式电力系统中的传播规律。通过Laplace和Z联合变换，用Bessel函数表示出机电扰动在均匀离散系统中的变化特征，得出扰动的增衰规律与连续体模型中机电波的增衰规律完全相同，而且离散系统中扰动传播到每一条母线所需要的时间与连续体模型中机电波传播到相应母线所需时间也完全相等。最后用一个由64台发电机组成的环形离散仿真系统，证实用离散模型和连续体模型描述电力系统中机电扰动传播的合理性和正确性。     

大规模电力系统频率动态分析

给出美国东部电网和中国川渝电网的频率动态测量结果,并分析频率动态的时空分布特性。阐述频率动态研究的一些重要方法和结论,指出现有方法分析大规模电网频率动态的不足。从理论上探讨大规模电网频率动态分析的机电波方法,推导出频率波方程和频率波色散关系,从而提出了一种从频率波传播分析频率动态时空特性的新方法。     

计及等效转动惯量的储能最优调频控制方法

未来电网侧大规模储能将承担系统更多调频任务,因此研究储能系统提供的等效转动惯量是十分必要和有益的。根据系统频率变化等效原则,研究了储能系统转动惯量计算方法,同时比较了典型控制方式下的储能系统转动惯量特性,给出了储能系统不同控制方式的应用场景。根据储能系统不同控制方式下的等效转动惯量特性,给出了一种最优调频控制方法。通过建立仿真环境,对不同控制方式下的储能转动惯量进行计算,对储能系统不同控制方式在频率变化的不同阶段进行分析,验证了理论分析结果的正确性及最优调频方法的有效性。     

基于扰动传播时空相关性的电网扰动事件快速定位方法

广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)为快速准确地定位扰动事件提供了量测信息和数据基础。然而,由于电网中有限的同步相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)布点以及通讯堵塞、硬件故障、GPS信号丢失和网络攻击等原因带来的数据质量问题,使得量测信息呈现不冗余性,给定位带来额外的挑战。该文提出一种适用于PMU量测信息不冗余场景下的电网扰动事件快速定位方法。利用主站电压相角量测数据生成Hankel矩阵,提出一种基于奇异值分解的扰动响应时间检测方法。基于电网子拓扑中的PMU测点以及网络拓扑连接关系,分别从时间和空间维度提取了表征扰动传播的时间差特征和空间距离差特征。进而,通过扰动传播的波速,耦合扰动传播空间距离差特征,提出基于时空相关性的自适应电网扰动事件定位方法。通过扰动传播过程的时空约束特性,实现了电网量测信息在时间维度不冗余的情况下,快速定位扰动事件的功能。基于IEEE 10机39节点系统和中国某西部实际电网,验证了所提方法的有效性和鲁棒性。