检索结果-内蒙古大学图书馆

实验技术与管理 2020年第4期37卷 191-195,216页

作者：汪娟娟叶运铭黄星海华南理工大学电力学院广州广东510641

高压直流输电系统小扰动稳定性分析是高压直流输电教学中的重要内容,其教学重点及难点在于系统数学模型的建立及对其线性化的实现。由于涉及到电路、数学和自控原理等多个学科,其相关理论较为复杂抽象,学生理解较为困难。开展高压直流... 详细信息

高压直流输电系统小扰动稳定性分析是高压直流输电教学中的重要内容,其教学重点及难点在于系统数学模型的建立及对其线性化的实现。由于涉及到电路、数学和自控原理等多个学科,其相关理论较为复杂抽象,学生理解较为困难。开展高压直流输电系统小扰动稳定性分析的仿真教学,有助于学生更好地理解小扰动分析法的本质。本文以高压直流整流侧系统为研究对象,详细介绍了在MATLAB软件中建立高压直流整流侧系统小干扰动态模型的过程,并运用该模型对系统小扰动稳定性分析进行了仿真演示。

关键词：高压直流输电系统小扰动稳定性分析状态空间模型

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风电经构网型柔直送出系统小扰动稳定性分析

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中国新技术新产品 2024年第14期 65-68页

作者：李兰芳白雪张晓林张帆中电普瑞电力工程有限公司北京102200

柔性直流输电(VSC-HVDC)技术已成为海上风电并网的主流趋势。目前,VSC-HVDC主要采用跟网型控制,但跟网型控制的系统容易出现小扰动稳定性问题。针对该问题,本文在柔性直流输电系统的整流侧采用构网型VSG(虚拟同步发电机)控制,建立了海... 详细信息

柔性直流输电(VSC-HVDC)技术已成为海上风电并网的主流趋势。目前,VSC-HVDC主要采用跟网型控制,但跟网型控制的系统容易出现小扰动稳定性问题。针对该问题,本文在柔性直流输电系统的整流侧采用构网型VSG(虚拟同步发电机)控制,建立了海上风电场经构网型VSC-HVDC送出系统的小扰动数学模型。利用特征值法分析了VSG控制参数对系统稳定性的影响。最后通过跟网型与构网型控制对根轨迹的影响分析结果的正确性。

关键词： VSC-HVDC 海上风电场 VSG 小扰动动态模型特征值法小扰动稳定性分析

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端口视角下的电力系统振荡分析方法综述

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浙江电力 2025年第1期44卷 1-14页

作者：郑乐梁以宁新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206

在众多电力系统振荡分析方法中,阻抗分析法和转矩分析法受到广泛关注。两种方法均从端口角度描述系统特性,因此振荡问题的端口分析方法具有重要研究价值。从端口角度分析,阻抗分析法和转矩分析法分别使用阻抗端口和转矩系数端口描述系统... 详细信息

在众多电力系统振荡分析方法中,阻抗分析法和转矩分析法受到广泛关注。两种方法均从端口角度描述系统特性,因此振荡问题的端口分析方法具有重要研究价值。从端口角度分析,阻抗分析法和转矩分析法分别使用阻抗端口和转矩系数端口描述系统,因此重点对两种端口的研究现状做出综述。首先研究了变流器并网常用的阻抗端口,分析了不同类型阻抗端口的特点,总结阻抗端口在变流器系统稳定性分析中的优点;其次研究同步电机并网常用的转矩系数端口,重点从物理意义上阐释转矩系数端口的特点,指出了其在工程应用上的优越性;最后介绍了两种端口统一性相关理论,指出端口在不同场景下表现出不同的特点,为端口分析方法的选择提供一定参考。

关键词：小扰动稳定性分析端口选择阻抗分析法转矩分析法

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模块化多电平换流器并网系统交流电流尺度线性周期时变建模与稳定性分析

模块化多电平换流器并网系统交流电流尺度线性周期时变建模与稳定...

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作者：朱建行华中科技大学

学位级别：博士

基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的高压直流输电技术凭借其诸多优点在现代电力系统中扮演越来越重要的角色,而MMC并网系统中出现的宽频带振荡问题对电力系统安全运行构成了潜在的威胁。根据电力电子化电力系... 详细信息

基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的高压直流输电技术凭借其诸多优点在现代电力系统中扮演越来越重要的角色,而MMC并网系统中出现的宽频带振荡问题对电力系统安全运行构成了潜在的威胁。根据电力电子化电力系统多时间尺度的相关概念与理论,可将MMC并网系统中的宽频带振荡问题进行多时间尺度划分,而本文重点关注频带范围较宽且稳定问题较为严峻的交流电流控制时间尺度(以下简称交流电流尺度)的稳定问题。MMC交流电流尺度非线性时变关系主要包含内部动态过程中时变电容与电压电流的乘积运算以及控制系统旋转坐标变换中的三角函数运算。现有将非线性时变关系变换为非线性时不变关系的建模方法具有主要依靠研究人员主观经验进行截断建模、无法处理锁相控制的时变特性等缺点。因此本文直接在MMC原始非线性时变方程的周期轨迹上进行线性化处理,从而建立了不同电网条件下MMC并网系统交流电流尺度线性周期时变(Linear Time Periodic,LTP)模型,该建模方法假设条件较少,且能够推广到各种复杂工况。由于LTP系统理论体系的不完备,利用单一模型无法确定系统稳定的所有特征,即系统稳定性、系统不稳定的振荡频率以及主导系统不稳定的因素。因此本文提出通过建立LTP状态空间模型分析和LTP系统谐波状态空间(Harmonic State Space,HSS)模型分析之间的联系,使二者分析的结果互相支撑和补充,从而完善了LTP系统运动稳定性分析的理论体系。最后,将该理论推广应用到交流电网电压不平衡工况下和MMC并网系统高频振荡问题中。论文的主要研究内容如下:1、在交流电网电压平衡工况下,本文直接在MMC并网系统非线性方程时变周期轨迹上进行线性化处理,从而建立了MMC交流电流尺度LTP状态空间模型。由于所建立的LTP状态空间模型极为复杂,无法给出相应LTP系统P(t)变换矩阵的解析表达式,因此利用Floquet-Lyapunov理论中LTP系统与LTI系统的联系,将LTP系统状态转移矩阵变换为LTI系统时不变Q矩阵,其中Q矩阵的特征值又称Floquet特征指数。特征指数的实部决定了系统稳定性,特征指数的虚部与系统振荡频率相关,其分析结果信息更为丰富,本文又称该分析方法为LTP系统特征指数法。随后利用该分析方法在弱交流电网条件下探索了交流电流尺度控制器参数和运行工作点对系统稳定性的影响规律。2、针对LTP系统特征指数法无法确定系统振荡频率及各状态变量参与程度的不足,提出利用HSS模型进行相应的完善。而理论上的无穷阶HSS模型面临截断问题,因此提出利用LTP系统特征指数作为该截断的理论依据。HSS模型与LTP状态空间模型互相支撑和补充,从而完善了LTP系统运动稳定性分析的理论体系。对于复杂MMC系统的HSS理论建模,提出模块化HSS建模的思路,有利于模型扩展和简化处理。进而根据系统运行特征实现复杂模块化HSS模型的奇偶简化。最后利用模态参与因子分析,一方面探索了交流电流尺度控制器参数导致的振荡问题的内在机理,另一方面提出适应电流尺度控制器参数导致的稳定问题的简化模型。3、交流电网电压不平衡条件下的MMC系统表现出非线性周期时变特征和更为复杂的多频率成分耦合特性,而现有文献并未对该特性进行准确刻画,因此提出利用LTP理论对该工况进行相关的小信号建模和稳定性分析。由于单相接地故障下控制保护装置将首先切除故障线路,因此在忽略故障等暂态过程的条件下,分别在单相接地和单相断线故障持续期间导致的交流电网电压不平衡工况建立了MMC并网系统交流电流尺度LTP状态空间模型。进而利用LTP系统特征指数法对比分析了两种不平衡工况下交流电流尺度控制器参数对系统稳定性的影响,从而为控制保护动作后控制器参数优化提供理论依据,避免在部分参数范围内控制保护直接动作引起的系统失稳问题。4、针对MMC并网系统高频振荡问题,利用LTP状态空间模型和HSS模型所完善的LTP系统运动稳定性分析理论体系,建立了适应于高频振荡分析的MMC小信号模型。进而针对现有端电压视角的建模方法无法清晰描述引发系统高频振荡内在机理的不足,提出以能够反映电力电子装备动态特性本质的內电势视角分析系统高频振荡机理,明确了长延时环节在高频振荡问题中的主导作用。针对现有端电压前馈支路加入一阶低通滤波器的高频振荡抑制方案无法完全消除高频振荡风险的不足,利用Nyquist曲线分析方法提出在端电压前馈支路和电流PI控制器比例支路同时加入高阶低通滤波器的改进抑制方案,并给出了相关参数的设计方法。最后利用实验平台验证了机理分析的正确性和所提出的抑制方案的合理性。

关键词：模块化多电平换流器(MMC) 交流电流控制时间尺度线性周期时变(LTP)理论 Floquet-Lyapunov理论 LTP系统特征指数分析方法小扰动稳定性分析谐波状态空间(HSS)理论交流电网电压不平衡高频振荡

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基于人工鱼群算法的电力系统稳定器参数优化研究

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郑州大学学报（工学版） 2013年第5期34卷 68-73页

作者：刘宪林乔云飞郑州大学电气工程学院河南郑州450001

为提高电网的动态稳定性,有效地抑制低频振荡,对电力系统稳定器进行优化研究和算法改进.在本研究中,将全部PSS的参数配置处理成一个优化问题,用人工鱼群算法求出各个PSS的最佳参数整定值.以所有机电模式的最小阻尼比最大为优化目标函数,... 详细信息

为提高电网的动态稳定性,有效地抑制低频振荡,对电力系统稳定器进行优化研究和算法改进.在本研究中,将全部PSS的参数配置处理成一个优化问题,用人工鱼群算法求出各个PSS的最佳参数整定值.以所有机电模式的最小阻尼比最大为优化目标函数,以PSS参数为待优化变量,以基于K阵等值法设计的PSS参数作为人工鱼群算法初始种群的选取基准.与传统PSS配置方法相比,该方法可以使多机系统所有机电模式都能得到良好的阻尼.算例结果与预期基本相符,表明了所设计的优化算法是切实有效的.

关键词：人工鱼群算法电力系统稳定器优化小扰动稳定性分析

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交直流混联系统稳定性分析研究综述

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电工电能新技术 2020年第9期39卷 36-47页

作者：刘垚孔力邓卫裴玮中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院大学北京100049 中国科学院洁净能源创新研究院辽宁大连116023

交直流混联系统的发展使其稳定性问题日益重要。文章首先阐述了交直流混联系统的常见结构和特点,然后归纳了交直流混联系统的典型运行特征和稳定性问题。分别总结了交直流混联系统小扰动稳定性问题和大扰动稳定性问题的主要研究内容和... 详细信息

交直流混联系统的发展使其稳定性问题日益重要。文章首先阐述了交直流混联系统的常见结构和特点,然后归纳了交直流混联系统的典型运行特征和稳定性问题。分别总结了交直流混联系统小扰动稳定性问题和大扰动稳定性问题的主要研究内容和分析方法,讨论了国内外研究现状、目前研究存在的问题以及发展趋势。最后指出了当前稳定性分析研究的主要挑战。

关键词：交直流混联电力系统柔性直流小扰动稳定性分析大扰动稳定性分析

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电压源型变换器黑箱阻抗建模与并网系统小扰动稳定域分析

电压源型变换器黑箱阻抗建模与并网系统小扰动稳定域分析

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作者：邱琦华中科技大学

学位级别：硕士

随着我国对能源的需求日益增长,大力发展可再生能源是促进我国能源消费结构转型的必要措施。可再生能源的大规模并网导致现代电力系统逐步由传统的同步发电机主导的电力系统向电力电子化电力系统转型,随之出现了一系列不明机理的振荡事... 详细信息

随着我国对能源的需求日益增长,大力发展可再生能源是促进我国能源消费结构转型的必要措施。可再生能源的大规模并网导致现代电力系统逐步由传统的同步发电机主导的电力系统向电力电子化电力系统转型,随之出现了一系列不明机理的振荡事故。三相电压源型变换器作为一种典型的电力电子器件,其稳定性很大程度上影响了电力系统的稳定性。阻抗法由于其可以忽略系统内的结构与参数而直接通过阻抗测量即可判断系统小扰动稳定性的优点,在工程实践被广泛使用。然而阻抗测量得到的阻抗值与设备所处的工作点强相关,即当设备所处的工作点发生变化时,设备的阻抗便需要重新测量,这给阻抗法的使用带来了不便。因此,迫切需要研究阻抗与工作点的耦合关系进而分析工作点对系统稳定性的影响,这对研究现代电力系统小扰动稳定性具有重要的价值。本文以“黑箱”型电压源型变换器为研究对象,研究了其dq阻抗与工作点的耦合关系,建立了工作点解耦阻抗模型及其对应的参数辨识算法,并结合该模型进行了全工况小扰动稳定性分析。具体的研究内容有以下几个方面:(1)从电压源型变换器的传递函数框图出发,介绍了dq阻抗模型。接着,通过扫频法对阻抗模型进行了仿真验证,说明了电压源型变换器阻抗与工作点的高度依赖关系。(2)建立了“黑箱”型电压源型变换器的统一阻抗建模框架,并由此建立了“黑箱”型电压源型变换器的工作点解耦阻抗模型,实现了将阻抗模型中的工作点信息和系统参数信息完全解耦分开。紧接着提出了一种参数辨识的算法,能够根据有限组阻抗测量的结果辨识得到系统参数信息,由此可以在任意工作点下对“黑箱”型电压源型变换器进行阻抗预测。接着,进行了大量的仿真测试和硬件在环实验,验证了工作点解耦阻抗模型的准确性和广泛的适用性。(3)根据所建立的工作点解耦阻抗模型,进一步分析了一种典型的电压源型变换器并网系统的全工况小扰动稳定性,得到了全工况小扰动稳定域。结果表明:全工况小扰动稳定域是非凸的,即当并网点电压保持不变,增大系统输出的有功功率,系统从稳定变得不稳定又重新稳定的情况是有可能发生的;全工况小扰动稳定域与网络等值电抗呈现负相关的特性,即网络等值电抗的增大会降低全工况小扰动稳定域的占比。最后进行了时域仿真验证了上述结论。

关键词：电压源型变换器 “黑箱”系统小扰动稳定性分析阻抗法阻抗预测小扰动稳定域

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多端直流配电网协同控制研究

多端直流配电网协同控制研究

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作者：周敏南京师范大学

学位级别：硕士

电力电子技术的蓬勃发展和分布式电源的大规模接入推动了多端直流配电网的研究和发展。和传统的交流配电网相比,多端直流配电网在供电容量、线路损耗、控制策略方面具有一定的优势,理论上直流系统没有三相不平衡、电网谐波、无功补偿等... 详细信息

电力电子技术的蓬勃发展和分布式电源的大规模接入推动了多端直流配电网的研究和发展。和传统的交流配电网相比,多端直流配电网在供电容量、线路损耗、控制策略方面具有一定的优势,理论上直流系统没有三相不平衡、电网谐波、无功补偿等问题,因此极大地提高了配电网的可靠性和可控性,成为未来配电网建设的重要方向。然而,由于多端直流配电网拓扑复杂,运行方式多样,且分布式发电具有不确定性,配电网系统的稳定、可靠和经济运行都面临着全新挑战。因此,需要深入研究多端直流配电网各控制单元之间的协同控制策略。基于此,本文从以下四个方面展开研究:(1)首先,总结了直流配电网典型拓扑结构,确定本文研究对象为750V低压环状直流配电网。选取电压源型换流器(voltage source converter,VSC)作为换流站关键装置,并给出了其详细数学模型;分析了光伏和储能模块的输出外特性,并给出关键设备的典型控制策略;针对多端直流配电网协同控制研究,总结了直流配电网协同控制的分级结构和目前典型的协同控制方法。(2)其次,基于直流配电网换流站初级控制策略-斜率偏差控制,提出一种改进的协同控制策略。该策略将换流站分为主换流站和辅助换流站,同时将直流系统的电压进行分区,分为正常运行区间和临界运行区间,给出了各区间各换流站和储能的外环控制策略。将该控制策略在PSCAD/EMTDC软件中进行仿真,验证了该策略的有效性,并将其与斜率偏差控制比较,验证了所提策略的优越性。(3)再次,针对直流配电网二级控制的局限性,提出了一种分布式二级优化控制策略。该策略基于相邻换流站间的稀疏通信,利用分布式一致性算法实现电压和功率的双重控制,在提高换流站利用率的同时减少端口平均电压偏差。仿真验证了该策略的有效性和可靠性,并将其与下垂控制比较,验证所提策略的优越性。(4)最后,基于本文所提的分布式二级优化控制策略,研究该控制策略下直流配电网的小扰动稳定性分析。利用模块化建模的思想建立系统整体小信号模型,并利用特征根分析法和主要参与因子分析法研究了直流配电网稳定运行的影响参数,并得出重要参数的影响规律,为参数选取提供理论依据。仿真验证了小信号模型的准确性。

关键词：直流配电网协同控制一致性控制分布式优化小扰动稳定性分析

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基于阻抗分析法的交直流配电关键设备稳定性研究

基于阻抗分析法的交直流配电关键设备稳定性研究

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作者：李旭枫东南大学

学位级别：硕士

在“双碳”目标的驱动下,源荷储直流特征愈发明显,传统配电网正逐步向电力电子设备高渗透率、可再生能源高接入率、交直流混联的高级形态发展。采用以电力电子变流器为主的组网方式,使得变流器与变流器、变流器与电网相互作用,导致配电... 详细信息

在“双碳”目标的驱动下,源荷储直流特征愈发明显,传统配电网正逐步向电力电子设备高渗透率、可再生能源高接入率、交直流混联的高级形态发展。采用以电力电子变流器为主的组网方式,使得变流器与变流器、变流器与电网相互作用,导致配电网稳定性的内在机理发生变化,呈现以变流器主导的更为复杂的宽频振荡现象。鉴于现有的工频相量法无法满足当前配电系统的分析要求,本文基于阻抗分析法,针对采用变流器组网的交直流混合配电网稳定性问题展开研究,对中低压交直流配电关键组网设备—采用虚拟同步控制技术的电压源型电力电子变流器展开建模控制与稳定性分析研究。论文首先针对虚拟同步型变流器控制系统展开建模研究。基于典型三相六开关电压源型变流器拓扑结构,分析传统同步发电机/电动机的一次调频、调压特性以及惯量支撑与阻尼调节的机理,建立了包含VSG逆变以及VSM整流两种运行模式的有功功率与无功率控制外环模型。同时,根据主回路方程,建立了包含交叉解耦的输出电压外环与输出电流内环的双环控制结构,构建了虚拟同步性变流器统一化、多回路控制系统模型。其次,针对由线路阻抗特性所导致的功率耦合问题,基于并网功率传输机理,指出传输功率耦合本质上是由于线路阻抗幅值与相角特性变化导致的稳态工作点偏移问题。基于二阶电压响应的补偿思想,提出了一种基于自适应虚拟阻抗改进无功环路的功率解耦控制策略。该改进控制方式通过稳态点估算,根据参数整定表达式实时更新虚拟阻抗数值,达到自适应的运行效果,并利用算例与仿真验证了引入自适应虚拟阻抗的必要性。随后,针对基于改进型无功环路的虚拟同步控制系统,在考虑二倍镜像频率耦合效应以及相角扰动的影响下,于系统额定工作点处建立了虚拟同步型变流器系统在逆变和整流两种模式下的序阻抗模型,并定性分析了四类虚拟同步控制技术关键参数对序阻抗特性的影响,利用仿真扫频验证了模型的准确性。虚拟同步型变流器的正序阻抗在工频50Hz频率点附近均存在谐振峰与较大的相位波动,在弱电网下易与电网发生交互振荡,适当降低J和DQ能在一定程度上改善系统输出阻抗特性,提升系统稳定性。最后,在分析电力电子变流器失稳类型的基础上,基于阻抗分析法,对虚拟同步变流器系统的静态稳定与小扰动稳定两类稳定性问题展开研究。在工频下,基于线路阻抗特性,通过推导变流器最大传输功率以及最小电网短路容量比指出在弱电网条件下变流器系统静态稳定工作区域减小,易出现传输功率受限、静态失稳的问题。在系统静态稳定的基础上,基于正负序阻抗模型,对变流器系统在额定稳态工作点附近的小扰动稳定性进行研究,指出变流器系统在弱电网中容易出现工频附近的谐波振荡;增大励磁调节系数K易导致输出电流及电压产生高频振荡。并提出了基于虚拟阻抗的电流补偿方法,最终利用仿真验证了阻抗重塑对提升弱电网下系统小扰动稳定性的有效性。

关键词：虚拟同步控制技术功率耦合二倍镜像频率耦合效应静态稳定区域小扰动稳定性分析

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