基于能量函数的容量交换能力评估研究

在建立适用于暂态稳定分析的动态等值模型基础上,利用曲线积分法得到事故后系统的暂态能量函数、临界能量,通过分析计算得到暂态能量裕度;改变传输断面交换容量,设置有效扰动并进行能量函数分析计算得到暂态能量裕度随渐变交换容量变化曲线,依据暂态能量裕度临界指标,进行交换容量极限评估.实际算例分析证明所提方法有效、实用,且具有较高的精度.     

基于端口供给能量的特高压电网扰动冲击传播机理分析

针对某些情况下互联电网边缘地区故障会导致特高压联络线功率振荡甚至失稳解列的现象,将电力系统描述为端口互联结构,引入端口供给能量概念分析系统中各端口之间的能量流动。基于端口供给能量的分配定义支路暂态能量概念,推导出端口供给能量分配与线路电抗成反比,支路暂态能量大小与联络线功率振幅成正比的规律。对华中华北互联电网的仿真验证了上述规律,并在此基础上解释了扰动冲击在电网中传播进而影响系统稳定性的机理:由于发电和负荷比例悬殊,故障后产生的大量暂态能量难以就地耗散;又因为特高压联络线阻抗较小,暂态能量主要通过特高压联络线向周边区域转移,造成特高压联络线较其他超高压线路功率振荡幅度更大。仿真分析结果表明,利用所提出的端口供给能量方法能够清晰地阐述故障后系统中暂态能量的产生和流动过程以及特高压电网扰动冲击传播机理。     

基于多重约束的“三华”特高压电网功率交换极限评估

随着特高压交/直流混合电网的逐步建成,大区电网间必将存在大功率传输。为了确保电网在其安全稳定极限内正常运行,提出基于多重约束条件下的大区电网间功率交换极限计算方法。该方法采用基于改变的区间交换功率下的频率响应特性分析、静态电压稳定分析、以及暂态能量函数分析对系统功率交换能力进行评估,对比满足各个约束条件的功率交换极限,确定约束系统断面功率交换能力的决定因素,得到多重约束条件下的功率交换极限,并以此来指导区间功率分配方案的制定与优化。对"三华"电网的仿真分析表明,该研究所提方法能在考虑多重约束条件前提下快速准确地计算出电网的功率交换极限,计算结果误差均<6%,满足工程实际的精度要求,且该规划模型在最大交换功率下其特高压输电线路的输送功率在热稳定限制以内。     

基于暂态能量函数的核电机组接入电网暂态稳定性研究

针对核电机组接入电网的暂态稳定性进行了研究。利用电网动态等值建模方法,以核电机组为研究系统,其余部分为外部系统,将电网等值为2机系统。基于暂态能量函数法,对核电机组接入电网的暂态稳定性进行了仿真分析,并与时域仿真计算结果进行了比较验证。结果表明,等值模型能够较好地反映系统在受到扰动后的动态响应,基于暂态能量函数法分析结果与时域仿真分析结果吻合,且计算快速有效,所用方法能正确反映电网和核电机组暂态稳定状态。核电机组会受到电网扰动的影响,只要扰动清除迅速,系统和核电机组均可保持稳定运行。     

基于复杂网络和暂态能量函数的支路暂态脆弱性评估

电力系统在遭受大扰动后失稳可能造成严重后果,甚至引发灾难性事故。基于结构保持模型的多机电力系统暂态能量函数求解各支路势能。结合复杂网络的有向电气介数,考虑发电机出力变化对支路潮流的影响,计算出支路的状态脆弱性以及支路在系统结构中的重要程度。最后,基于结构和状态两因子构建了综合脆弱度指标,对电力系统支路的暂态脆弱性进行了综合评估。通过对6机系统进行仿真计算,验证了该方法能够有效地判断故障后系统的脆弱支路以及临界机群。     

考虑暂态稳定约束的联络线最大传输功率计算

由于确定电力系统联络线最大功率时要考虑其故障时对系统暂态稳定的影响,故提出了一种基于能量函数灵敏度的考虑暂态稳定约束的联络线最大传输功率计算方法。该法首先确定网络在临界或失稳情况下的能量裕度及能量裕度对各发电机有功出力的灵敏度,再用等步长法和二分法按各发电机能量裕度灵敏度的大小调整有功出力,结合时域仿真法的判稳校验求出考虑暂态稳定约束的联络线极限传输功率。该法计算简单、快速,较好的解决了考虑暂态稳定约束后计算负担过重和直接法偏于保守的问题。2个算例仿真测试证实了该法的有效性。     

定子绕组暂态过程对电力系统大扰动特性的影响

为了研究发电机3种机电暂态模型定子电压方程中定子绕组暂态(p)和转速变化(ω)对大扰动特性的影响,通过单机变压器双回线无穷大系统对3种模型在定子绕组暂态和转速单独作用以及共同作用等情况下的大扰动特性进行计算,得出定子绕组暂态对发电机大扰动的影响较大;在此基础上,将上述条件下3种模型的大扰动特性和暂态稳定极限与经过试验验证的时步有限元模型进行了对比。结果表明,计及定子绕组暂态和转速变化的3种机电暂态模型的大扰动特性和暂态稳定极限均与时步有限元结果更接近,并且在一定程度上提高了电网的最大传输功率计算值,为电力系统仿真中发电机的建模提供了重要的理论基础。     

基于支路势能法的电力系统暂态稳定性研究

电力需求紧张和大区间的电网互联,使得大扰动下电力系统的暂态稳定问题备受关注.暂态稳定分析目前最常用的方法仍是时域仿真法,而基于Lyapunov函数的能量函数法则为暂稳分析提供了新的途径.能量函数法是有效的暂态稳定性分析方法,由经典模型到结构保持模型、由全局能量函数到局部能量函数的改进使得该方法的精确性和实用性逐步增强.鉴此,对暂态稳定性分析的支路势能法在大系统上进行了研究和分析,提出了详细模型下的支路势能的表达式,并在UK20机100节点大系统上对其表征参数及多摆现象进行了验证.结果表明,支路势能法的稳定性指标能够准确地反映出系统的暂态稳定性水平,并具有良好的适应性.     

定义于输出轨迹的网络暂态能量函数

建立了计及输电线路暂态能量的网络暂态能量函数。分析支路暂态能量的变化规律,从系统 动态的角度研究支路暂态能量变化对系统暂态稳定性及网络参数和运行参数的影响。指出所 有支路中分担暂态能量最大的支路或割集是对系统暂态稳定性影响最为关键的输电环节,系 统的暂态稳定性取决于该环节的强壮程度。仿真算例进一步验证了分析结果的正确性。     

互联电网失步解列过程中的暂态动能变化规律研究

新能源高占比系统已成为我国电网未来发展的必然趋势。新能源出力的不确定性,使得振荡中心漂移风险增大,现有失步解列技术面临严峻挑战。受扰系统在故障清除后其机组间的动态行为可以划分为群间相对运动和群内相对运动,在此基础上通过选取不同的参考坐标系构造了群间暂态能量和群内暂态能量函数。分析计算发现,在解列时刻系统的暂态能量动能具有群间暂态动能突变为0,群内暂态动能保持不变的规律。依据这一规律,指出解列过程中群间暂态动能的突变是使系统解列后的暂态稳定性能够得到较大改善的重要原因之一。从能量的角度分析了在非振荡中心处解列与在振荡中心处解列之间的联系。通过IEEE 39节点系统及我国某区域电网模型对以上结论进行了验证。     

考虑事故后静稳的暂稳极限快速估算方法研究

我国大规模互联电网间功率频繁交换,单厂送出、典型外送系统暂态功角问题较为普遍,快速准确估算电网输电能力对增加系统安全稳定裕度和整体运营效率具有重要意义。文章基于等面积定则,分析惯性时间常数和静稳极限对电网暂态稳定传输功率极限的影响。在一定范围内转动惯量的增加,暂态稳定输送极限增大;事故前后静稳极限比值的减小,暂态稳定输送极限减小。结合大量工程经验,并引入K系数快速估算输电通道暂稳极限,通过系统外送功率的大量算例分析,验证了文中所提方法的有效性和实用性。     

识别输电网络脆弱环节的新方法

识别输电网络脆弱环节的新方法，基于保持多机系统原有结构模型，通过对大扰动后注入到系统中的暂态能量的变化和在网络中的分布情况，利用各输电支路脆弱性指标排序识别出1个临界割集，从而实现对输电网络薄弱环节的识别。该方法的有效性，用英国10机系统仿真试验得到验证。     

考虑系统故障响应轨迹的交直流混联电力系统暂态能量计算方法

为提升直接法分析交直流混联电力系统暂态稳定的准确性,提出了一种考虑系统近似轨迹的交直流混联电力系统暂态能量计算方法。通过对交直流混联电力系统等值模型仿真得到系统近似故障响应轨迹,根据系统轨迹上直流端口电压、相角以及直流电流的取值确定直流端口传输功率,进而沿系统轨迹对直流端口功率进行积分,计算直流系统势能,提升了交直流混联电力系统暂态能量计算结果的准确性。分别运用所提方法和不计系统响应轨迹的能量函数计算方法对交直流混联电力系统测试算例进行分析,并与PSD-BPA时域仿真结果对比,验证了所提方法的优越性。     

含暂态能量裕度约束多故障最优潮流计算

借助暂态能量裕度对发电机有功和无功出力的解析灵敏度，将暂态能量裕度约束直接加入最优潮流模型中，建立含暂态能量裕度约束多故障最优潮流逐次线性规划模型，采用单纯形法求解，取得了较好的效果。此外，还提出了根据大步长单故障最优潮流近似计算获得的暂态能量裕度进行故障扫描方法，并寻找到同一失稳模式下影响系统稳定的关键故障，验证了满足关键故障稳定性要求的最优潮流解可以同时满足同失稳模式下的其它故障的稳定约束。新英格兰10机39节点系统的最优潮流及暂态稳定计算验证了所提方法的有效性。所有优化结果均用一个在电力系统中广泛使用的暂态稳定仿真程序进行了验证。     

基于改进暂态能量方向的半波长输电线路保护方法

针对传统特高压保护方法难以直接应用于特高压半波长交流输电系统的问题,提出基于改进暂态能量方向的半波长输电线路保护方法。半波长输电线路测量阻抗随故障位置不再呈现单一线性变化,导致传统距离保护不能直接应用于半波长输电线路,而行波在超长线路上衰减损耗极大,难以准确检测行波波头,故行波保护亦难以用于半波长输电线路保护。因此,提出一种基于改进暂态能量的方向保护方法,通过线路两端检测到的暂态电气量计算输电线路三相瞬时功率,并通过瞬时功率的积分求取暂态能量,以暂态能量的极性构造区内、区外故障判据。经大量仿真验证,无论故障点位于线路何处该方法均能够可靠实现区内、区外故障辨识,此外暂态能量极性不受故障角、过渡电阻改变而改变,所需采样率仅10 kHz,仿真结果证明该方法准确、可靠。     

基于改进信号能量法估计暂态稳定极限

信号能量法是一种基于时域仿真数据来快速求取电力系统暂态稳定极限的方法。它的基础是认为在给定故障条件下，暂态电压响应的信号能量将随着功率增加而渐近增长，其渐近线对应于暂态稳定极限，从而建立信号能量与传输功率和稳定极限的解析函数关系。另外，对于不同功率水平的暂态仿真数据可以得到该水平下的暂态电压数值信号能量。应用这些数值信号能量和解析信号能量表达式即可对稳定极限做出估计。文中提出了两种新的解析信号能量表达式，即1阶近似法和3阶近似法。在新英格兰系统和四川重庆系统中的应用证实了所提出方法的正确性，并且与原方法比较，所提出的方法适应性更强，更有效。特别是1阶近似法能够保持以较高精度确定系统的暂态稳定极限。     

基于网络结构的暂态势能分布机理分析

深入研究暂态能量在网络中的分布变化规律,可以为电力系统稳定预测,电力系统脆弱环节的识别,以及电力系统的监测、控制装置在网络中的合理布点提供依据。文中通过分析等值两机系统受扰动后支路相角差、电压以及暂态势能的分布变化规律,揭示三者之间的内在联系,并从几何角度证明了支路相角差的变化与网络结构的关系。分析显示,支路势能的分布与相角差的变化是吻合的,在系统受扰动后而使其功角逐渐拉开的过程中,能量并不是均匀或按比例地分布在各支路中,而是随着稳定程度的逐渐恶化,越靠近振荡中心,单位长度电抗暂态势能分布越多,稳定裕度越小。当系统失稳时,包含振荡中心的支路暂态势能分布趋于无界;而所有不包含振荡中心的支路,其势能分布均为有界。对于多机系统网络,能量的散播仍主要取决于网络的拓扑结构和参数。仿真结果验证了所提方法的正确性。     

集群式岸电能量路由器供能精细化就地管控策略

统的能量路由器能量管理策略未考虑多台设备之间的柔性互联关系,且在港口应用中港机负荷的冲击性和新能源发电的波动性,使区域电网的可靠供电和经济运行面临挑战。为此,基于模糊逻辑控制提出了一种适用于集群式岸电能量路由器的供能精细化就地管控策略。该方法考虑了互联岸电能量路由器之间输出功率的耦合影响,并依据并网模式下可能的功率流向制定了保证电力用户经济效益的模糊控制规则,使储能输出电流根据电池荷电状态(state of charge, SOC)、电网电价以及各台岸电能量路由器净输出功率的变化进行动态调整。该方法计及了互联系统间的协同作用,构建了互联系统间各端口传输功率关系,有利于分布式能源跨台区协同消纳,且不需要上层调度控制,减少了对通信的依赖。仿真结果验证了所提控制策略的有效性和可行性。