摘要：随着互联大电网规模的日益扩大,为防止由于大区域间的功率振荡引起电网的大停电事故的发生,电力低频振荡的...随着互联大电网规模的日益扩大,为防止由于大区域间的功率振荡引起电网的大停电事故的发生,电力低频振荡的在线监测和分析问题越来越受重视。低频振荡在线监测和分析的本质,即先根据电力系统观测信号判断系统是否出现低频振荡,如果低频振荡的确出现,则通过分析信号中不同模式的振荡频率和衰减系数(阻尼),研究系统的动态过程,从而判断系统是否可以保持动态稳定,进而决定PSS的控制策略。为实现低频振荡的在线监测和分析,本文提出基于盲源分离算法的电力系统低频振荡模式分析方法。这是盲源分离技术首次作为模态分解工具,应用在低频振荡模式分析中。本文通过研究盲源分离技术,并进行仿真试验验证其对低频振荡信号进行模态分解的适用性和有效性。随后,本文提出了基于盲源分离技术的单通道低频振荡信号的模式分析方法。该方法的具体过程如下:首先,对电力系统观测信号进行预处理,包括计算观测信号的数学形态学梯度来定位低频振荡的起始点和基于Takens嵌入定理将单通道观测信号构造成多通道观测信号矩阵;然后,利用盲源分离技术——二阶盲辨识算法(Second Order Blind Identification,SOBI),处理多通道观测信号矩阵,从中提取出不同的单模式信号;最后,采用单模式信号的模态参数评估方法——Hilbert变换(Hilbert Transform,HT)技术,求出不同单模式信号的振荡频率和衰减系数,从而实现完整的低频振荡模式分析。然而,为解决低频振荡信号中模式个数(模型阶数)在盲源分离前未知,且噪声对分析结果影响的问题,本文提出通过结合迭代和主导模式识别程序来确定最优模型阶数,从而识别主导振荡模式的方法,即基于SOBI-HT的主导低频振荡模式识别(SOBI-HT based Dominant Modes Identification,SHDMI)方法。该方法的主要过程如下:在迭代程序中,以模型阶数为迭代变量,令其在一定范围内递增,并利用SOBI算法和HT技术来求解不同模型阶数下的模式分析结果;然后,利用主导模式识别程序从上述模式分析结果中确定最优模型阶数,并识别出主导振荡模式。为验证SHDMI方法的有效性和准确性,本文完成基于合成信号、仿真信号和真实测量信号的试验分析,并将本文方法与Prony和HHT算法进行性能的对比。试验结果证明,即使在噪声环境中,本文方法也可以有效地监测和分析单通道系统观测信号,从中识别低频振荡主导模式,并且跟踪不同模式的瞬时模态参数,从而分析系统的动态过程。更多还原显示全部
摘要：近年来,越来越多的区域电网采用高压交直流线路进行大规模互联,电网的稳定性问题变得越来越重要。高压直流...近年来,越来越多的区域电网采用高压交直流线路进行大规模互联,电网的稳定性问题变得越来越重要。高压直流输电(High Voltage Direct Current,HVDC)和静止无功补偿器(Static Var Compensator,SVC)作为大规模区域互联电网的重要组成部分,可以利用它们的快速可控性设计合适的控制器以提高电网的稳定性。电力系统是非线性系统,传统的线性化方法设计的附加控制器是基于平衡点附近近似线性化模型设计的,在大干扰下偏离平衡位置较远时具有不可避免的局限性。因此研究HVDC的非线性控制,SVC的非线性控制,以及HVDC和SVC的协调非线性控制以提高电力系统受到干扰后的稳定性具有重要的理论意义和现实意义。本文首先针对大规模交直流混联电网的难以准确建模特性和强非线性,设计了基于协同控制理论的HVDC非线性附加控制器,并在PSCAD中搭建含HVDC详细模型的多机系统,与传统基于极点配置和基于滑模控制的HVDC附加控制器比较进行了仿真验证,结果表明该控制器能够在系统受到干扰后更快地使系统回归稳定,验证了该控制器的有效性和优越性。其次,针对传统SVC只能提高安装点电压稳定性而缺乏对系统的有效阻尼这一特性,基于协同控制设计了同时提高系统阻尼和电压稳定的非线性控制器。采用PSCAD搭建含SVC的多机系统模型,仿真结果表明该控制器能够在快速抑制故障后系统区间功角振荡的同时,使电压更快地恢复稳定,验证了其在保持电压稳定和阻尼区间振荡方面的优越性。最后,针对不同HVDC之间,SVC与HVDC之间可能存在负交互作用问题,基于协同控制理论设计了HVDC与SVC的协调阻尼控制器,并在PSCAD中搭建含多SVC的多直流馈入系统模型进行仿真验证。结果表明该控制器能够有效协调HVDC与HVDC,SVC和HVDC之间的控制,提高系统稳定性。更多还原显示全部
摘要：高压直流输电已经成为我国电网大区互联和区域间功率交换的主要方式。截至2016年10月,国家电网和南方电网在...高压直流输电已经成为我国电网大区互联和区域间功率交换的主要方式。截至2016年10月,国家电网和南方电网在运行的高压直流输电线路已达26回。在交直流混联电网中,严重交流短路或直流闭锁等故障引起的暂态功角失稳问题仍然是影响系统安全稳定和限制输电能力的主要约束。直流输电系统输送功率大,且具有快速的有功调节能力和一定的短时过载能力。这些特性使得直流系统附加暂态功率控制成为改善交直流电网暂态稳定水平的一种新的有效控制手段。论文围绕改善电网暂态稳定性的直流大功率调制控制策略开展理论和应用研究,系统研究了直流功率控制影响交直流电网暂态功率平衡的作用机理、直流暂态稳定控制策略及其适应性、多直流暂态稳定控制的协调以及南方电网实际直流稳定控制策略的设计和实现等问题,主要工作如下:(1)基于扩展等面积理论(extend equal area criterion,EEAC)将确定失稳模式下的交直流多机系统等值为单机无穷大系统(one-machine-infinite-bus,OMIB),在此基础上应用等面积定则详细分析了直流功率附加控制对电网暂态功角稳定性的作用机理。基于Bang-Bang控制设计了直流暂态稳定控制策略(Bang-Bang-type transient stability control,简称BTSC)。详细分析了BTSC控制策略中低压闭锁环节、功率调制限幅、功率调制速率、小信号复归阈值等关键参数的设计原则。在单直流两区域系统算例中验证和分析了BTSC改善系统暂态功角稳定的控制性能。(2)面向多机多区域交直流大电网,分析了直流功率变化对同步发电机动态功率平衡的影响机理,引入了直流功率作用系数实现对直流稳定控制的广域输入信号裁剪,并分析了直流功率作用系数的解析表达式及其特性。在此基础上,以加速耗散系统暂态能量为原则提出了改进的直流暂态稳定控制策略(energy function based transient stability control,简称ETSC)。以三区域单直流系统为测试算例,分析了直流功率作用系数的特性和反馈信号综合方式的影响,验证了ETSC对于故障地点改变引起的不同功角振荡模式的适应性。(3)针对多直流多区域互联电网的直流稳定控制协同需求,提出了一种规范化的多区域多直流互联系统描述方法。在此基础上,分析了交直流互联拓扑结构下多直流暂态稳定控制对不同失稳模式的影响,在ETSC基础上提出了多直流协调原则和协调型ETSC(coordinated ETSC,简称CETSC)。CETSC针对不同的互联拓扑模式和直流控制范围,分别从直流控制输入信号集成和直流控制能力优化两方向进行了多直流控制特性的协调。分别以两直流三区域系统和三直流四区域系统为例分析了不同直流互联拓扑下CETSC的控制效果。(4)以中国南方电网为应用对象,完成了楚穗直流、贵广I直流、贵广II直流、天广直流等四回直流系统的CETSC控制策略研究和设计,包括四回直流的功率作用系数分析、关键控制参数设计等。在包含详细直流控制保护模型的南方电网PSCAD/EMTDC仿真平台上进行了直流CETSC性能的测试和适应性分析。在此基础上,与南方电网科学研究院及北京四方继保自动化股份有限公司合作完成了控制样机的研制。在南方电网仿真重点实验室的RTDS(real time digital system)平台进行了样机功能和动态性能试验,结果表明所研制的直流暂态稳定控制系统能有效改善南方电网交直流并联运行的暂态稳定性,增大交流断面输电能力。论文研究工作和成果对于推动直流暂态稳定控制的工程应用,提高交直流电网稳定水平,增强系统输电能力具有较强的参考价值。更多还原显示全部
摘要：随着国内经济快速发展,电网规模不断扩大,电网之间的互联也变得越来越密切。区域电网之间的互联虽可提高系...随着国内经济快速发展,电网规模不断扩大,电网之间的互联也变得越来越密切。区域电网之间的互联虽可提高系统运行的经济性,但同时也使得整个互联系统的动态特性变得更加复杂。低频振荡会限制区域电网之间的功率交换和电能交换,严重的甚至可能导致系统解列和大面积停电等事故。因此,低频振荡是影响电力系统稳定性的重要因素。低频振荡的研究基础是对于其振荡模式的分析,目前常用的分析方法主要包括基于模型数据的线性和非线性分析法以及基于实测数据的信号分析法。近年来随着广域测量系统(Wide Area Measurement System,WAMS)的发展,基于实测数据的信号分析法得到了广泛应用。本文提出将几种智能计算的算法——奇异值分解(Singular Value Divide,SVD)、群搜索算法(Group Search Optimizer,GSO)、深度置信网络(Deep Belief Network,DBN)用于低频振荡信号的模式辨识中。Prony分析法是WAMS中常用的方法,本文详细介绍了其原理和存在的问题。在低频振荡信号模型基础上,本文提出了一种基于SVD定阶和GSO的低频振荡模式辨识法。采用SVD确定信号的阶数,即可得出信号的实际模式数。由于SVD定阶法在强噪声环境中易出现错误的阶数,文中设计了一种广义滤波器专门用于SVD定阶前的预处理,从而使强噪声环境中的定阶效果得到显著改善。对于低频振荡各模式参数的求解,文中采用GSO寻优的方法,将其转化成一个最小值优化问题。GSO算法强大的全局收敛性,特别适合高维数多模态优化的问题。算例验证表明,GSO辨识各模式比传统Prony算法具有更强的抗噪性,同时比PSO和GA算法具有更强的收敛稳定性。低频振荡主要可分为区域振荡和局部振荡两种类型,两种振荡场景各不相同。本文首次提出将DBN尝试用于辨识两种振荡场景中的主导模式参数,主导模式的参数辨识对于低频振荡至关重要。算例验证表明,该法具有高实时性以及较好的准确度和抗噪性等优点。更多还原显示全部
