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阻抗模裕度指标在新能源多馈入系统静态电压稳定评估的适应性分析

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中国电机工程学报 2024年第8期44卷 3002-3015,I0006页

作者：孔贺李业成张哲侯山赵弋菡薛安成新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

集中送出的新能源场站大多位于电网末端,随着其有功出力的增加,易出现静态电压失稳。该文将传统的阻抗模指标的应用对象由负荷推广至新能源场站,丰富了该指标在静态电压稳定评估方面的适用性场景,包括含无功补偿的新能源系统、新能源集... 详细信息

集中送出的新能源场站大多位于电网末端,随着其有功出力的增加,易出现静态电压失稳。该文将传统的阻抗模指标的应用对象由负荷推广至新能源场站,丰富了该指标在静态电压稳定评估方面的适用性场景,包括含无功补偿的新能源系统、新能源集群馈入系统、以及新能源多机多馈入系统。具体地,首先,分析新能源单馈入系统的临界静态电压稳定条件,并据此给出用于评估新能源场站静态电压稳定性的阻抗模裕度指标及稳定判据;其次,通过将无功补偿设备并入系统阻抗,分析无功补偿对于指标的影响;再次,证明在新能源的集群馈入系统中,公共耦合点(point of common coupling,PCC)的电压失稳将发生在单个新能源场站之前,并据此确定PCC点作为指标的计算节点;之后,为考虑多机多馈入系统中不同新能源场站间的影响,在指标的计算过程中,保留待评估的关键新能源场站,将其他新能源场站等值为阻抗,并入节点阻抗矩阵中,实现方法在多机多馈入系统中的扩展应用。最后,基于PSD-BPA中建立的单机单馈入系统、多机多馈入系统、以及某省实际大电网算例验证指标的有效性。

关键词：新能源电力系统静态电压稳定阻抗模裕度指标相量测量单元多机多馈入系统

海上直驱风电场弱连接时LVRT引发的次同步振荡机理与特性分析

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电网技术 2024年第7期48卷 2902-2909,I0077页

作者：汪云涛张哲汤皓环林毅薛静玮薛安成新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 国网福建省电力有限公司经济技术研究院福建省福州市350012

海上风电场需具备低电压穿越(low voltage ride-through,LVRT)能力,以避免故障时风机脱网,然而,LVRT策略对并网系统大扰动后的稳定性影响不明。有鉴于此,该文搭建了接入交流电网系统的海上直驱风电场模型,并分析其在弱连接时大扰动下LVR... 详细信息

海上风电场需具备低电压穿越(low voltage ride-through,LVRT)能力,以避免故障时风机脱网,然而,LVRT策略对并网系统大扰动后的稳定性影响不明。有鉴于此,该文搭建了接入交流电网系统的海上直驱风电场模型,并分析其在弱连接时大扰动下LVRT引发的不同类型振荡机理和特性。具体如下:首先搭建了含LVRT的海上直驱风电场接入交流电网系统电磁暂态模型;其次,分析了该系统的阻抗特性,发现该系统具有次同步振荡风险,且在弱连接时正阻尼系统遭受大扰动后会出现LVRT参与形成的次同步频段振荡;再次,探究了振荡和LVRT不同控制环节的关系,表明大扰动后正阻尼系统的LVRT无功环节阶段2-1的策略1或2均可参与形成因补偿电流过大而引发的切换型振荡,且不同控制策略对应的振荡均存在限幅间歇性饱和现象;最后,分析了LVRT控制策略及参数对振荡特性的影响。

关键词：直驱风电场间歇性饱和切换型振荡低电压穿越

电网二次设备自主芯片失效率预计方法及其验证

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电网技术 2024年

作者：舒治淮李仲青王雨茜喇军景子洋刘宇薛安成国家电网有限公司国家电力调度控制中心新能源电力系统全国重点实验室(华北电力大学) 中国电力科学研究院有限公司

电网二次设备的核心芯片严重依赖进口，存在断供风险，威胁电网安全。同时，现有二次设备中自主芯片部署数量少，退化机理复杂，可靠性未知，如何评估其可靠性有待研究。有鉴于此，本文提出了适用于二次设备芯片的失效率预计方法，并通... 详细信息

电网二次设备的核心芯片严重依赖进口，存在断供风险，威胁电网安全。同时，现有二次设备中自主芯片部署数量少，退化机理复杂，可靠性未知，如何评估其可靠性有待研究。有鉴于此，本文提出了适用于二次设备芯片的失效率预计方法，并通过现有进口芯片验证其有效性。具体的，首先，分析介绍了现有新研产品的失效率预计方法；其次，结合二次设备自主芯片特点，提出了加速寿命试验与环境因子修正相结合的芯片失效率预计方法；再次，结合二次设备芯片-模块-整机结构和设备失效统计数据，提出了基于装置缺陷统计数据的芯片失效率估计方法，进一步，分析对比利用试验方法和统计数据的方法得到进口芯片失效率，验证了本文方法的有效性；最后，基于所提加速寿命试验与环境因子修正相结合的方法，预计了自主芯片的失效率，并与对标进口芯片进行了对比。

关键词：芯片二次设备 Arrhenius模型加速寿命试验环境因子失效率

基于局部检测信息的电力系统时间同步攻击定位方法

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华北电力大学学报（自然科学版） 2024年第1期51卷 10-19页

作者：徐飞阳孔贺常乃超顾雷马婧薛安成新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206 国家电网有限公司国家电力调度控制中心北京100031 国家电网有限公司华北分部北京100053

卫星时间同步攻击可造成电力系统设备时间紊乱,PMU相角量测错误,危及系统安全运行。鉴于基于线路两端PMU数据的攻击检测方法无法判断线路哪端节点受到攻击,提出了一种基于局部攻击检测信息及同步区域搜索聚合的卫星时间同步攻击定位方... 详细信息

卫星时间同步攻击可造成电力系统设备时间紊乱,PMU相角量测错误,危及系统安全运行。鉴于基于线路两端PMU数据的攻击检测方法无法判断线路哪端节点受到攻击,提出了一种基于局部攻击检测信息及同步区域搜索聚合的卫星时间同步攻击定位方法。首先,结合同步攻击特性构建了电力系统等效图及邻接矩阵。其次,结合线路两端攻击检测信息,利用广度优先搜索获取报警线路分割形成的各内部同步的区域子系统。再次,根据子系统是否两两相连分为简单情形和复杂情形;针对复杂情形,结合相角差偏差估计与同步子系统聚合将其转化为简单情形。最后,基于正常节点数量占优假设定位受攻击节点。IEEE 39节点系统测试表明,该方法在不同攻击下可有效定位攻击,可区分受不同攻击的节点,对微小攻击的定位能力强。

关键词：时间同步攻击攻击定位卫星授时同步相量数据攻击检测

并网VSC系统正阻尼时的一类切换型振荡分析

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电力自动化设备 2022年第6期42卷 84-89页

作者：薛安成汪云涛乔登科王永杰付潇宇华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 国网湖南省电力有限公司检修公司湖南长沙410007

遭受大扰动作用后具有正阻尼特性的并网电压源换流器(VSC)系统仍存在振荡失稳风险,即当电流达到限幅值时会引发一类切换型振荡。为此,结合降阶模型分析其振荡原因。首先建立了并网VSC系统的简化状态空间模型,并分析了该模型的小扰动特... 详细信息

遭受大扰动作用后具有正阻尼特性的并网电压源换流器(VSC)系统仍存在振荡失稳风险,即当电流达到限幅值时会引发一类切换型振荡。为此,结合降阶模型分析其振荡原因。首先建立了并网VSC系统的简化状态空间模型,并分析了该模型的小扰动特性与该模型参数对小扰动特性的影响。其次分析了d轴电流达到限幅值对该系统正阻尼下动态的影响,发现大扰动下并网VSC系统会因d轴电流达到限幅值产生切换型振荡。再次从电流达到限幅值获得的降阶模型角度,揭示了该切换型振荡的产生原因在于物理降阶系统出现负阻尼振荡。最后讨论了物理降阶系统与原系统中振荡产生原因的关联性,可以推测物理降阶系统发生负阻尼振荡是原系统发生切换型振荡的必要条件。

关键词：换流器限幅切换型振荡非光滑分岔

正阻尼PMSG并网系统限幅间歇饱和引起的次/超同步振荡分析

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电力自动化设备 2023年第9期43卷 33-38页

作者：张哲乔登科汪云涛薛静玮林毅薛安成华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 国家电网有限公司华北分部北京100053 国网福建省电力有限公司经济技术研究院福建福州350012

风电并网所引起的次/超同步振荡研究多集中于小信号模型分析,较少考虑遭受大扰动后限幅等非线性影响.基于单边限幅的描述函数与广义Nyquist判据,对正阻尼直驱式永磁同步发电机(PMSG)限幅环节间歇饱和引起的切换型次/超同步振荡进行分析... 详细信息

风电并网所引起的次/超同步振荡研究多集中于小信号模型分析,较少考虑遭受大扰动后限幅等非线性影响.基于单边限幅的描述函数与广义Nyquist判据,对正阻尼直驱式永磁同步发电机(PMSG)限幅环节间歇饱和引起的切换型次/超同步振荡进行分析.首先给出并网PMSG状态空间简化模型并分析其小干扰稳定性;其次发现一种大扰动后并网PMSG因不对称单边d轴电流限幅间歇饱和引起的新型切换型振荡现象;再次结合并网PMSG网侧变流器的频域模型以及单边限幅的描述函数,给出含限幅环节的PMSG系统近似分析模型;最后结合广义Nyquist判据,近似分析不同限幅值和参数下的振荡频率,并解释该种振荡频率随限幅上限降低而增加的现象.

关键词： PMSG 限幅环节间歇饱和次/超同步振荡描述函数

简化单机水电系统负阻尼时频率振荡的类Hopf非光滑分岔分析

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中国电机工程学报 2022年第14期42卷 5103-5112页

作者：薛安成王嘉伟刘晓博庄文彬郭鹏程新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

该文从切换型振荡角度,分析负阻尼情形下死区或限幅参与的频率振荡,说明负阻尼下超低频频率振荡(ultra-low frequency oscillation,ULFO)的机理之一是切换型振荡,并揭示了含死区和限幅的单机水电系统在突变负荷扰动下的超低频频率振荡... 详细信息

该文从切换型振荡角度,分析负阻尼情形下死区或限幅参与的频率振荡,说明负阻尼下超低频频率振荡(ultra-low frequency oscillation,ULFO)的机理之一是切换型振荡,并揭示了含死区和限幅的单机水电系统在突变负荷扰动下的超低频频率振荡可对应分段光滑连续系统的单次穿越型类Hopf非光滑分岔。首先,介绍分段光滑连续系统边界平衡点分岔(boundary equilibrium bifurcation,BEB)、类Hopf分岔和单次穿越型类Hopf分岔;其次,给出单水电机组电力系统的非光滑动力系统模型;然后,对比分析有/无死区和限幅(切换边界)时,单机系统负阻尼时频率振荡的差异,初步说明稳定的持续振荡与限幅和死区切换边界相关,无法单纯使用负阻尼或传统Hopf分岔来解释;进一步,借助广义Jacobi矩阵,说明有死区或限幅边界作用的切换型振荡对应的是发生单次穿越型类Hopf分岔;最后,分析突变负荷扰动下单机系统的平衡点、扰动后轨迹的非光滑分岔特性,说明单次穿越型类Hopf分岔是伴随着稳定结点穿越边界变为不稳定焦点的类Hopf分岔。

关键词：超低频频率振荡单次穿越分岔边界平衡点分岔类Hopf分岔非光滑分岔

基于相图法的水电二阶切换系统动力学特性与振荡分析

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电力自动化设备 2023年第4期43卷 78-83,113页

作者：薛安成庄文彬熊鸿韬王嘉伟杨滢刘晓博华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院浙江杭州310014 国网浙江省电力有限公司调度控制中心浙江杭州310007

高比例水电系统在大扰动下出现了死区、限幅作用的超低频频率振荡,其所对应的切换系统仍缺乏动力学特性分析。鉴于此,基于二阶切换系统动力学特性,结合相图法分析系统参数对其动力学特性的影响,揭示系统在不同扰动、阻尼下发生频率振荡... 详细信息

高比例水电系统在大扰动下出现了死区、限幅作用的超低频频率振荡,其所对应的切换系统仍缺乏动力学特性分析。鉴于此,基于二阶切换系统动力学特性,结合相图法分析系统参数对其动力学特性的影响,揭示系统在不同扰动、阻尼下发生频率振荡的动力学机理。首先给出水电二阶切换系统描述,分析了系统的平衡点存在性。其次结合相图法分析不同运行条件下系统的动力学特性,证明了相关极限环的存在性。最后分析了系统的非光滑分岔特性。结果表明:当平衡点正阻尼、系统调节区域负阻尼时存在1个稳定极限环,对应严重大扰动下的频率振荡;当平衡点负阻尼、系统有限幅时存在2个稳定极限环,分别对应一般、严重大扰动下的频率振荡,且二者振荡频率较为接近。

关键词：切换系统相图法频率振荡极限环非光滑分岔

功率因数角偏差导致的线路无功量测异常及其检测方法

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中国电机工程学报 2023年第9期43卷 3342-3353页

作者：薛安成顾雷蒋正威孔贺徐飞阳卢敏马婧洪海雁新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 国网浙江省电力有限公司电力调度控制中心浙江省杭州市310007

互感器测量误差等因素会导致同步相量测量装置(phasor measurement unit,PMU)幅值、功率因数角量测产生偏差,进而导致有功、无功测量异常,但对于无功测量异常的检测方法鲜见报道。该文在分析功率因数角偏差可能造成无功量测异常原因的... 详细信息

互感器测量误差等因素会导致同步相量测量装置(phasor measurement unit,PMU)幅值、功率因数角量测产生偏差,进而导致有功、无功测量异常,但对于无功测量异常的检测方法鲜见报道。该文在分析功率因数角偏差可能造成无功量测异常原因的基础上,结合与相角无关的线路无功损耗估计,提出一种无功损耗量测值异常的检测方法。首先,介绍对称双回线无功测量不一致的现象;其次,分析PMU无功量测偏差的来源,结合灵敏度分析,解释了功率因数角偏差对无功测量影响远大于有功,可能造成无功测量异常原因;再次,推导与相角无关的、基于PMU幅值量测和线路参数的线路无功损耗基准估计表达式,并分析量测误差和线路参数偏差对其的影响;进一步,提出一种无功损耗量测异常在线检测方法,该方法也可用于线路单端无功量测异常检测。同时,该方法不需要预先校准或精度较高的参考互感器,可实现在线检测。仿真和实测算例验证了所提方法的有效性和实用性。

关键词：同步相量测量装置数据输电线路无功损耗功率因数角