电力系统次同步振荡的分岔分析

基于非线性系统分岔理论，分析电力系统次同步谐振现象。利用通用的连续和分岔软件-AUTO，分析一个含串联补偿的电力系统次同步谐振(SSR)中的分岔现象。从非线性分岔角度揭示出SSR产生的原因是系统发生分岔后不稳定的极限环导致。当发生电力系统次同步谐振时，可能会产生环面分岔和周期折叠分岔等一系列复杂的周期轨道分岔。时域仿真的结果验证了分岔分析结果的有效性。     

电力系统次同步振荡

电力系统次同步振荡造成的危害极大，发电机转子轴系会因反复承受较大转矩造成疲劳积累，导致其寿命降低，严重情况下可能会使大轴出现裂纹甚至断裂，文章首先介绍了次同步振荡的基本概念，基本理论及其机理，并根据现阶段研究现状，介绍了几种分析方法和抑制措施。     

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。     

大规模风电引发次同步振荡机理及分析方法综述

大规模风电通过串补交流输电模式并入电网可以提高输电能力,但同时可能带来次同步振荡问题,引起风机脱网或设备损坏。风电并网引发次同步振荡的产生机理主要有感应发电机效应、次同步控制相互作用和次同步轴系扭振作用,其中次同步控制相互作用是风电并网特有的现象,机理尚不明确,需要深入研究;对风电次同步振荡问题的研究可以通过频率扫描分析法、小信号分析法和电磁暂态分析法,三种方法均基于系统控制微分方程的时域模型,三种方法的相互配合可以提高运行速度,得到更精确的结果。由于对风电机组的次同步振荡研究较少及风电并网的复杂性,对此课题的研究有极大的挑战性与创新性。     

风电次同步振荡的多工况分析

针对风电运行条件或工况时变对次同步振荡稳定性的影响,提出了一种基于变工况阻抗模型的SSO定量评估方法,通过将阻抗矩阵的元素表达成工况(即基波电压、电流)二次型的商,可计算不同工作点的聚合阻抗频域特性,进而分析不同运行方式下的SSO稳定性。以新疆哈密风电系统为原型进行算例研究,运用所提方法对两种典型工况下的振荡稳定性进行了定量分析,并进行电磁暂态仿真验证,结果表明,实际系统中风电机组在线数量和单机出力等运行条件的改变均会对系统振荡稳定性产生影响,所提方法可有效评估不同工况下系统的振荡风险。     

风电并网系统次同步振荡分析方法综述

风电并网引发次同步振荡问题对系统稳定运行产生了不良影响,成为制约风电高效利用的瓶颈因素。这类问题引起了工业界和学术界的广泛关注,许多文献提出了不同的分析方法。文章将与风电相关的次同步振荡分析方法归为两类,即时域和频域,全面综述了近十多年来国内外各种方法的研究成果及实践应用,对每种方法进行了比较。考虑到基于阻抗模型的分析方法近期得到广泛关注,文章重点介绍了阻抗分析法,总结了阻抗建模和稳定性判据的最新研究结果。同时,对目前尚未解决的问题及面临的挑战进行总结,并对接下来的研究方向进行展望。     

多变量频域法分析电力系统次同步振荡

频域法不仅能判断系统的稳定性而且直观地显示系统增益与相位的稳定裕度,为工程设计人员所乐于采用。同步发电机数学模型通常以d、q轴坐标系统及派克方程为根据,其电流、电压及磁链在d、q轴上的分量是不对称的。古典频域法只适用于单变量控制系统,用以分析电力系统只得忽略发电机明显的不对称性。本文将IEEE研究电力系统次同步振荡的典型系统Ⅰ抽象成多变量控制系统模型,应用广义奈氏法〔1〕〔2)分析了用电流反馈平息电力系统次同步振荡问题〔3〕、〔4〕、〔5〕,为采用多变量频域法分析电力系统振荡提供了一个例证。     

新能源电力系统次同步振荡问题研究综述

随着风力发电等新能源并网容量的增加,大功率电力电子技术的广泛采用,以多源多变换复杂交直流系统为组成架构的新能源电力系统逐渐形成,由此引发的次同步振荡新问题不断凸显,次同步振荡的概念和内涵不断延伸,它们的起因、表现形式、影响程度、监测和抑制方法等诸多错综复杂的问题再一次引起世界范围的广泛重视。本文首先总结新能源电力系统次同步振荡的基本问题与发展态势,并剖析我国次同步振荡问题的特点与表现,最后提出当前次同步振荡研究中的新问题,以及在抑制技术等方面面临的挑战与应对措施,以期推动我国次同步振荡问题的研究。     

风电并入弱交流系统引发次同步振荡的研究方法综述

随着高比例风电接入电力系统的实践日益增多,并网风电系统在弱连接条件下可能会引发次同步振荡,影响系统的安全稳定运行,因此亟需揭示其内在产生机理.现有研究试图从多个角度、采用多种分析方法阐明弱连接条件下并网风电系统的小干扰稳定性机理.这些方法的运用促进了次同步振荡机理研究的深入,同时也导致研究成果的碎片化,需要进一步梳理....     

简单电力系统的次同步振荡辨识

传统汽轮发电机发生次同步振荡的本质为轴系的固有振荡频率和扰动电压或电流引起的电磁转矩频率接近同步或一致而引发的机械共振。在IEEE第一基准模型的基础上,利用时域仿真对次同步振荡现象进行了辨识。最后,计算了汽轮发电机的电气阻尼系数,进一步验证了仿真辨识的可信度。     

电力系统次同步振荡检测与在线定位技术综述

随着电网规模扩大以及新能源发电并网容量增加,次同步振荡(SSO)问题日益凸显,对电网安全稳定运行造成了较大的威胁。及时检测出系统中的SSO并对其进行在线定位,对保障电力设备安全与系统稳定运行具有重要意义。首先对SSO的检测方法进行了介绍,并归纳总结了各类方法的优缺点。然后,介绍了SSO定位方法,并对现有研究存在的不足进行了探讨。最后,介绍了适用于SSO在线检测定位的量测系统架构以及相量测量单元/广域测量系统(PMU/WAMS)升级改造方案,并对SSO检测与定位技术未来的发展趋势进行了展望。     

双馈风电场阻尼系统次同步振荡的无功功率控制策略

引入无功-转速型传递函数,推导了双馈风电场无功功率对系统贡献的阻尼系数大小和性质的表达式,并基于分析获得的提供系统正阻尼条件,优化设计无功功率环附加阻尼控制策略抑制次同步振荡。以双馈风电场接入IEEE第一标准测试系统为例,基于Dig SILENT/Power Factory仿真平台对双馈风电场无功功率附加阻尼控制时的系统运行性能进行仿真比较。理论分析和时域仿真结果表明,推导的阻尼系数表达式以及得到的正阻尼范围条件可以有效分析双馈风电场无功功率对系统次同步振荡的作用,提出的风电场无功功率附加阻尼控制策略能在全次同步频段内提供最优正阻尼,且抑制效果优于有功功率附加PSS阻尼控制。     

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。     

计及并联补偿高抗的电力系统对次同步振荡的影响研究

近年来,随着电力系统中无功补偿设备的广泛应用,由无功补偿设备引起的电力系统问题不断涌出,由此引发的次同步振荡问题也日益凸显。首先针对IEEE次同步谐振第一标准系统,推导并且建立了考虑并联补偿高抗的单机无穷大系统的数学模型,进而得到全系统的小信号模型。接着通过特征根分析方法论证了引入并联补偿高抗对于电力系统次同步振荡的影响。最后探讨了不同并联高抗值对于轴系扭振模式的影响,结合PSCAD仿真软件,在10机39节点系统进行仿真验证。结果表明:并联补偿高抗的参与在一定程度上使得系统发生次同步振荡的可能性变大,与此同时补偿高抗值的减小也会增强系统的阻尼。     

FACTS装置对次同步振荡的抑制机理研究

交流灵活输电系统（Flexible AC Transmission System,FACTS）在电力系统中得到了越来越广泛的应用。由于FACTS装置的快速灵活调节性能,研究其抑制次同步振荡的机理具有重大的现实意义和工程应用价值。介绍了次同步振荡的基本原理,并详细阐述了常见FACTS装置对次同步振荡的抑制机理。     

风电场内机群间次同步振荡相互作用

大型风电场内部包含大量控制参数各异、运行状态不同甚至类型多样的风电机组,其并网引发的次同步振荡问题日益凸显。研究了风电场内部不同风电机群之间次同步振荡相互作用及其影响因素,从而明确次同步振荡在风电场内的演化过程;建立了直驱风电场的并网导纳模型;应用广义奈奎斯特判据分析了风电场内不同风电机群并网的次同步振荡稳定性,在此基础上研究了风电场内不同风电机群之间的次同步振荡相互作用。结果表明,“振荡机群”能够引起“稳定机群”也发生次同步振荡,二者的并网机组台数比例对风电场次同步振荡特性具有显著的影响,“振荡机群”的锁相环参数对整座风电场的次同步振荡频率具有重要的影响。在MATLAB/Simulink中搭建了直驱风电场的并网仿真模型,时域仿真结果验证了上述理论分析的正确性。     

由风力发电引起的电力系统强迫功率振荡

强迫功率振荡理论可以解释电力系统非负阻尼功率振荡,建立了风力发电机组模型,仿真分析了计及风电场接入电网时风速扰动引起系统传输功率的振荡的情况,结果表明,风速扰动的频率接近或等于系统功率振荡的固有频率时,会引起大幅度的功率振荡.且随着风速扰动幅值的增大,系统功率振荡的幅值也增大.     

风火打捆经直流送出的次同步振荡分析与抑制措施

传统火电机组与直流输电控制器相互作用会产生次同步振荡,大规模双馈风电机组接入对这种振荡产生的影响有待深入研究。本文建立了风火打捆经直流送出的典型模型,并对风火打捆经直流送出系统次同步振荡机理进行了分析,结果表明双馈风机接入能够缓解直流输电引起的火电机组次同步振荡,且风火打捆比例越高效果越好。分析了风机变频器特性与系统运行工况对火电机组次同步振荡的影响,结果表明,风机转子侧变频器内环增益系数增大、内环积分时间常数减小、直流输送功率上升、送端交流系统减弱、直流输电整流侧控制器积分时间常数减小、换流器触发角增大,会引起火电机组振荡加剧。对工程应用较多的直流附加宽带通式次同步阻尼控制器(SSDC)在风火打捆经直流送出系统中的适用性进行分析与验证,结果表明,宽带通式SSDC仍具有抑制效果。     

双馈风电场单机与多机等值模型对次同步振荡特性影响的对比

以2机系统为例,将大型双馈风电场划分为2个参数不同的子风电场,对比研究了2个子风电场在汇流线路阻抗不同、容量配比不同的情况下,采用单台风机等值模型与2台风机等值模型时整个风电场次同步振荡特性的差异。分析结果表明,在考虑不同影响因素的情况下,采用单台风机等值整个风电场会引入一定误差,但是风电场参数变化对次同步振荡的影响规律与2台风机等值是一致的。     

计及网络谐振结构的双馈风电场次同步振荡问题分析及抑制

针对双馈风电场经串补送出时的振荡问题,致力于从电力网络谐振的角度分析其振荡机理,并提出相关抑制措施。首先结合双馈风机的基本结构,对其交流侧受扰动时的响应特性进行了分析,建立起双馈风机的端口阻抗模型。在此基础上,采用s域节点导纳矩阵法分析了不同运行工况下双馈风电场经串补送出系统的网络谐振结构,并确定了不稳定谐振模式的主要影响区域。最后,针对最不稳定的谐振模式提出了基于旁路阻尼滤波器的谐振抑制措施,并通过电磁暂态仿真对其有效性进行了验证。算例分析表明,在高串补度、低运行转速下,系统在次同步频段内确实存在一定的谐振风险;通过合理设计旁路阻尼滤波器参数,可以有效提高系统的谐振稳定性。