水轮机详细模型对电力系统暂态稳定分析结果的影响

电力系统仿真研究中常采用简化的理想水轮机模型,水轮机详细模型对于电力系统暂态稳定分析结果的影响尚有待研究.文中介绍了水轮机的三种线性模型和三种非线性模型,包括基于全特性曲线的水轮机模型、水轮机内特性模型、水轮机简化解析非线性模型、基于模型综合特性曲线的水轮机线性化模型、基于水轮机内特性解析的线性化模型、理想水轮机模型.针对不同水轮机详细模型对电力系统暂态稳定分析结果的影响和适用范围进行了仿真比较分析.仿真结果表明不同的水轮机详细模型对电力系统暂态稳定分析结果的影响不大;电力系统的暂态过程对水力系统来说不一定是大扰动;不同的水轮机详细模型得出的电力系统中、长期暂态稳定仿真结果是不同的,因此在进行中、长期暂态稳定仿真分析时应采用水轮机详细模型.     

水轮机微机调速器PSD-BPA模型及应用

为给电力系统暂态稳定分析提供适用于水轮机微机调速器的PSD-BPA模型,依照水轮机微机调速器的典型结构,选用4.15版PSD-BPA暂态稳定程序提供的调节系统模型4(GM卡)和电液伺服系统模型(GA卡)分别代表其2个组成部分——微机调节器和机械液压系统,给出了2个模型中参数的意义及其获取方法,并利用某水轮机微机调速器参数进行了仿真,不同幅值频率阶跃扰动下的调速器响应均与实际一致,表明所构成的水轮机微机调速器模型环节考虑周全,参数与实际相应且易于获取,能够准确仿真电力系统暂态过程中实际调速器的工作。     

复杂水力系统模型对多机系统暂态稳定计算的影响

以具有上下游调压井的典型复杂水力系统为对象,建立了用于电力系统暂态稳定分析的水轮机和输水系统不同形式的数学模型。利用电力系统分析综合程序提供的用户自定义模型接口功能,在多机系统暂态稳定计算中分别计入水力系统不同模型,分析了水轮机和输水系统不同模型对暂态稳定计算结果的影响。     

高压直流建模研究的相关问题

总结了电力系统稳定性分析中高压直流输电系统的一般性建模方法;讨论了直流模型的分类及模型的适用性;分析了常用商用电力系统分析软件中的直流模型,建议开发商适当增加内置直流模型与用户自定义模块间的接口,以拓展直流模型的适用范围;重点分析了基于采样数据建模方法和动态相量理论对直流换流器准稳模型的改进。认为采样数据建模方法建立了适合于电力系统次同步振荡研究的换流器小信号模型,但不能用于电力系统暂态稳定仿真计算中;动态相量法推导了换流器的大信号模型,但仍不能正确反映换相失败现象和不对称工作条件下高压直流系统的动态行为。认为在大规模交直流电力系统的暂态稳定性研究中,机电-电磁混合仿真思路较有潜力,而其关键问题在于各种扰动下电磁暂态仿真范围的合理确定。     

水轮机调速系统的非线性自适应控制

水门开度控制不仅对电力系统暂态稳定性的改善有极其重要的作用,而且对抑制电力系统低频振荡、改善动态品质也有不可低估的作用。国内外水轮机调速器的控制器设计通常是基于具有准确参数的理想水轮机模型。论文考虑了水轮发电机固有的非线性以及水轮机参数的不确定性,基于微分几何理论和自适应控制方法推导了水轮机调速的非线性自适应控制律(NAC)。数字仿真试验表明,所设计的调速器控制律具有较强的参数自适应能力,在改善系统动态特性和提高系统大干扰稳定性方面优于未考虑参数不确定的非线性控制律(CNGC)。     

水电高占比电网中水轮机模型对频率振荡特性影响及其适应性分析

在小电网中,频率稳定是系统暂态稳定重点关注对象之一。水电高占比时,水轮机及其调速器模型的准确性直接影响频率稳定分析结果。针对该问题,对比分析了采用理想模型、基于运行点变化模型、传递系数模型的电网频率动态特性。通过水电机组传递函数,量化分析了不同水头高度及机组不同出力运行时的振荡频率和阻尼特性。通过暂态仿真,研究了不同模型对机组不同运行点扰动后的频率的振荡特性。最后给出了适用于工程计算的水轮机仿真模型建议。     

PSD-BPA程序内水轮机仿真模型的改进

为提高PSD-BPA暂态程序中水轮机仿真模型的仿真精度,给电力系统稳定计算提供更加精确的机组仿真模型,以水轮机线性化模型为基准,分析水轮机仿真模型仿真结果与实际相差较大的原因,并对模型进行改进,在水轮机力矩对开度传递系数处添加机组出力P与导叶开度Y的关系曲线模块(简称出力–开度模块),并在模型中添加偏差求取模块,形成改进的水轮机模型。对模型进行验证,仿真结果与实测曲线吻合度高,实时验证模型仿真结果是否符合标准,可大大提高水轮机仿真模型的仿真精度。     

考虑水力系统详细模型的电力系统暂态过程仿真

以小浪底水电站为对象建立了用于电力系统暂态稳定分析的不同形式的水力系统数学模型,包括不均匀单管刚性水击模型和弹性水击模型以及计及机组间水力耦合的两元输水系统弹性水击模型、水轮机的线性化模型和非线性模型.利用电力系统分析综合程序提供的用户自定义模型功能对河南电网进行了暂态过程仿真,分析了不同水力系统模型以及水力耦合对电力系统暂态稳定性的影响.     

双馈风电机组低压穿越特性对电力系统暂态稳定的影响

双馈风电机组(DFIG)的低压穿越(LVRT)特性与同步发电机不同,使得大规模DFIG接入电力系统后同步发电机的功角特性发生改变,因此分析系统暂态稳定性时有必要考虑DFIG LVRT行为的特殊性。推导机电暂态时间尺度下DFIG撬棒未投入和投入2种工况下的等值模型,基于该模型对典型LVRT策略下DFIG的外特性进行分析;基于等面积定则研究DFIG LVRT策略中无功补偿系数与撬棒电阻对电力系统暂态稳定的影响。时域仿真结果表明,提高无功补偿系数和增加撬棒电阻有利于电力系统的暂态稳定性,验证了理论分析的正确性。     

适用于电力系统稳定分析的冲击式水轮机调节系统动态模型

为了研究冲击式水轮机接入电力系统的稳定性,建立了一种冲击式水轮机的数学模型。该模型包括考虑水轮机流量与机械功率非线性关系的水轮机解析非线性模型、引水系统弹性水击模型、喷针开度控制模型、折向器控制模型。仿真计算了其调节特性,与实测结果对比验证了所建立模型的有效性。结合云南电网的暂态过程仿真,分析了不同的冲击式水轮机及调速器模型对电力系统暂态稳定性的影响。结果表明,考虑水轮机流量与机械功率非线性关系和弹性引水系统水击的解析非线性水轮机模型能更有效模拟冲击式水轮机特性。     

基于结构保持模型的大型风电场的等值方法

基于结构保持模型的概念,在满足等值机终端母线等值前后电压、电流保持不变及等值母线注入功率等于所有被等值机功率总和的前提下,推导了大型风电场双馈机组等值模型及其励磁系统等值模型;并进行了实例等值仿真.仿真结果表明,与传统的按容量加权等值方法相比,基于结构保持模型等值方法能更好地反映电力系统的暂态特性.这是分析大型风电场对电力系统暂态影响的一种有效等值方法.     

电力系统仿真计算用水轮机建模技术研究

针对目前电力系统仿真计算所采用的水轮机模型精度较差的问题,对水轮机及其有压引水系统进行了分析;根据电力系统仿真计算的要求,简化和改进了水轮机及其有压引水系统仿真模型,提出了根据机组引水系统的特性来选择相应的水击模型的建议。仿真实例说明,改进后的模型仿真精度得到了提高,可用于系统仿真计算。     

一种极坐标系的感应电动机三阶机电暂态模型

感应电动机负荷模型是电力系统暂态计算和稳定性分析的基础。通过理论推导计算,提出一种基于极坐标表示的感应电动机三阶机电暂态仿真模型。首先将感应电动机的转子暂态电动势相量表示为极坐标形式,然后将暂态电动势幅值和相角分别对时间求导,最后结合转子运动方程得到极坐标系下的三阶机电暂态模型。以IEEE 9节点系统为算例进行时域暂态计算,从动态功率响应特性及其故障恢复过程中对负荷母线电压影响的两个角度,与PSD-BPA机电暂态仿真程序仿真结果进行比较,验证了所推导电动机模型的准确性和有效性。     

暂态低压减载对电力系统仿真结果的影响

电力系统暂态稳定性是评估电力系统稳定性的重要方面,它的可信度很大程度上决定了电力系统规划、运行的有效性和合理性。目前,电力系统暂态稳定仿真可信度提高的瓶颈在于负荷模型,虽然近年来出现了许多新型实用的负荷模型,但负荷的一些固有特性,尤其是暂态低压减载特性并没有在暂态稳定仿真当中得以体现。为验证暂态低压载特性对暂态稳定仿真的影响,本文以CEPRI-36节点系统为例,比较了不同负荷模型在发生暂态低压减载和未发生暂态低压减载情形下对暂态稳定仿真结果的影响,结果表明负荷的暂态低压减载特性和负荷模型一样都对仿真结果有着很大的影响,这种特性应该在暂态稳定仿真中加以考虑。     

高压直流输电动态相量模型的改进

动态相量已经被引入到HVDC建模中,其用开关函数来表示阀的开关状态,具有较好的精度。基于HVDC次同步振荡分析的需要,考虑晶闸管的死区特性和触发方式的影响,对HVDC的动态相量模型提出了改进,并在电磁暂态仿真平台上建立了改进后的HVDC动态相量模型。然后基于HVDC的基准系统,在统一的电磁暂态仿真平台下与HVDC的电磁暂态模型进行了仿真比较,对比不同频率扰动下交直流系统相关状态变量的时间响应曲线,较为严谨地验证了改进的HVDC动态相量模型在不同频段的适用性。     

风电接入比例对电力系统暂态功角稳定性影响的分析方法

随着风电在电力系统中的占比越来越大,分析系统对风电的接纳能力日益重要。针对风电接入比例对电力系统暂态功角稳定性影响的研究尚不充分,在分析双馈风电机组对系统暂态稳定性影响途径的基础上,提出一种有利于系统暂态稳定性的最佳风电接入比例分析方法。通过风电场的等效导纳模型和节点导纳矩阵的收缩处理,依据扩展等面积定则构建了含有风电接入比例参数的系统等效转子运动方程,分析了风电接入比例对系统转子运动方程中各个参数的影响,推导得到系统功角加速度与风电接入比例的函数关系,使风电接入比例对系统暂态稳定性的影响分析得以量化。在此基础上可以确定有利于系统暂态稳定性的最佳风电接入比例,为系统中风电接入情况的合理配置提供理论指导。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,对风电场不同接入比例以及不同低电压穿越方案下的系统暂态稳定性进行仿真对比分析,验证所提理论分析方法的正确性。     

基于暂态能量函数混合法的电力系统脆弱性分析

电力系统在遭受大干扰后失稳的后果非常严重,甚至是灾难性的,从暂态稳定方面分析系统的脆弱性具有重大的研究价值。采用暂态能量函数,结合暂态稳定分析中数值仿真法和直接法两种基本方法,同时考虑预想事故概率,从暂态稳定安全角度快速、定量评估电力系统的脆弱性。基于事故概率与暂态能量裕度构建相关脆弱度指标,并根据临界机群状态以修正暂态动能,改进不同事故下系统脆弱性的评估精度,同时确定系统的薄弱环节。通过对IEEE 5机14节点系统的仿真,验证了该方法的合理性与有效性。     

汽轮发电机组故障暂态电磁力矩计算

在具有串补的系统三相短路故障情况下,对暂态电磁力矩进行解析计算,分别给出了故障分量网络的数学模型,推导得到了暂态电磁力矩的初始幅值,暂态电磁力矩的衰减系数。应用PSCAD/EMTDC进行仿真分析,基于IEEE第一标准模型进行仿真分析。针对不同的故障发生位置,故障回路分别包含串补电容与不包含串补电容,在2种情况下仿真分析与理论推导所得到的结果一致。将推导得到的暂态电磁力矩解析式带入到轴系模型中,估计瞬时故障下轴系模态模型扭振的响应峰值。     

负荷模型对西藏林芝电力系统暂态稳定计算的影响

本文以西藏林芝电力系统中新线发生三相短路为背景,对比研究恒定阻抗、静态特性、综合负荷模型对电力系统暂态稳定计算的影响。研究中,同步发电机采用含有暂态参数的凸极式发电机模型,调速系统采用水轮机调速器和原动机相结合的模型。研究表明,三种负荷模型的暂态数值字仿真结果虽有一定差异,但没有本质的区别,三种负荷模型对林芝电力系统暂态稳定功角计算均具有较好的适用性。中新线三相短路持续2.5s时,电力系统能保持稳定且无不利影响。     

含VSC-HVDC交直流系统多尺度暂态建模与仿真研究

为满足对交直流系统电磁–机电暂态特性准确、快速和灵活仿真的需要,提出基于移频分析等方法的含柔性高压直流(voltage source converter-based high voltage directcurrent,VSC-HVDC)输电交直流电力系统多尺度暂态模型。移频分析法采用希尔伯特变换,通过移除或保留交流信号基频载波实现慢–快变化暂态的模拟。该文建立了VSC移频相量模型,推导出VSC移频域与其控制系统dq域的转换关系,选择性插入?模型获得直流输电线多尺度暂态模型,进而构建了全系统多尺度暂态模型。该模型通过设置仿真参数(如时间步长)能够满足不同时间、不同电网位置电磁或机电暂态仿真的需求。仿真结果表明,所提模型不仅准确描述了VSC-HVDC多尺度暂态过程,节省了计算时间,而且增强了交直流系统电磁–机电暂态混合仿真的灵活性。