电力系统强迫功率振荡扰动源的对比分析

电力系统中持续周期性小扰动由于共振可能引起联络线的大幅度强迫功率振荡,扰动源很难发现和捕捉。文中以两机等值系统模型为基础,在机理上研究了原动机功率与负荷两者持续周期性小扰动所造成电网功率振荡的区别,阐述了2种扰动源的不同性质。基于MATLAB对两者引起的电网强迫功率振荡进行了时域仿真分析。结果表明:相同幅值和频率情况下,原动机功率扰动比负荷扰动所引起的电网功率振荡幅值更大,接近其理论放大倍数。原动机功率扰动引起电网强迫功率振荡的可能性更大。该研究结果对理解目前电力系统存在的低频振荡现象具有一定的参考价值。     

基于割集能量及灵敏度的强迫功率振荡扰动源识别

电力系统中持续周期性的小扰动可能引起联络线大幅度强迫功率振荡,扰动源很难发现和捕捉。提出基于割集能量及灵敏度的强迫功率振荡扰动源识别方法。该方法基于强迫功率振荡的能量转换特性提出割集能量的概念,根据割集能量的流向进行扰动源识别,并通过割集能量对发电机有功出力的归一化灵敏度分析确定出关键控制机组。8机系统算例和华中电网算例均验证了该方法的正确性和实用性。割集能量法可借助广域测量系统提供的网络动态信息在线识别强迫功率振荡扰动源所在的割集,适用于广域系统中原动机功率扰动和负荷扰动下强迫功率振荡扰动源的准确定位。     

负荷波动对强迫振荡扰动源定位的影响

持续的周期性小扰动容易引发电力系统的强迫功率振荡,因此准确定位扰动源对提高电网的稳定性具有重要意义。基于此,本文在能量函数法的基础上研究了负荷波动对扰动源定位的影响。在单机无穷大模型基础上推导了计及持续增长负荷的能量函数表达式,并以四机两区系统进行验证,研究结果表明,负荷增加、减小都会影响系统势能的分布,势能变化为正的机组有可能变负,从而影响扰动源定位的准确性;负荷波动对扰动源定位的影响取决于负荷波动导致能量消耗的大小;负荷节点与扰动源所在机组的电气距离越近,负荷变动对扰动源定位产生的影响越大。     

基于支路势能的电力系统强迫功率振荡特性分析

我国电网已经发展成为规模庞大的交直流混联大电网,电网规模扩大的同时意味着电力系统中不稳定因素的增加,我国电网中发生了多次功率振荡事件并且呈现出新的振荡特性,但是根据负阻尼转矩机理却无法解释这类振荡产生的原因,研究表明强迫振荡源的存在是该类振荡产生的根本原因.根据电力系统自身的能量结构构建支路势能函数,通过发生强迫功率振荡过程中系统能量在系统中的分布情况研究强迫功率振荡的振荡特征,仿真结果验证了该方法的实用性和有效性.     

强迫功率振荡故障反演方法改进

针对中国东北某电网发生的因机组负荷高限保护持续动作引起的振荡故障,分析了故障原因,提出了一种基于广域测量系统的外特性注入模拟低频振荡扰动源的时域仿真方法,并利用PSASP仿真软件在发电机主变压器高压侧上施加周期性功率扰动,模拟振荡期间发电机的功率变化,验证了故障复现方法的有效性和电网仿真模型参数的准确性;研究分析了强迫功率振荡导致的系统安全稳定风险,提出了电网运行控制建议。     

基于耗散功率的区域电网强迫功率振荡扰动源定位

持续的周期性小扰动会引发电力系统强迫振荡,通过切除扰动原则可以使振荡迅速衰减。为了能够找到扰动源的具体位置,使振荡快速平息,对共振稳态时线性化系统能量转换特性进行了分析,结合实际电网扰动源自动定位存在的一些问题,对能量函数法进行了改进,提出了利用耗散功率进行扰动源识别的新方法。基于该方法,对4机2区系统、某实际大电网仿真模型以及广域测量系统(wide area measure system,WAMS)实测数据进行了仿真分析,结果表明利用耗散功率能够快速准确地确定强迫功率振荡扰动源的位置,说明了利用耗散功率进行扰动源识别方法的可行性以及对实际电网的适用性。     

电力系统强迫功率振荡过程中的功-能转换

持续的周期性扰动会引发电力系统强迫功率振荡,从产生机理到振荡特征强迫功率振荡均与经典弱阻尼自由振荡有较大的区别.从功-能转换的角度分析了强迫功率振荡过程中的能量特性.首先根据系统发生强迫功率振荡时的稳态响应建立强迫振荡过程中的功-能关系函数,然后利用系统的能量变化关系分析系统发生等幅受迫振荡的原因并以实际系统为例分析振荡过程中的功-能变化过程,比较了不同强迫振荡源频率时对应系统的能量变化情况,最后在上述分析的基础上研究了系统在3种能量共振状态时的运行特性.     

系统功率振荡事件分析

强迫功率振荡已经成为影响互联电网安全稳定运行的重要问题之一,电力系统中多次因机组控制系统缺陷导致负荷波动从而引发强迫功率振荡现象,为了防范因机组控制系统缺陷导致强迫功率振荡给电网安全带来威胁和风险,本文通过PMU曲线并结合电厂机组运行状况分析了一起强迫功率振荡事件,振荡主要原因为机组高调门的电液伺服阀存在缺陷,引起机组出力大幅波动,对系统进行扰动,导致全网功率振荡,本次振荡通过切除扰动源后才恢复平息。针对本次事件暴露的问题提出相应防范措施,建议电厂要做好机组高调门等机组控制系统隐患排查,防止该类强迫功率振荡现象的再次发生。另外,要完善WAMS系统里功率振荡模块,提高振荡源辨识准确性,确保能迅速找到并切除振荡源。     

基于能量函数的强迫功率振荡扰动源定位

持续的周期性小扰动会引发电力系统强迫功率振荡,其共振时的稳态表现形式与系统弱阻尼自由振荡非常相似。文中基于线性化的系统运动方程建立能量函数,分析了强迫功率振荡共振稳态时线性化系统中的能量转换特性,从能量变化的角度阐述了强迫功率振荡与系统弱阻尼自由振荡的区别。通过对2机系统的分析,阐述了借助系统中的能量转换特性识别强迫功率振荡扰动源所在位置的基本原理。基于结构保留的多机系统,将能量函数推广到关键支路和节点,以借助网络动态信息在线识别强迫功率振荡扰动源的大致方向或位置。4机2区系统和新英格兰10机39节点系统的仿真算例验证了所提出的方法的有效性。     

基于能量函数的电网低频振荡及扰动源定位研究

由于电力系统稳定器在实际电网中的广泛配置,常规的离线小干扰计算分析已经难以得到负阻尼或弱阻尼的低频振荡模式.然而,实际系统中仍然频繁出现低频振荡现象,根据对大量事故的分析,发现多重扰动的发生以及周期性扰动源的存在都可能引发低频振荡.构造了基于联络线的能量函数,并将能量分解为振荡分量和准稳态分量,从而对多重扰动引起的系统低频振荡进行分析,以提供可供调度人员参考的动态安全信息;并将传统的支路势能分解为周期分量和非周期分量,利用非周期分量在网络中传播耗散的方向来实现周期性强迫扰动源的快速、准确定位.实际电网仿真算例验证了所提方法的有效性和可行性.     

基于线性化模型的电力系统强迫功率振荡分析

电力系统强迫功率振荡为持续的周期性小扰动所引起低频振荡现象。基于电力系统的线性化模型,从频域分析的角度阐述了强迫振荡的机理、主要影响因素和工程分析方法,得出如下结论:当扰动频率接近系统固有的振荡频率时,可能激发系统的强迫功率振荡;固有振荡模式的阻尼比越小,强迫功率振荡幅值越大;对系统固有振荡模式参与程度较高的机组上施加扰动,同时输出响应对此模式的可观性亦较好时,强迫功率振荡幅值取得极大值。     

风电机群引发的强迫功率振荡扰动源定位

针对电力系统同步相量测量装置(phase measurement unit,PMU)短期内不能完全替代数据采集与监视控制系统(supervisory control and data acquisition,SCADA)测量每一个节点的信息,快速找到强迫功率振荡扰动源仍有一定困难的问题,提出了一种快速定位扰动源的方法.在对振荡稳态时能量转换过程与风电机组引起强迫功率振荡的机理进行分析的基础上,在易发生扰动节点安装测量装置,利用TLS-ESPRIT方法对得到的数据进行计算得到各个节点能量耗散情况从而实现扰动源的快速定位.并在接入风电的10机39节点系统和某省实际电网系统中进行了仿真计算.理论分析和仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性.     

强迫功率振荡特征提取及扰动源识别方法

强迫功率振荡是电网面临的主要动态稳定问题之一,需要准确地识别强迫功率振荡的扰动源,以采取有针对性的抑制措施。对此,利用维格纳-维莱分布(Wigner-Ville distribution,WVD)进行强迫功率振荡时频特征提取,以获得振荡信号的时频特征,再利用二维随机变量相关度来进行强迫功率振荡扰动源识别。对某电厂强迫功率振荡实例进行分析,发现汽轮机阀门开度与机组功率振荡具有非常相似的时频分布特征,且二者的时频相关度较高,从而确定汽轮机阀门波动是本次强迫功率振荡的扰动源。     

基于能量机理的强迫功率振荡特性分析

使用能量函数法可以有效定位强迫功率振荡的扰动源。基于传统理论方法的能量函数,只能反映势能在电力系统中的传播和分布特性,无法说明扰动源发电机如何产生向外输出的势能。从发电机功角特性公式出发,考虑更多变量的影响,对能量函数重新进行推导,分析了扰动源发电机和非扰动源发电机相关变量的幅值相角关系,提出了一种能够解释扰动源发电机如何产生向外输出的势能及非扰动源发电机不产生向外输出势能的分析方法。在多母线双机对称系统上对提出的方法进行了仿真,分析了势能恒定分量在发电机、变压器和输电线路上的分布特性。仿真结果验证了所提分析方法的有效性。     

周期性负荷扰动下电网及弹簧网强迫功率振荡分析

针对周期性负荷扰动下的电网振荡特征,文中提出了一种通过映射弹簧网获取系统振荡模态信息的方法。通过分析单机和多机系统及单自由度和多自由度弹性系统的数学模型,确定了电网与弹簧网模型之间的映射关系,然后在此基础上推导了周期性负荷引发系统强迫功率振荡的机理。当负荷出现周期性扰动,且扰动频率接近或等于系统固有振荡频率时,会诱发系统产生强迫功率振荡。算例分析进一步验证了电网与弹簧网之间的振荡模态具有一致性。该方法为研究低频振荡提供了一种新的思路,具有一定的参考价值。     

基于传递函数矩阵频域特性的原动机侧强迫振荡源定位方法

原动机和调速系统(原动机侧)的周期性扰动是引发强迫振荡的主要原因。基于扩展的多机Phillips-Heffron模型,推导了从原动机侧扰动到发电机机械功率的传递函数矩阵,并证明该矩阵在正常参数范围内是主对角占优的。据此,对于原动机侧周期性扰动、故障及参数异常等引发的振荡,具有最大机械功率功率谱密度的发电机原动机及调速器就是可能的扰动源;在考虑了励磁和负荷侧扰动源对机械功率的影响后,推导了从励磁和负荷侧扰动到机械功率的传递矩阵,从理论上证明了将机械功率功率谱密度最大的发电机定位为扰动源是准确合理的。10机39节点算例和华北电网算例验证了所提定位方法的有效性与可行性。     

火电厂功率低频振荡的预防与解除研究

针对近些年来火电厂多次发生的低频功率振荡现象,分别从理论分析和现场应用角度研究了火电厂原动机侧存在的两种主要的振荡源,并针对这两种振荡源分别提出了阀门非线性校正、考虑主汽压力扰动的功率自适应PID控制方案来预防功率振荡。在DCS系统上编制了功率振荡判据程序,用来实时地监测汽轮机实发功率和功率设定值信号,当机组功率发生低频振荡时可以及时地发出报警信号并切断机组功率闭环控制,进而快速消除振荡。     

周期性负荷扰动引发强迫功率振荡分析

周期性负荷扰动会引发电力系统强迫功率振荡。文中基于单机无穷大系统和2机系统分析,解释了周期性负荷扰动引发强迫功率振荡的机理。通过对多机系统模态分析的推导,获得了节点负荷功率扰动对系统固有振荡模式的影响因子,分析了周期性负荷扰动引发强迫功率振荡的主要影响因素。最后,通过4机2区系统和新英格兰10机39节点系统的仿真分析,有助于更好地理解周期性负荷扰动引发的强迫功率振荡。     

基于最小均方时延估计法的强迫功率振荡扰动源定位方法

当电网发生强迫功率振荡时,快速找到扰动源并将其切除,对保障电网的安全稳定运行具有重要意义。电网中强迫功率振荡引起的机电扰动会沿着输电线路在电网中传播,根据传播到不同位置的扰动波形具有时间延迟的特点,提出了一种利用最小均方时延估计法定位扰动源的方法。利用二次差分法检测强迫功率振荡起振后,通过计算关键母线频率出现扰动波形的时差和先后次序,分析扰动传播的顺序,从而确定扰动源的位置。该方法只需要广域测量信息,可以实现在线应用。四机两区域系统算例和华中电网算例均验证了该方法的有效性。     

基于参数辨识的强迫功率振荡扰动源定位方法

基于对广域测量系统量测数据参数的辨识,提出一种实现电网强迫功率振荡扰动源位置判断的方法。根据强迫振荡的能量函数,推导出基于参数辨识的扰动源定位方法,并根据理论分析指出该方法能够适用于振荡的稳态和瞬态阶段。通过对实际振荡案例分析,验证了所述方法的正确性和可行性。理论和实际分析结果表明,该方法能够快速判断强迫功率振荡扰动源的位置,易于实现在线计算。