超低频振荡主导机组的在线监控方法

电网超低频振荡是由于水电机组机械转矩负阻尼导致一次调频控制过程不稳定引起的,而实际运行中,现有监测系统不能监测机组的机械功率,导致运行人员无法识别超低频振荡主导机组,无法快速平息振荡。文中分析机械转矩与电磁转矩阻尼特性的关系,提出了一种机械转矩阻尼的在线评估方法,实现超低频振荡主导机组的在线辨识,并退出其一次调频,抑制频率振荡。仿真结果及实际PMU录波曲线验证了文中方法的有效性,为超低频振荡的在线控制提供了有效技术手段。     

多机系统超低频振荡分析与等值方法

实际电力系统中多次发生的超低频频率振荡在振荡形式及机理上与低频振荡存在显著区别。在多机系统中对超低频频率振荡问题进行了分析。超低频频率振荡中,所有发电机转速同调变化,系统频率整体振荡。提出一种适用于超低频频率振荡分析的系统等值方法,将多机系统等值为单机单负荷系统进行分析,提高计算效率。各发电机原动系统的阻尼转矩相互解耦,和电磁功率中的阻尼转矩加和后共同影响系统阻尼比。研究结果可为实际系统超低频频率振荡的分析与控制提供指导。     

电力系统一次调频过程的超低频振荡分析

实际系统中多次发生一次调频过程不稳定导致的超低频频率振荡事件,在机理和表现上与传统的低频振荡存在显著区别。超低频频率振荡属于频率稳定的范畴,单机单负荷系统是研究该问题的最简系统。基于单机单负荷系统研究了超低频频率振荡的振荡频率、阻尼、振荡表现等关键特征。解析推导了简化模型下的振荡频率和阻尼并分析其影响因素。引入伯德图方法分析详细模型下的振荡频率和阻尼,幅值交接频率、相角裕度分别与振荡频率、阻尼比对应。证明了阻尼转矩法在分析原动系统阻尼特性时的适用性。采用相量图方法说明超低频频率振荡中机械功率的振荡幅度大于电磁功率。     

基于振荡能量的低频振荡分析与振荡源定位:（一）理论基础与能量流计算

提出了一种基于振荡能量的低频振荡分析方法。该方法通过网络中的振荡能量流评估元件的阻尼特性、定位负阻尼发电机和外施周期性扰动的位置。文中首先证明了发电机能量消耗和其阻尼转矩的一致性。然后利用广域测量信息,建立了不需要构造能量函数的网络中振荡能量流的计算公式。由于流入支路的振荡能量包含支路暂态能量的变化以及支路消耗或产生的能量,因此提出了一种计算能量流的实用方法,以减少其中的暂态能量分量,而只计算出支路消耗或产生的能量。由于系统的总能量与振幅对应,因此消耗能量的元件对振荡衰减的贡献为正,具有正阻尼,而产生能量的元件是振荡源。利用发电机的能量消耗来估计其阻尼转矩系数,与阻尼转矩分析的结果相符。利用能量流即可定位振荡源。     

自动发电控制振荡中元件与控制环节的阻尼特性分析

电力系统中的有功频率控制过程包含一次调频环节和自动发电控制(AGC)环节,频率振荡中与AGC环节强相关的振荡被称为AGC振荡。为研究不同的有功频率控制过程对于AGC振荡的阻尼贡献,将阻尼转矩法应用到AGC振荡分析中,提出AGC振荡中的机械功率阻尼转矩系数的计算方法,在单机单负荷系统中阻尼转矩系数可通过传统的将特征值代入传递函数的方式得到,但传统方法在多区多机系统中不适用。为此,提出了利用模态计算阻尼转矩系数的方法,推导了阻尼转矩系数与AGC模式稳定性的关系。结果表明,阻尼转矩系数为正时,机械功率为系统提供正阻尼,相反则提供负阻尼,且验证了阻尼转矩法在AGC振荡中的适用性。将阻尼转矩系数分解到各有功频率调节过程中,结果显示在AGC振荡中,由于AGC环节的相位滞后较大,而一次调频环节的相位滞后较小,故AGC环节整体上提供的阻尼转矩系数容易为负,而一次调频环节整体上提供的阻尼转矩系数容易为正。但具体到单台机组中,AGC环节和一次调频环节提供的阻尼转矩系数皆既可能为正,也可能为负。最后,利用阻尼转矩法分析了部分参数对于AGC振荡的影响。     

次同步振荡中暂态能量流与电功率和阻尼转矩的关系

暂态能量流法是一种新的振荡分析方法,可用于多种振荡的扰动源定位和阻尼评估。文中进一步研究了其在次同步振荡中的物理意义。推导了暂态能量流与次同步功率、超同步功率之间的关系,暂态能量流的能流功率正比于超同步功率和次同步功率之差。在含串补的次同步谐振系统中,电阻可能消耗或产生暂态能量,产生暂态能量时即为负阻尼,电感和电容表现为零阻尼,但会通过改变线路电流而极大地影响电阻的阻尼特性。通过比较暂态能量流与电气子系统阻尼转矩系数,验证了上述推导的合理性。最后,在不同算例中的仿真结果验证了结论的有效性。     

水轮机调速器参数对电力系统超低频振荡的影响

实际电网中多次发生超低频振荡事件,研究发现调速系统产生的负阻尼是引起超低频振荡的重要原因。该文分别推导了水轮机调速系统在考虑PID参数下的阻尼转矩系数,并且通过分界频率和实际振荡频率分析了水轮机调速系统的阻尼特性。基于单机系统,采用粒子群优化算法对调速器PID参数进行优化,优化目标函数同时考虑了水轮机的转速偏差和调速系统的阻尼转矩,并通过阻尼转矩法比较了优化前后系统的阻尼变化,同时利用附加控制器的方法增加了系统的正阻尼,达到抑制超低频振荡的目的。最后,在4机2区域系统和云南电网中某实际直流孤岛系统中验证了超低频振荡是由调速系统产生的负阻尼所引起的。     

一种抑制超低频振荡的水电机组调速器参数协调优化方法研究

基于最小二乘法实现了在线拟合发电机机械转矩阻尼系数,可准确评估机组对超低频振荡的贡献度。同时提出一种抑制超低频振荡方法,该方法首先对系统状态子空间进行辨识,并结合改进粒子群算法协调优化机组调速器PI参数,实现了对超低频振荡的抑制。最后,利用PSASP软件在改进的EPRI 36节点模型进行了仿真验证,结果表明所提方法能有效抑制超低频振荡。     

水电机组超低频振荡贡献度排序及抑制方法研究

文章分析了超低频振荡产生机理,构造了哈密顿能量函数,研究了水电机组注入系统能量变化量,将水电机组对超低频振荡的贡献度排序。文中提出一种基于调速器附加阻尼控制的超低频振荡抑制方法,利用TLS-ESPRIT辨识算法和改进的混沌粒子群算法对附加阻尼控制器参数进行优化,实现了对水电机组调速器的相位补偿,抑制了超低频振荡。最后,在改进的四机两区域模型中进行了仿真验证,结果表明所提出的方法能有效评价水电机组对超低频振荡的贡献度,抑制超低频振荡。     

基于系统暂态能量函数及直流灵敏度排序的多直流调制协调策略

超低频振荡是异步联网后送端电网出现的频率稳定新问题。水电机组提供负阻尼是超低频振荡产生的直接原因,而直流调制是抑制系统频率振荡的有效手段。该文根据暂态能量函数,计及直流调制量限制,从能量的角度分析直流调制抑制系统振荡的条件;并定义机组能量参与权重,推导实际系统中某一振荡模式下暂态振荡能量的计算公式;然后基于子空间模型辨识的方法,计算模式可控矩阵,由直流调制灵敏度形成直流调制顺序表;最后由系统暂态振荡能量及直流调制顺序表,确定参与调制的直流,以此对系统进行状态空间辨识,并结合一种新的改进粒子群算法(particleswarm optimization,PSO),对参与调制的直流参数进行优化,实现对系统频率振荡的有效抑制。     

电力系统稳定器影响频率振荡的机理及阻尼分析方法

频率振荡是有功频率控制过程的小扰动稳定问题。已有研究集中于发电机调速器和原动机环节的分析。电力系统稳定器也可用于抑制频率振荡。分析了发电机励磁系统影响频率振荡的机理,当负荷具有电压调节效应时,则发电机励磁系统通过影响负荷电压进而影响负荷功率,从而对频率振荡产生影响。给出了频率偏差通过电力系统稳定器、励磁、网络、负荷等环节影响电磁功率的过程,利用阻尼转矩法计算电磁功率阻尼系数并分析了电力系统稳定器的影响。提出了多机系统中不同发电机电力系统稳定器对频率振荡阻尼影响大小的评估方法,选择影响大的发电机进行参数优化可更加有效地提高频率振荡阻尼。利用IEEE的4机2区系统对分析结论进行了仿真验证。     

基于振荡能量的低频振荡分析与振荡源定位:（二）振荡源定位方法与算例

系统的总能量与振幅对应,产生能量的元件对振荡衰减的贡献为负,可认为是振荡源。负阻尼发电机以及外施周期性扰动所在元件都会产生能量,文中推导了发电机上外施扰动产生能量的表达式。根据网络中的能量流,找到产生振荡能量的能量源,能量源就是振荡源。在振荡源处采取控制措施可有效抑制振荡。在分析网络中的能量源以及能量流动的基础上,提出了利用电网中的振荡能量流定位振荡源的方法。该方法只需要广域测量信息,可在线应用。仿真结果以及实际电网振荡事故分析的结果验证了该方法的有效性。     

储能装置抑制电网功率振荡的参数优化设计

在分析储能装置抑制电网功率振荡机理的基础上,提出了一种可协同惯量控制与阻尼控制的储能装置控制器参数优化设计方法。首先在电气转矩分析法的基础上,建立含储能装置在内的单机无穷大电网机电时间尺度数学模型;然后依据储能装置抑制功率振荡机理分析结果,在反馈发电机转速控制的基础上,建立系统优化模型。通过对优化模型的求解,设计储能装置的控制器参数,使储能装置提供的惯量效应、阻尼作用可以根据电网的运行状态在线地自适应调控,以此改善同步机系统固有的惯量特性和阻尼能力,提高储能装置抑制电网功率振荡时的动态性能。最后,仿真结果验证了所提控制策略及其参数优化设计方法的有效性。     

基于多信息源的大电网低频振荡预警及防控决策系统

低频振荡是威胁互联电网安全稳定运行的关键因素之一。负阻尼机理低频振荡和强迫功率振荡在我国均有发生。基于WAMS和EMS实时多信息源相结合,提出一种将低频振荡实时监测预警、扰动源定位、动态稳定控制策略在线搜寻综合应用于大电网的动态稳定防控方法。阐述了系统整体功能架构,介绍了多机理低频振荡防控并行技术方案。通过Prony计算、振荡能量指标、运行参数特征值灵敏度分析、模式匹配策略等方法实现低频振荡在线预警及防控,并指出了所涉及的关键技术。该系统可实现大电网低频振荡快速量化评估与辅助决策,对提高电力系统动态安全预警及防控水平,具有重要理论指导和工程实践意义。该原理方法在河南省互联电网低频振荡防控系统中得到实际应用。     

基于振荡分群辨识的低频振荡控制方法

电网因机组原因引发的局部模式低频振荡问题日益突出。快速锁定振荡源并采取相应控制措施是平息振荡的关键。为此文中提出一种基于振荡分群辨识的低频振荡控制方法。该方法首先通过对系统各发电机的同步相量实测有功功率数据进行检测,辨别发生振荡的机组;然后根据各机组间角速度的相关系数将振荡机组分为主动群和被动群,主动群中的机组是引起振荡的主要原因并产生振荡能量,而被动群中的机组被带动振荡并消耗振荡能量以维持系统总能量守恒;最后根据分群结果锁定振荡源机组并采取相应措施控制平抑低频振荡。实际工程应用案例结果表明,该方法能够有效锁定振荡源,并帮助调度人员快速平息低频振荡。     

多区域单机等效法分析和控制故障后区间振荡

针对故障后系统的区间振荡,提出改进的单机等效法分析不同区域间的相互作用,并制定相应的控制措施。根据故障后各发电机功角的振荡轨迹,将系统划分为若干个主导振荡区域和非主导振荡区域,并将多区域系统进一步等效为单机无穷大母线(one machine infinite bus,OMIB)系统。定义并计算不同区域间的相对动能及OMIB系统动能,用于分析不同区域间的非线性相互作用。采用傅里叶频谱分析和Prony分析辨识OMIB系统参数,得到故障后系统的主导振荡模式及相应的阻尼比。基于上述分析,提出调整故障前各区域发电机出力的方法以减少区间的相对动能,抑制互联区域振荡。算法用于分析和控制IEEE5区域16机标准测试系统的故障后区间振荡。仿真结果表明,算法不但能准确辨识故障后的主导振荡模式,且能分析多种区间模式的非线性相互作用;控制措施显著地提升了系统阻尼,抑制了故障后系统的区间低频振荡。