原动机周期性扰动引发强迫功率振荡特性研究

大型水电、火电集中外送系统存在的功率振荡是中国能源外送面临的突出难题,严重限制了外送功率的提升。近年来,实际电网中多次发生强迫功率振荡,前期研究表明,原动机周期性扰动很容易引起电网强迫功率振荡。结合计及原动机调速系统的Phillips-Heffron模型,分析得出共振时扰动源机组的机械负阻尼转矩系数ＫＲＥ为较大正值;同时进行能量分析,振荡时扰动源机组的势能与非扰动源机组的势能变化呈现明显不同的增长趋势。因此,结合发生强迫功率振荡时各机组的转矩和能量性质,能够实现对原动机周期性扰动类型扰动源的定位。     

应用多重扰动分析大电网低频振荡问题的工程实用方法研究

随着特高压工程的逐步展开,华中-华北通过特高压形成了大型交流同步电网,大电网互联后低频振荡是需要重点关注的稳定问题。文章主要从低频振荡研究方法的工程实用角度出发进行了探讨。首先,对于目前国内广泛应用的低频振荡分析软件的主要分析方法和分析结果进行了比较分析,说明现有分析工具和方法存在的问题。随后,提出了多重扰动的方法的必要性,并对该方法进行了详细阐述。为了说明多重扰动方法的可行性,在特高压联网系统中应用多重扰动方法进行了仿真分析,计算结果表明,多重扰动可能导致系统发生低频振荡。即该方法可用于工程实际中的低频振荡现象分析。     

低频振荡扰动源机组的自动定位方法

由于中国电网规模庞大,低频振荡现象时有发生,如何快速确定低频振荡扰动源机组并及时将其切除,对保障电网的安全稳定运行意义重大。提出一种自动确定低频振荡扰动源机组的定位新方法,利用三次样条插值函数对电压极大值进行曲线拟合,提取各发电机出口低压侧电压中的低频振荡扰动变量,利用顺序相似度函数提取各低频振荡扰动变量间时差和先后次序,进而确定低频振荡扰动源所在位置。通过一个4机无穷大系统模型的仿真分析,验证该方法的正确性和准确性。理论分析和仿真结果表明:该方法能够快速自动确定低频振荡扰动源机组的位置;可大大减少低频振荡在电网中的持续时间。     

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。     

基于点估计法和风险评估理论的互联大电网低频振荡概率稳定性研究

提出了适用于互联大电网低频振荡概率稳定性分析指标及方法,并对某实际互联大电网进行了概率分析。在已知电网各种不确定因素的概率分布条件下,基于小扰动计算方法,利用两点估计计算出这些不确定因素引起系统低频振荡概率大小。利用风险评估理论对多重扰动可能引起的系统低频振荡失稳情况进行了分析,给出了电网的控制代价与低频振荡风险。通过对小扰动和大扰动综合概率分析,给出了电网公司在承担风险与提高输电能力时的比较途径,可供电网运行人员在权衡经济型与安全性时参考。     

基于振荡能量的低频振荡分析与振荡源定位:（二）振荡源定位方法与算例

系统的总能量与振幅对应,产生能量的元件对振荡衰减的贡献为负,可认为是振荡源。负阻尼发电机以及外施周期性扰动所在元件都会产生能量,文中推导了发电机上外施扰动产生能量的表达式。根据网络中的能量流,找到产生振荡能量的能量源,能量源就是振荡源。在振荡源处采取控制措施可有效抑制振荡。在分析网络中的能量源以及能量流动的基础上,提出了利用电网中的振荡能量流定位振荡源的方法。该方法只需要广域测量信息,可在线应用。仿真结果以及实际电网振荡事故分析的结果验证了该方法的有效性。     

基于相关性分析的频率振荡扰动源定位方法研究

当电力系统发生与调频控制过程强相关的频率振荡时,调度员应快速找到对频率波动起负阻尼作用的机组,并采取措施平息波动.本文对超低频的频率振荡引发原因与特性进行分析,基于振荡过程中系统频率与机组出力的特点提出了一种在线扰动源定位模型,并采用相关性分析方法对负阻尼机组实现定位.通过区域电网中的实测数据,验证了本文提出的扰动源机...     

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。     

大规模电网中低频振荡扰动源的定位方法

由于中国电网规模庞大,低频振荡现象时有发生,如何快速确定低频振荡扰动源并及时将其切除,对保障电网的安全稳定运行意义重大。当电网中发生低频振荡时,根据传播到电网中不同位置的特殊形状扰动行波具有的相似性特点,提出一种比较多点测量数据波形相似度以确定低频振荡扰动源位置的定位方法,针对在电网中不同地点一段时间内同时采样的电压数据,利用希尔波特(Hilbert)变换提取各采样点的电压扰动变量并将其传送至监控单元,在监控单元利用定义的顺序相似度函数提取扰动行波通过各相邻采样点间的时差和先后次序,利用各采样点间已知的线路长度计算波速并确定低频振荡扰动源的位置。通过一个7机无穷大系统模型的仿真分析,验证该方法的正确性和准确性。理论分析和仿真结果表明:该方法能够快速确定电网中低频扰动源的位置;而且所需的采样测量单元数量少,能够节省大量投资。     

基于多信息源的大电网低频振荡预警及防控决策系统

低频振荡是威胁互联电网安全稳定运行的关键因素之一。负阻尼机理低频振荡和强迫功率振荡在我国均有发生。基于WAMS和EMS实时多信息源相结合,提出一种将低频振荡实时监测预警、扰动源定位、动态稳定控制策略在线搜寻综合应用于大电网的动态稳定防控方法。阐述了系统整体功能架构,介绍了多机理低频振荡防控并行技术方案。通过Prony计算、振荡能量指标、运行参数特征值灵敏度分析、模式匹配策略等方法实现低频振荡在线预警及防控,并指出了所涉及的关键技术。该系统可实现大电网低频振荡快速量化评估与辅助决策,对提高电力系统动态安全预警及防控水平,具有重要理论指导和工程实践意义。该原理方法在河南省互联电网低频振荡防控系统中得到实际应用。     

基于WAMS录波数据的华中电网低频振荡事件仿真复现分析

分析了用传统的小干扰稳定分析方法研究互联大电网运行特性时存在的不足,指出利用WAMS实测数据对研究由多重扰动原因引起的或特殊运行方式下的低频振荡现象尤为有利.结合华中电网“6.17”金竹山事件,对比了小干扰稳定分析方法和基于WAMS实测数据进行的时域仿真方法的分析结果,并针对传统的PRONY分析工具不能很好拟合不同时间段多重扰动下的暂态响应曲线这一问题,提出利用奇异熵矩阵束方法对实际振荡信号进行模态辨识.仿真结果表明,该方法是以特征值分析法为代表的传统低频振荡分析方法的有效补充,能够较为准确、及时、全面地反映电网的振荡特性.提出的方法为分析由多重扰动原因引起的或特殊运行方式下的低频振荡现象提供了参考.     

大容量风电场对电力系统小干扰稳定和阻尼特性的影响

建立了异步风力发电机组的小干扰稳定数学模型,研究了风电场接入电网后电力系统的小干扰稳定分析方法并实现了其工程应用。通过对含有大容量高比例风力发电的实际电网的计算分析表明,风电场的运行状态对电网的低频振荡模式和振荡特性有一定影响。风电机组出力的变化,使网内常规机组的运行方式发生变化,从而导致一些局部振荡模式出现或消失。网内和网间各大机群间的振荡模式没有发生变化,但振荡特性发生变化,且增加了与风电场强相关的振荡模式,这些振荡模式一般具有较好的阻尼特性。     

基于已知激励响应的低频振荡信息在线辨识

当前电力系统常采用日常小扰动响应在线辨识获取低频振荡模式信息,这对大电网低频振荡的分析和抑制具有重要价值。针对低频振荡信息在线辨识,给出了两段最小二乘法,与常规递推自回归滑动平均方法相比,其具有较高的迭代收敛速度与辨识准确度。在介绍小扰动下的已知激励响应信号和环境激励响应信号基本原理的基础上,对比得出2种信号在激励与响应、信号成分和数据量大小方面存在的区别,提出低频振荡在线模式信息辨识方案,进一步在10机39节点系统中通过仿真获取已知激励响应信号和环境激励响应信号,对2种信号的功率谱与辨识结果进行对比分析。分析结果表明在确定激励位置、观测点选择和响应模式间对应关系时已知激励响应信号的辨识效果更好,在该情况下可以将已知激励响应辨识作为低频振荡信息在线辨识的主要手段。     

交直流配电网小信号模型和直流侧低频振荡分析

交直流配电网发展迅猛、应用广泛,其稳定性是行业关注的焦点。文中针对某交直流配电网工程调试阶段出现的直流侧低频振荡现象,开展稳定性分析。文中首先在小信号建模基础上,采用特征值分析方法,分析电网强度、功率水平、控制参数3种因素对低频振荡的影响。随后,文中提出改变控制器参数和增加附加控制器的振荡抑制措施。理论和仿真分析表明:弱电网会影响电压源型变换器(VSC)的稳定性;375 V直流侧功率增大至超过额定功率时会发生低频振荡;Buck变换器电流内环比例积分(PI)控制器积分系数不影响系统的稳定性,但影响振荡发生后的振荡频率,电压外环PI控制器比例系数过小或积分系数过大会造成系统不稳定;改变Buck变换器电压外环PI控制器参数和增加附加控制器可有效抑制低频振荡。文中针对实际交直流配电网振荡影响因素的理论及仿真分析,对其他交直流配电网工程调试及运行分析具有借鉴意义。     

基于矢量裕度法的风电并网对低频振荡模式影响分析

近年来可再生能源发电装机容量的持续性增长给电力系统稳定性带来新的问题。文中提出一种基于频率响应矩阵计算风电并网对电力系统低频振荡模式影响的方法。分析结果表明,同步电网和风电机组系统频率响应矩阵部分元素的相位之和,决定了系统不同接入点风电对低频振荡模式的影响。相较于传统的分析方法,矢量裕度法不需求取特征向量和留数,只需得到低频振荡模式和风电机组系统与同步电网系统的传递函数矩阵,且过程简单,结果直观。当多台风电机组同时并入系统时,可在二维复平面将各台机组分别产生的影响图示化。分析结果的有效性通过内蒙古电网算例得到验证。     

互联电力系统联络线功率波动机理及其扰动概率分析

广域测量系统的历史数据中统计的电网每日发生有效扰动次数的突然变化能够反映系统的稳定水平的变化,因此研究并从理论上给出扰动概率和阻尼比的数学关系对分析和评估电网的稳定性具有重要意义。基于此,在分析了计及网络中功率扰动的小干扰计算的基础上,通过分析联络线对扰动的响应,推导得出了联络线功率波动幅值与阻尼比的解析关系。然后,基于扰动服从正态分布的假设给出扰动概率与阻尼比的关系式。最后以10机39节点系统为例进行算例分析,验证了推导得出的联络线振荡幅值解析表达式的正确性和分析了联络线功率扰动概率与阻尼比的关系。研究结果可为广域测量系统历史统计数据的分析及电网稳定性评估提供理论参考。     

基于Pade近似的电力系统频率振荡模式延时轨迹分析

实际电网中多次出现不同于传统低频振荡的频率振荡问题,和一次调频或自动发电控制强相关。包含一次调频、自动发电控制的电力系统调频过程是一个闭环的控制过程,是一个动态系统,面临着稳定性问题。在实际电网运行中,由调度自动发电控制指令到机组执行带来的延时对电力系统关键模态产生显著影响,从而改变闭环系统稳定性。基于一个三区域系统采用Pade近似方法将延时环节转化为状态空间表达式,选取合适的近似阶数,建立了考虑延时环节的电力系统线性化模型;并且通过特征值计算方法研究延时对频率振荡模式的影响规律,算例仿真结果有效验证了延时给系统带来的阻尼恶化、自动发电控制振荡模式发生周期性变化的结论。     

大区联网条件下四川电网低频振荡分析

针对川渝、华中、华北、山东等电网的互联,求出了与四川电网相关的系统主导低频振荡模式,研究了区域电网互联出现的低频振荡问题。分析了区域间弱阻尼低频振荡模式及发电机在振荡中的作用。利用Prony分析方法检测出了这些主振模式,验证了小干扰稳定分析的正确性。用数值微分方法计算了系统某些运行参数对系统主导振荡模式的灵敏度,分析了这些参数在小干扰稳定中的作用。研究了电力系统稳定器对系统主导振荡模式的阻尼作用。     

广域系统低频振荡多扰动的稳定域机理

由于系统扰动和操作的特性,广域系统中的低频振荡总是呈现出多重扰动现象,给传统的稳定性分析方法带来了一定的挑战。针对该现象提出了断面潮流分析模型,以该模型为基础给出了求取广域系统能量函数、稳定域的实用方法和利用该理论分析低频振荡多重扰动机理的流程。该方法能够进行广域大系统的实时在线安全评估和预警,若在此基础上施加相应的控制策略,可大大提升系统的能控能观性,从而能进一步保证系统的安全、可靠、经济和高效运行。可有效减少由于电网稳定性破坏导致的大面积停电事故,形成安全、可靠的现代电网。该方法尤其适用于省间、区域间电网在多重扰动后的稳定性分析。以四机两区域系统和华中电网作为算例,进行了大量的仿真分析。结果验证了所提方法的有效性和正确性。