基于状态空间方法的频域阻抗计算及其灵敏度分析方法EI北大核心CSCD

风机并网造成的故障问题频发,尤其是风机并网次超同步振荡现象还没有很好的机理解释。而阻抗法是一种常用的分析次同步振荡的方法。提出了一种基于状态空间的直驱风机阻抗求解方法,以单机无穷大的简单风机系统为例,考虑锁相环影响,建立dq坐标系下的全系统数学模型,并通过Park变换与abc坐标系联系,通过列写全系统状态空间方程,计算电压电流时域表达式的扰动频率分量,解释了单一频率扰动下次超同步分量同时产生的原因;根据电压电流表达式得到扰动频率下直驱风机系统阻抗。在此基础上提出了特征值与阻抗的灵敏度分析方法。最后通过算例验证了上述方法的正确性,以及阻抗法和特征值法在判定除工频振荡以外的其余稳定性问题效果是一致的。     

基于支路模式振荡能量的低频振荡区域定位方法EI北大核心CSCD

电力系统发生低频振荡时,参与振荡的机组通过网络中的支路交换振荡能量,故支路上蕴含丰富的振荡信息。针对系统不同模式下振荡区域的识别问题,该文提出一种基于支路模式振荡能量的低频振荡区域定位方法。首先,在推导满足能量守恒定律的电力系统能量函数基础上,定义从网络角度研究系统振荡规律的支路振荡能量;解析发现支路振荡能量由多个支路模式振荡能量叠加而成,并提出多模式下支路模式振荡能量的提取方法;随后,通过理论推导建立支路模式振荡能量与发电机状态变量之间的解析关系,为采用支路模式振荡能量研究低频振荡问题奠定了基础;最后,建立基于支路模式振荡能量的低频振荡区域定位方法,并通过仿真分析验证了该方法的有效性。     

基于SISO序阻抗的直驱风场经柔直输电系统中频振荡机理分析及抑制EI北大核心CSCD

直驱风场可通过柔性直流实现大容量、远距离输电。目前已有诸多研究表明直驱风场经柔直输电系统面临着次同步或高频振荡问题。然而,也可能存在一种频段介于两者之间的中频振荡现象,值得进一步研究。为此,该文基于直驱风场经柔直输电系统的单输入单输出(singleinputsingle output,SISO)等效序阻抗模型研究该互联系统的中频振荡机理。然后,据此分析直驱风场和柔直换流站参数对该中频振荡特性的影响,分析结果得到了仿真验证。最后,该文还提出基于虚拟阻抗的阻抗重塑控制,并通过仿真验证所提控制策略对抑制直驱风场经柔直输电系统中频振荡的有效性,对于实际工程具有参考意义。     

基于有源节点序阻抗模型的风电场稳定性分析及其振荡参与风险评估方法EI北大核心CSCD

阻抗模型由于物理意义清晰广泛应用于风电场多机网络的稳定性分析,但在研究结构较为复杂的风电场时仍存在维数高、分析难度大和拓展性差的不足,同时现有分析方法难以实现风电场中各有源节点的振荡参与度定量描述。该文以有源节点和无源网络间的交互为切入点,提出一种适用于多节点复杂网络的稳定判据与振荡参与风险评估方法。首先,依据风电场序阻抗网络模型划分有源节点和无源网络,分析单机有源装备和无源网络的自稳性与导纳间的关系,在基于有源多节点等价模型基础上推导风电场序阻抗网络稳定判据;同时,定义各有源节点在扰动频率和耦合频率下的振荡参与因子,实现考虑耦合频率影响下的风电场振荡风险评估。最后,应用具体的算例验证所提分析方法的有效性。     

计及直流电压控制的MMC换流站阻抗建模及其稳定性分析EI北大核心CSCD

多端柔性直流系统直流母线的动态特性对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)换流站阻抗特性及系统稳定性存在较大的影响,然而目前大多数针对柔性直流系统稳定性分析的研究,将直流侧简化为直流电压源,导致研究结果在某些工况下缺乏实用性。文章采用多谐波线性化方法,建立考虑直流电压控制的MMC序阻抗模型,说明考虑直流电压控制对准确分析并网系统稳定性问题的必要性,讨论直流电压控制参数的影响因素,探究直流电压控制参数的稳定边界条件,并提出两种基于直流电压控制的MMC阻抗优化方法,实现了并网系统稳定性的有效提升。论文在Matlab/Simulink中搭建考虑直流电压控制的MMC-HVDC并网站仿真模型,对其序阻抗模型、并网稳定性分析及阻抗优化与重塑方法进行验证。     

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...     

抑制超低频振荡的储能控制策略EI北大核心CSCD

结合云南电网异步联网后出现超低频振荡现象,提出了抑制超低频振荡的储能控制策略。首先,基于Prony算法建立了振荡程度评价指标,应用于超低频振荡的分析与抑制。接着,提出了储能参与超低频振荡抑制的控制方式,使储能动态响应系统频率偏差变化,为系统频率振荡提供正向阻尼。然后,考虑超低频振荡抑制效果和减小储能容量需求,建立了储能控制参数优化模型,以提高储能参与超低频振荡抑制的技术经济性。最后,基于云南电网数据进行算例分析,其仿真结果验证了所提方法的有效性。     

并网变流器频率耦合振荡分析及解耦控制设计EI北大核心CSCD

阻抗法常用于风电和太阳能并网系统的稳定性分析,变流器控制结构或参数的不对称可能引发频率耦合振荡现象,从而导致基于序阻抗的稳定性分析出现偏差。为此,文中首先建立变流器dq导纳模型,并将其控制结构分解为两个子系统分析耦合产生的原因;然后通过在变流器的电流内环和功率外环中加入解耦因子,分别消除由锁相环(phase locked loop,PLL)控制结构和功率外环控制参数不对称造成的频率耦合,使得变流器序导纳矩阵中的反对角元素为0。由于电网的序阻抗矩阵中反对角元素也为0,故并网变流器系统可以看作单输入单输出(single input single output,SISO)系统,进而能够运用传统的奈奎斯特判据分析其稳定性。解耦后的系统不存在频率耦合振荡现象,无需应用广义奈奎斯特判稳,便于分析系统振荡机理和谐振问题,分析结果可用于指导变流器控制器设计、电网规划及运行。仿真和实验都验证了所提全频带解耦方法的可行性和有效性。     

列车混运的车网系统低频振荡建模与分析EI北大核心CSCD

电气化铁路中,瞬态直接电流控制(transientdirect currentcontrol,TDCC)和d-q解耦控制(d-qdecoupling control,DQDC)等不同控制类型的列车尚未建立统一坐标下的模型,难以进行多控制类型列车混合运行工况下的车网系统低频振荡研究。该文在d-q坐标下建立TDCC列车单相变流器小信号阻抗模型,实现与DQDC变流器模型坐标系的统一,并计及现有TDCC变流器模型中所忽略的控制结构。之后,推导TDCC单相变流器的d-q解析模型,基于此揭示TDCC列车单独运行时系统的低频振荡机理,阐明了所建模型运用于低频振荡分析的准确性优势。进一步地,进行不同控制类型列车混运工况下系统的低频振荡分析。最后,通过时域仿真和半实物实验验证所建模型的准确性和理论分析的正确性。     

基于虚拟阻抗和锁相环的孤岛检测技术EI北大核心CSCD

针对被动孤岛检测存在较大检测盲区,而传统的主动检测法会对电网电能质量造成影响,提出了一种结合锁相环和虚拟阻抗的孤岛检测方法。该方法通过锁相环的输出跟随本地负载谐振频率变化的特性,来对孤岛进行检测。正常并网时,锁相环的输出会稳定在线路频率上;而处于孤岛时,锁相环的输出则会跳变到本地负载的谐振频率处。同时,引入了虚拟阻抗技术对此方法进行了完善,应对频率出现匹配的情况。通过Matlab仿真和RT-LAB半实物仿真平台进行了实验验证,验证了理论推导的正确性及所提孤岛检测方法的有效性。     

同型光热发电机并联聚合对光热发电场振荡稳定性影响

该文研究了并联光热发电机群聚合对光热发电场振荡稳定性的影响,发现并联光热发电机数量增加时,与光热发电机励磁系统相关的振荡模式在复平面上向右移动,给光热发电场带来失稳风险。文中采用劳斯稳定判据,进一步分析证实并解释了这一发现的机理。该文首先给出了光热发电机组线性化模型,进而建立了含N台并联光热发电机的光热发电场线性化模型;然后,在光热发电机模型相同的条件下,采用相似变换推导了光热发电场等效模型,分析了并联光热发电机数量增加给光热发电场带来振荡失稳的风险,通过算例演示了随着并联光热发电机数量的增加,光热发电场的励磁振荡模式在复平面上向右移动,导致光热发电场振荡失稳,探讨了光热发电机运行状态不同时等效模型的适用性;最后通过理论分析表明,光热发电机机电振荡模式不受并联光热发电机数量增加的影响,从而证明和解释了励磁振荡模式失稳的机理。     

柔性直流输电系统高频振荡建模分析与抑制策略综述EI北大核心CSCD

柔性直流输电技术凭借其自身的经济性优势在可再生能源大规模外送和跨区输电等方面得到了广泛应用。近年来,在国内外基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统中发生了多起高频振荡事件,严重威胁电力系统的安全稳定运行并制约可再生能源的大规模消纳。为深入研究并解决该新型电力系统高频振荡问题,该文首先归纳了国内外实际发生的部分典型高频振荡事件及其危害。在此基础上,从振荡稳定分析、阻抗建模和抑制策略等三方面入手,总结柔性直流输电系统高频振荡的研究现状。最后,针对柔性直流输电系统的高频振荡问题,给出当前研究面临的困难与挑战,并对未来研究方向进行了展望。     

受弱电网影响光伏并网系统不同频段稳定性分析EI北大核心CSCD

随着光伏发电规模的不断扩大,光伏并入弱电网引发的稳定性问题日益受到重视。现有研究通常认为网络阻抗的增加不利于系统稳定,但该文研究得出网络阻抗对系统稳定性的影响应当在不同频段上加以区分。为了详细阐述其影响,建立了考虑功率环非线性、不连续特点的完整光伏并网系统模型,基于描述函数法分析了系统的次同步频段稳定性,基于阻抗分析法分析了系统的高频稳定性。研究结果表明,在特定系统结构和锁相环带宽下,次同步频段内网络阻抗的增大有利于抑制系统振荡,而高频范围内网络阻抗的增大恶化了系统的高频稳定性,从而将网络阻抗对于不同频率范围内系统稳定性的影响详细区分开来,对现有研究做出了有力补充。基于MATLAB/Simulink的仿真分析验证了所述方法的有效性。     

电力电子化电力系统的振荡问题及其抑制措施研究EI北大核心CSCD

随着电力电子装置在电力系统中的大量应用,电力系统电力电子化的趋势越来越明显。电力电子设备引起系统振荡的问题逐步显现,现已成为影响系统稳定运行的重要因素。对电力电子化电力系统出现的各种振荡问题进行了探讨,分析了系统振荡的发生机理。在此基础上,研究了电力电子化电力系统振荡的抑制方法,仿真与部分实际应用成果表明提出的解决方案可以有效地抑制振荡。为分析和抑制电力电子化电力系统的各类振荡提供了参考。     

电网阻抗比对跟网变换器同步稳定性的影响机理EI北大核心CSCD

随着基于电力电子变换器的电力装备在电力系统中渗透率的不断提高,并网变换器对系统的动态特性和稳定性的影响不断增强。电网阻抗同时影响跟网变换器的电流暂态和锁相环暂态,对跟网变换器的同步暂态响应以及变换器并网系统的同步稳定性有着复杂的影响。文章在考虑锁相环暂态和电流暂态的同时,研究电网阻抗比对跟网变换器同步稳定性的影响机理。首先建立考虑电网电阻和电流暂态的跟网变换器并网系统四阶同步稳定模型,接着提出故障瞬间锁相环频率偏差和电流变化量估计方法,分析电网阻抗比对频率暂态和电流暂态的影响规律。最后,通过Matlab/Simulink仿真,验证理论分析的正确性。     

新能源基地经LCC-HVDC送出系统振荡机理分析与抑制策略(一):计及受端影响的阻抗建模EI北大核心CSCD

新能源基地经电网换相换流器型高压直流(line commutated converter-based high voltage direct current,LCC-HVDC)送出系统次/超同步振荡风险严重制约系统安全运行。阻抗模型逐渐成为大规模新能源并网振荡问题分析和解决的有效方法。现有LCC-HVDC阻抗建模将受端换流站等效为理想电压源,未考虑受端换流站和受端电网强度等因素。该文首先建立计及受端换流站及受端电网强度的LCC-HVDC阻抗解析模型,分析换流站交流侧与直流侧间、送端换流站与受端换流站间的阻抗耦合关系。然后,基于送受端耦合小信号模型,揭示受端电网强度、受端换流站锁相环与直流电压环控制、送端换流站直流电流环控制对LCC-HVDC送端交流端口阻抗特性的影响机理。最后,基于新能源发电和LCC-HVDC输电控制保护装置,构建新能源基地经LCC-HVDC送出系统全电磁暂态实时仿真平台,开展系统振荡阻抗分析与时域仿真,验证LCC-HVDC受端对送端系统振荡特性的影响。     

阻尼互联电力系统混沌振荡的滑模干扰观测器EI北大核心CSCD

为了解决常规滑模控制中抖振随着周期性负荷扰动幅值增大而增大的问题,通过设计的干扰观测器以实时、动态地补偿周期性扰动量,从根源上破坏了混沌振荡产生的条件,突破了扰动幅值对于抖振的限制,有效降低了滑模抖振。首先,建立了双机互联电力系统的数学模型,通过对二阶非线性非齐次微分方程的研究,扼要地介绍了混沌振荡产生的原因;其次,分析了常规滑模控制存在抖振的限制,引入了干扰观测器,利用Lyapunov稳定理论得出了含干扰观测器的滑模控制律;最后,用光滑的双曲函数代替符号函数,实现了非连续切换项光滑化,进一步削弱了滑模抖振。将带干扰观测器的滑模控制和常规滑模控制对比,理论分析和仿真结果表明:带干扰观测器的滑模控制对阻尼电力系统混沌振荡具有更好的动态品质,同时兼具了控制器设计简洁和鲁棒性强的特点。     

可控有源振荡直流断路器设计与试验EI北大核心CSCD

直流输配电网为大规模高比例可再生能源并网和大容量远距离电能传输等难题提供了解决方案,是构建以可再生能源为主体的新型电力系统重要发展方向。直流断路器可快速开断故障电流、有效隔离故障,是保证直流输配电网可靠运行的关键设备之一。但是目前直流断路器仍存在开断电流能力受限、价格昂贵等问题。文中针对可控有源振荡新型直流断路器拓扑,阐述其拓扑构成与开断、关合原理,完成参数设计数学解析及影响规律分析。开发出10kV可控有源振荡直流断路器样机,开展额定电流及故障电流双向电流开断试验,验证所提拓扑设计正确性和工程应用可行性。     

一种基于电容可控振荡换流的新型直流断路器EI北大核心CSCD

直流输配电网在远距离大容量电能传输、大规模新能源并网和源–网–荷协调控制等领域发挥重要作用。直流断路器(DC circuit breaker,DCCB)作为直流系统实现故障隔离的核心装备,目前还面临开断能力受限、成本高昂等问题,制约其在直流输配电系统中的广泛应用。该文首先提出一种新型电容可控振荡换流原理与拓扑电路,其通过激发电容振荡升压以实现振荡电流的快速提升,从而实现电流的转移与开断;然后对电容振荡换流机理进行数学分析,阐述所提直流断路器(DC circuit breaker,DCCB)拓扑构成与基本原理,并给出核心参数理论设计约束边界。最后,仿真分析20k V/3ms/15k A DCCB技术性能,论证所提拓扑的可行性与技术特点。研究结果表明,所提拓扑损耗低,可快速实现双向短路电流开断,与混合式DCCB相比,所提拓扑全控器件使用数量少、应力小,整体技术经济性能优异,具备良好的应用前景。     

基于频域阻抗网络建模分析的交直流微电网振荡问题研究

交直流微电网在不同类型电力电子变流器的不同带宽控制环节作用下,容易引发系统发生宽频振荡问题。现有的微电网振荡分析主要基于阻抗分析法和特征分析法,然而这两种方法存在一定的局限性。为此,该文研究了基于频域阻抗网络模型的交直流微电网振荡问题建模与分析方法。首先,建立了交直流微电网在频域下的等效阻抗网络模型,并计算节点频域导纳矩阵及回路频域阻抗矩阵。其次,基于频域模式分析法,建立了交直流微电网的节点/回路振荡参与程度指标以及设备和控制参数的灵敏度指标,给出了振荡的交直流传播特性分析方法,便于明晰系统振荡机理与关键影响因素。最后,通过Matlab/Simulink时域仿真及算例分析验证了上述频域阻抗网络建模和振荡稳定性分析方法的有效性。