死区和限幅环节对简化水电系统负阻尼时切换型振荡的影响

死区或限幅起作用的单机水电系统负阻尼时超低频频率振荡(切换型超低频频率振荡)可对应类Hopf非光滑分岔;同时,死区和限幅决定非光滑系统结构,影响系统振荡特性。有鉴于此,分析了一次调频中死区和限幅环节对死区和限幅参与的单机水电系统负阻尼时频率振荡及其类Hopf非光滑分岔的影响。具体地,首先,分析了典型死区下,有/无限幅的单机系统在突变负荷扰动下的平衡点和故障后轨线的类Hopf分岔特性;进一步,对比分析了有/无限幅、不同死区大小时,单机系统类Hopf分岔特性的变化情况。结果表明,对应振荡发生/消失的类Hopf分岔点受死区和限幅(系统切换边界)的影响。通过增大死区可在一定程度上避免切换型频率振荡的发生,而设置限幅可避免极端负荷扰动下,系统出现频率失稳的风险。     

电力系统超低频频率振荡机理分析与抑制研究现状与展望

现代电力系统中多次发生了超低频频率振荡事故,威胁电网的安全稳定运行。该文根据超低频频率振荡对应的数学模型、振荡轨迹特征,分析归纳超低频频率振荡的数学机理分类,即负阻尼振荡、强迫振荡、切换型振荡和其它复杂振荡4类,并从参数变化角度给出相应的分岔特性;进一步,基于上述机理分类,分别综述相应的分析方法;再次,从改善机组阻尼、改善系统阻尼和调整系统结构3个方面,分析超低频频率振荡抑制的研究现状;最后,针对目前研究较少的切换型超低频频率振荡,从分析模型、分析方法、动力学机理、物理特性、抑制手段、实际验证等角度,讨论未来可能的研究内容与方向。     

双馈风机系统的切换型混沌振荡及其非光滑分岔特性

新能源电力系统含限幅或控制切换等非线性环节,本质上为非光滑系统,其稳定性和失稳形式复杂。对此,研究了大扰动下双馈风机并网系统中由限幅饱和导致的混沌振荡失稳机理,在数学上对应着非光滑系统轨迹发生从收敛至平衡点到混沌的非光滑分岔。首先,介绍了切换动力系统(非光滑系统)的非光滑分岔和切换型混沌;其次,分析了交流故障后双馈风机系统发生的复杂振荡现象,利用功率谱和Lyapunov指数确认其为混沌振荡,并分析了其拟周期的频率漂移特性;然后,分析了混沌振荡与限幅饱和间的关系,揭示了该混沌是由多个限幅饱和(非光滑系统切换)引起的,本质上为切换型混沌振荡;最后,从短路比、故障条件和风速等角度分析了大扰动后的切换型混沌振荡的非光滑分岔特性,结果表明在较低短路比、较大故障冲击下系统更易发生切换型混沌振荡。     

并网VSC系统正阻尼时的一类切换型振荡分析

遭受大扰动作用后具有正阻尼特性的并网电压源换流器(VSC)系统仍存在振荡失稳风险,即当电流达到限幅值时会引发一类切换型振荡。为此,结合降阶模型分析其振荡原因。首先建立了并网VSC系统的简化状态空间模型,并分析了该模型的小扰动特性与该模型参数对小扰动特性的影响。其次分析了d轴电流达到限幅值对该系统正阻尼下动态的影响,发现大扰动下并网VSC系统会因d轴电流达到限幅值产生切换型振荡。再次从电流达到限幅值获得的降阶模型角度,揭示了该切换型振荡的产生原因在于物理降阶系统出现负阻尼振荡。最后讨论了物理降阶系统与原系统中振荡产生原因的关联性,可以推测物理降阶系统发生负阻尼振荡是原系统发生切换型振荡的必要条件。     

大扰动后正阻尼单机水电系统频率振荡的近似及适应性分析

实际电网中发生了多次与调速器的死区和限幅非线性切换环节相关的复杂频率振荡事故。针对相关近似分析仅考虑单一的死区问题,构建了同时考虑死区和限幅的分段描述函数,基于此分析了含死区和限幅的非光滑单机水电系统在大扰动后正阻尼时出现的频率振荡现象及其特性,并分析了描述函数法的适应性。结果表明,近似光滑系统中同时存在不稳定和稳定极限环,其中稳定极限环可近似对应大扰动后正阻尼的非光滑系统出现的死区和限幅起作用的切换型频率振荡,并进一步解释了不同限幅参数下,振荡幅值变化而振荡频率基本不变的现象。适应性分析表明,系统参数变化可能使得低通滤波特性变差,导致描述函数法近似非光滑切换型振荡的分析精度变差。     

含SVG的双馈系统切换型次同步振荡及其非光滑分岔特性分析

研究表明,改善电压稳定的无功补偿装置SVG (static var generator)可与双馈风机作用,形成次同步振荡,威胁电网安全。但其机理尚未完全明晰。有鉴于此,研究了含SVG的双馈系统的次同步振荡,说明其机理之一为限幅饱和引起的切换型振荡,并从非光滑分岔角度,分析切换型振荡随参数变化特性。具体的,首先介绍了切换型振荡和非光滑分岔,以及含SVG的双馈系统及其限幅环节;其次分析了含有SVG的双馈系统的切换型次同步振荡现象,并说明其是由限幅饱和引起的切换型振荡;然后分析了SVG不同控制参数对切换型次同步振荡的影响,确定与系统振荡相关的主要因素,给出了切换型振荡对SVG控制参数的非光滑分岔特性;最后分析了系统外部短路容量和故障严重程度对切换型振荡的影响,揭示了外部参数的非光滑分岔特性。     

单机等值系统调速器死区对频率振荡的影响

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。调速器死区给系统带来非线性,进而影响系统的频率振荡行为。基于单机等值系统,采用描述函数法分析了无阶跃死区、有阶跃死区和滞环死区这3种死区对频率振荡的影响。在复平面上,给出了死区描述函数的负倒数随振幅变化的轨迹,以及调速器、原动机、发电机构成的开环传递函数随频率变化的曲线,两者相对位置关系决定系统的稳定性。负倒数随振幅变化特性曲线完全位于开环频率特性曲线左侧时,系统稳定。其他情况下2条曲线一般会相交,交点对应极限环,极限环稳定与否决定于交点的具体形态。同时分析了单机等值系统中调速器死区对频率振荡的影响,调速器无阶跃死区和有阶跃死区都不会减弱系统稳定性,但有滞环死区时可能导致原本稳定的系统出现稳定极限环引发的持续等幅振荡。时域仿真结果验证了上述结论。     

基于非光滑分岔的单机水电系统超低频频率振荡机理分析

针对单水电机组的电力系统,结合相图法分析水电机组调速系统限幅对超低频频率振荡的影响,揭示其发生超低频频率振荡的数学机理之一是非光滑分岔。首先,介绍限幅环节饱和导致的非光滑系统的振荡现象,说明了一般动力系统振荡的原因之一是限幅环节饱和相关的非光滑分岔;其次,给出含限幅环节的单水电机组电力系统的简单数学模型、状态方程及其平衡点特性;再次,分析不同初始条件、有/无限幅时,系统相图有/无极限环的动力学特性,说明了调速系统限幅环节作用和足够大的初值是系统发生超低频频率振荡的原因之一,揭示了系统对初值的非光滑分岔特性;最后,分析了不同系统参数对系统有/无极限环的动力学性质影响,揭示了在一定初值下的单水电机组电力系统的参数非光滑分岔特性。     

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。     

基于相图法的水电二阶切换系统动力学特性与振荡分析

高比例水电系统在大扰动下出现了死区、限幅作用的超低频频率振荡,其所对应的切换系统仍缺乏动力学特性分析。鉴于此,基于二阶切换系统动力学特性,结合相图法分析系统参数对其动力学特性的影响,揭示系统在不同扰动、阻尼下发生频率振荡的动力学机理。首先给出水电二阶切换系统描述,分析了系统的平衡点存在性。其次结合相图法分析不同运行条件下系统的动力学特性,证明了相关极限环的存在性。最后分析了系统的非光滑分岔特性。结果表明：当平衡点正阻尼、系统调节区域负阻尼时存在1个稳定极限环,对应严重大扰动下的频率振荡;当平衡点负阻尼、系统有限幅时存在2个稳定极限环,分别对应一般、严重大扰动下的频率振荡,且二者振荡频率较为接近。     

增强型死区大小对单机简化系统超低频频率振荡的非光滑分岔影响研究

实际系统中发生了多次与调速系统相关的超低频频率振荡(ultra-low frequency oscillation,ULFO)事故,含增强型死区(阶跃型死区)的电力系统是分段光滑但向量场不连续的Filippov系统,其振荡机理和影响因素复杂。针对含增强型死区的单机水电系统,结合Filippov系统的非光滑分岔理论,分析典型死区下系统对扰动负荷参数的边界穿越型平衡点分岔和跨边界的非光滑极限环分岔特性。结果表明,切换型超低频频率振荡出现对应2种Filippov系统非光滑分岔:第1类为伴随稳定结点型平衡点消失(变为边界上伪平衡点)时,出现稳定非光滑极限环的类Hopf分岔,即对应发生无平衡点的切换型振荡;第2类对应着轨线发生C型非光滑分岔,此时,系统从无平衡点(或存在伪平衡点)变为稳定焦结点型平衡点,但系统轨线收敛到一个大范围的稳定非光滑极限环,即对应系统发生有稳定平衡点的切换型振荡。进一步,分析了不同死区大小(非光滑系统结构变化)对上述2种类型的非光滑分岔的影响,结果表明,增大死区一定程度上能增加系统忍受负荷扰动的能力,有利于系统稳定。     

面向超低频振荡的水电调速器与SVC附加频率控制参数联合优化

互联电网超低频振荡抑制对系统安全稳定运行至关重要,现有研究仅考虑水电调试器PI控制参数优化的措施,可能导致水电调频能力降低。随着电网中静止无功补偿器(SVC)数量的显著增长,通过SVC附加频率控制为超低频振荡抑制提供了新的思路,于是提出了一种SVC附加频率控制与水电调速器PI参数联合优化方法。首先,建立了包含水轮机和SVC的单机单负荷系统等值模型,分析SVC的附加频率控制原理,并分析所提模型对系统超低频振荡的抑制作用;在此基础上,以超低频振荡阻尼系数和水电机组一次调频性能为优化目标,通过优化设计控制器参数以提升系统整体的超低频振荡抑制能力;最后,在PSCAD/EMTDC平台上搭建了水电机组和SVC仿真模型,对所提方法进行有效性验证。仿真结果表明,该方法可有效提升高比例水电电网超低频振荡阻尼能力,同时提升水电机组调频能力。     

基于非光滑分叉的直驱风机次同步振荡机理分析

新能源大规模并网引发的振荡问题近来得到广泛关注。目前,忽略变流器的限幅等非线性特性,在稳态工作点附近线性化得到的小信号模型是研究上述振荡问题的主流方法。然而,在某些条件下,变流器中的限幅环节对振荡特性的影响不可忽视。结合相图分析方法,揭示直驱风机次同步频段振荡的数学机理之一是与限幅相关的非光滑分叉。首先,介绍了与限幅环节有关的非线性非光滑分叉理论。其次,介绍了直驱风机并网系统的限幅环节及其和限幅相关的次同步频段振荡现象。再次,分析了不同限幅环节对次同步频段振荡特性的影响,揭示了定子直流电压限幅环节饱和是导致系统振荡的原因。进一步,分析了短路比对系统振荡特性的影响,揭示了参数变化导致的非光滑分叉现象。最后,分析了交流故障持续时间、接地电阻对振荡的影响,揭示了初值导致的非光滑分叉现象。分析表明,直驱风机并网系统在故障清除后产生的次同步频段振荡,是在足够大的故障冲击下多个限幅环节共同作用产生的,数学上,也对应着相应的动力学系统发生非光滑分叉。     

基于频率耦合阻抗模型的海上风电并网系统振荡稳定性分析

海上风电的大规模开发利用可能会引起次(超)同步振荡事故,降低系统的稳定水平,因此亟需一种能准确分析海上风电并网系统振荡稳定性的方法.为此,首先建立设备的频率耦合阻抗模型,根据系统的拓扑结构,形成海上风电并网系统的阻抗网络模型,由网络的传递函数得到系统的聚合阻抗,根据聚合阻抗的频率特性获得系统的振荡模式并判断模式的稳定性...