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电力电子化电力系统多时间尺度建模与算法相关性研究进展

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电力系统自动化 2021年第15期45卷 172-183页

作者：陈垣张波谢帆丘东元陈艳峰华南理工大学电力学院广东省广州市510640

电力电子化电力系统的多时间尺度分析,与传统的单一时间尺度研究有根本的不同,不仅要建立多时间尺度模型,且建模过程必须要考虑计算方法,即模型和算法不能单独存在,这样才能准确描述电力电子化电力系统的多时间尺度特性。文中基于多时... 详细信息

电力电子化电力系统的多时间尺度分析,与传统的单一时间尺度研究有根本的不同,不仅要建立多时间尺度模型,且建模过程必须要考虑计算方法,即模型和算法不能单独存在,这样才能准确描述电力电子化电力系统的多时间尺度特性。文中基于多时间尺度分析理念,综述电力电子化电力系统多时间尺度建模与算法相关性研究现状。为此,首先分析现有多时间尺度算法及其适用范围;进而基于相同数学形式模型可以采用相同算法计算的准则,将电力电子化电力系统划分为元器件机理、切换系统、电磁暂态、机电暂态4个时间尺度。然后,通过不同时间尺度模型之间的相关性,探讨多时间尺度模型的性质,阐明多时间尺度模型与算法的相互制约关系。最后,提出电力电子化电力系统多时间尺度建模与算法待解决的问题及研究展望。

关键词：电力电子化电力系统多时间尺度算法模型相关性

电力电子化电力系统暂态稳定分析新框架:基于耦合因子的非线性解耦方法

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中国电机工程学报 2020年第16期40卷 5102-5112页

作者：夏杨红韦巍浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027

不同于以同步机为主导的传统电力系统,电力电子化电力系统的惯性较低。当受到扰动时系统的状态变量极易发生较大范围的变化,使得系统面临着严重的暂态稳定性问题。然而,长期以来,对于电力电子化电力系统的暂态稳定性缺乏有效的分析工具... 详细信息

不同于以同步机为主导的传统电力系统,电力电子化电力系统的惯性较低。当受到扰动时系统的状态变量极易发生较大范围的变化,使得系统面临着严重的暂态稳定性问题。然而,长期以来,对于电力电子化电力系统的暂态稳定性缺乏有效的分析工具。针对此问题,提出基于耦合因子的非线性解耦方法来进行暂态稳定分析。所提基于耦合因子的非线性解耦方法充分借鉴解耦思路,将原高阶非线性系统近似地转化为一系列解耦的一阶二次和二阶二次子系统。在解耦空间中,针对这些低阶二次非线性子系统,可以利用现有的分析工具对其进行详细地暂态稳定分析,从而可以间接地反映原系统的暂态稳定性。为有效指导非线性解耦,相应地提出耦合因子的概念,用以评价系统状态变量之间的耦合程度,便于最终确立解耦空间中的系统结构。基于耦合因子的非线性解耦方法普适性广,对所研究的电力电子化电力系统结构无特殊要求,以期成为一种新的暂态稳定分析框架。最后,通过一个直流微电网算例,对所提基于耦合因子的非线性解耦方法的有效性进行验证。

关键词：暂态稳定性耦合因子非线性解耦二次非线性系统电力电子化电力系统

电力电子化电力系统多尺度电压功角动态稳定问题

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中国电机工程学报 2016年第19期36卷 5145-5154,5395页

作者：袁小明程时杰胡家兵强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 湖北省武汉市430074

随着可再生能源发电、远距离输电及无功补偿和交流传动等应用的快速发展,电力电子变换装备以其在电能变换方面的灵活性在电力系统中的渗透水平不断提高,深刻地改变着电力系统的动态行为。近年来,国内外电力系统持续出现各种不明机理的... 详细信息

随着可再生能源发电、远距离输电及无功补偿和交流传动等应用的快速发展,电力电子变换装备以其在电能变换方面的灵活性在电力系统中的渗透水平不断提高,深刻地改变着电力系统的动态行为。近年来,国内外电力系统持续出现各种不明机理的动态问题,对电力系统安全稳定和运行构成重大威胁。该文从主要发电、输电和负荷装备的控制方式、动态特性及其对电力系统动态行为的影响角度出发,分析一次调频时间尺度以下电力电子化电力系统电压功角动态稳定问题的多尺度特征,并初步提出基于幅相运动方程、自稳性致稳性及广义稳定器等3个方面的系统建模、分析和控制的一般化概念和方法,即幅相动力学方法。

关键词：电力电子化电力系统多时间尺度动态过程幅相运动方程自稳性/致稳性广义稳定器幅相动力学

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电力电子化电力系统暂态稳定性分析综述

中国电机工程学报 2017年第14期37卷 3948-3962页

作者：朱蜀刘开培秦亮李钢胡仙来刘冬武汉大学电气工程学院湖北省武汉市430072 南京南瑞继保电气有限公司江苏省南京市211100 中国人民解放军国防信息学院湖北省武汉市430010

与传统交流电力系统相比,电力电子化电力系统具有其特殊性,其拓扑结构会随着电力电子器件的开关动作而改变、多个时间尺度的控制相互作用、非线性程度强、结构更加复杂、状态变量阶数更高,这些特点给电力电子化电力系统的暂态稳定性分... 详细信息

与传统交流电力系统相比,电力电子化电力系统具有其特殊性,其拓扑结构会随着电力电子器件的开关动作而改变、多个时间尺度的控制相互作用、非线性程度强、结构更加复杂、状态变量阶数更高,这些特点给电力电子化电力系统的暂态稳定性分析带来了严峻的挑战。该文首先基于电力电子化电力系统的结构特点将其暂态稳定性分析划分为3个层次;然后通过研究电力电子化电力系统与传统交流电力系统暂态稳定性分析的差异,结合非线性系统理论阐述其暂态稳定性的本质;接着总结将传统交流电力系统暂态稳定性分析方法应用于电力电子化电力系统所需要解决的问题;最后将直接法分解成建模、简化模型、构造李雅普诺夫函数和估计吸引域4个步骤。该文全面梳理暂态稳定性分析方法,探索电力电子化电力系统暂态稳定性分析的基本思路和方法,为电力电子化电力系统的暂态运行及控制研究提供一些可靠的理论基础。

关键词：电力电子化电力系统暂态稳定直接法吸引域线性矩阵不等式

电力电子化电力系统下的宽频信号测量算法研究

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电力电子化电力系统下的宽频信号测量算法研究

作者：曹凯凌西南交通大学

学位级别：硕士

大规模电力电子化设备的应用使得电力系统信号逐步呈现宽频特性,大量的谐波和间谐波对电能质量产生了非常严重的影响,直接危害电力系统安全、稳定运行。面对情况多变、宽频振荡现象突出和结构日趋复杂的电力电子化电力系统,仅依靠以跟... 详细信息

大规模电力电子化设备的应用使得电力系统信号逐步呈现宽频特性,大量的谐波和间谐波对电能质量产生了非常严重的影响,直接危害电力系统安全、稳定运行。面对情况多变、宽频振荡现象突出和结构日趋复杂的电力电子化电力系统,仅依靠以跟踪基波相量为核心功能的广域测量系统己无法应对宽频振荡带来的一系列问题。为了提升电网的运行状态监控能力,亟需研究适用于宽频振荡下的宽频信号测量算法。准确、高效的测量宽频信号成分也是对谐波/间谐波治理的前提,也对维护电网的安全稳定运行具有十分重要的意义。基于此,本文以实现2.5～2500Hz频段内的基波、谐波和间谐波信号高精度测量为目的进行研究,利用重采样Prony算法获取的先验信息提出基于宽频-泰勒相量模型的宽频信号高精度估计算法,实现宽频信号中基波、谐波和间谐波的短时高分辨率信号测量。论文的主要研究成果如下:(1)从实际需求角度补充了谐波/间谐波相量模型及其频率计算方法,推导分析了傅里叶变换理论及其在非同步采样下存在频谱泄漏和栅栏效应问题的根本原因。采用加窗插值算法能够有效拟制频谱泄漏和栅栏效应,探讨了常用窗函数特性和窗函数选取原则,并推导了双谱线插值算法原理以及常用窗函数修正公式。通过加窗双峰插值算法能够提高宽频信号测量精度,但短时间窗下受到频率分辨率的限制,DFT类算法无法高精度测量频率相近的信号。(2)针对DFT类算法存在的信号感知时效性和频率分辨率问题,提出了一种基于重采样Prony的宽频信号短时感知方法。通过二阶差分序列定阶方法能够有效提升奇异值去噪性能并确定信号成分数,经过去噪后的信号采用重采样Prony方法能够有效获取高频、低频和近似频率信号成分,提高了Prony算法对低频间谐波信号和近似频率信号的短时感知性能,在短时窗下具备较好的频率分辨率。(3)利用宽频信号感知频率信息提出了一种基于宽频-泰勒模型的短时宽频信号测量算法。利用泰勒系数良好的动态特性建立宽频-泰勒相量模型,通过最小二乘法求解上述宽频-泰勒模型得到各信号相量,实现了宽频信号短时高分辨率测量,提高了相量测量算法在宽频振荡工况下基波、谐波和间谐波的测量精度和动态测量综合性能。仿真结果表明:所提SMAWT算法在基波动态变化工况下对基波、谐波和间谐波的测量具有较高精度。所提算法能在各静/动态工况下基波测量TVE值维持在1%以内,满足标准要求的3%;能将近似频率信号的谐波和间谐波、低频间谐波信号的测量TVE值维持在标准要求的5%以内;同时在各种静/动态工况下能将测量频率误差低于0.07Hz,具备较好的综合测量性能。

关键词：电力电子化电力系统宽频信号 Prony方法频率跟踪宽频-泰勒模型相量测量算法

电力电子化电力系统动态负荷建模与参数辨识研究

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电力电子化电力系统动态负荷建模与参数辨识研究

作者：杨淞淇重庆理工大学

学位级别：硕士

电力系统负荷建模是电力系统分析、规划、控制以及运行和监视领域中广泛研究的关键性技术,能够准确反映负荷外部特性对于电力系统仿真和安全稳定运行非常重要。过去,经过国内外对电力负荷建模的大量研究,已经有非常丰富的负荷模型结构,... 详细信息

电力系统负荷建模是电力系统分析、规划、控制以及运行和监视领域中广泛研究的关键性技术,能够准确反映负荷外部特性对于电力系统仿真和安全稳定运行非常重要。过去,经过国内外对电力负荷建模的大量研究,已经有非常丰富的负荷模型结构,并且也有大规模投入使用的经典模型。但是,近年来可再生能源发电、高压直流输电和电气化负荷使用规模不断扩大,电力系统正在发生广泛而深刻的变化,呈现出多时间尺度动力学特性。国内外都陆续出现了不明机理带来的系统稳定性和安全性问题,这已经对系统运行构成了严重威胁。目前的电力负荷模型在一定程度上不能良好地描述负荷外部特性,面对电力系统电力电子化新形势下的艰巨挑战,在此基础上,本文重点研究在中尺度扰动下,电力电子化电力系统动态负荷的等效机理模型。论文的主要研究内容有如下几个方面:1、建立正确的电力电子化动态负荷数学模型。考虑电力电子装置及其控制系统,将其整体作为电力电子接口串入传统动态负荷模型中,从而得出电力电子化动态负荷等效机理模型。经过大量分析确定该模型的拓扑结构,解决方程的强耦合性、非线性的问题,并在忽略一定的损耗下消除中间变量,整合出以电压、频率为输入,有功、无功功率为输出的传递函数形式的动态模型,在仿真平台中搭建该模型和拓扑对应的物理模型,分别进行三次扰动设置,比较两者输出的动态响应,验证了建立的动态模型具有正确性。2、对建立的模型参数进行灵敏度分析。在考虑负荷电力电子化后,所建立的模型参数也随之增加,这不但给参数辨识带来了不便,在实用性方面也提高了复杂度。基于此,采用轨迹灵敏度理论和控制变量法,依次对模型中的每一个参数进行分析,并根据结果和实际情况确定了待辨识参数,这大大降低了模型的复杂度,为下一步研究奠定了基础。3、基于粒子群算法对重点参数进行辨识。首先通过实验获取数据并将数据进行预处理,将灵敏度低的参数使用经典值计算得出,再采用粒子群算法辨识出灵敏度较高的参数,将实验曲线与辨识曲线进行拟合,结果表明两者的拟合程度较高,再一次证明了本文所建立的模型的有效性,同时具有一定的实用性。

关键词：电力电子化电力系统动态负荷模型参数辨识灵敏度分析粒子群算法

电力电子化电力系统动态问题的基本挑战和技术路线

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中国科技期刊数据库工业A 2022年第5期 0277-0279页

作者：方抒何刚李晓鹏刘福生周建原河南科美科技有限公司河南洛阳471000

源–网–荷装备电力电子化是当前我国电力一次系统发展的重要趋势和特征。电力电子变换装备以其在电能形式及其参数变换方面的灵活性,近年来已广泛应用于可再生能源发电、无功补偿、直流输电及负荷供电等电力系统源–网–荷主要环节,正... 详细信息

源–网–荷装备电力电子化是当前我国电力一次系统发展的重要趋势和特征。电力电子变换装备以其在电能形式及其参数变换方面的灵活性,近年来已广泛应用于可再生能源发电、无功补偿、直流输电及负荷供电等电力系统源–网–荷主要环节,正深刻地改变着电力系统的动态行为。尤其与其他国家和地区相比我国直流输送容量大,随着受到可再生能源的同步开发,送受端装备电力电子化程度高,动态行为更趋复杂。基于此,对电力电子化电力系统动态问题的基本挑战和技术路线进行研究,以供参考。

关键词：电力电子化电力系统稳定分析与控制故障分析与保护

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电力电子化不利于电力系统的小扰动稳定性

济南大学学报（自然科学版） 2023年第3期37卷 316-321,330页

作者：秦昌民马兆兴朱文杰青岛理工大学信息与控制工程学院山东青岛266520 天津大学智能电网教育部重点实验室天津300072

为了研究电力电子化电力系统的小扰动稳定性,基于电力电子化对电力系统的影响,以电压源换流器高压直流输电系统中的电力电子器件为例,推导高压直流输电系统换流器逆变侧输出电流的惯性特征;为了验证该惯性特征对电力电子化电力系统小扰... 详细信息

为了研究电力电子化电力系统的小扰动稳定性,基于电力电子化对电力系统的影响,以电压源换流器高压直流输电系统中的电力电子器件为例,推导高压直流输电系统换流器逆变侧输出电流的惯性特征;为了验证该惯性特征对电力电子化电力系统小扰动稳定性的影响,利用特征值分析法,结合仿真工具,分别对传统的简单三机系统和IEEE14节点系统及其对应电力电子化电力系统的小扰动稳定性进行分析。结果表明,高压直流输电系统换流器逆变侧输出电流具有惯性特征,电力系统的电力电子化不利于系统的小扰动稳定性。

关键词：电力电子化电力系统小扰动稳定性换流器特征值分析惯性

电力电子并网装备多尺度切换控制与电力电子化电力系统多尺度暂态问题

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中国电机工程学报 2019年第18期39卷 5457-5467+5594页

作者：胡家兵袁小明程时杰强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学)

构建基于电力电子变换技术的高效可持续电力系统是实现我国一次能源结构清洁化转型的重要支撑。该形势下,电力系统发电、输配电、用电等各个环节的关键装备正由以同步发电机为代表的传统电磁变换装备向电力电子变换装备的规模化替代,深... 详细信息

构建基于电力电子变换技术的高效可持续电力系统是实现我国一次能源结构清洁化转型的重要支撑。该形势下,电力系统发电、输配电、用电等各个环节的关键装备正由以同步发电机为代表的传统电磁变换装备向电力电子变换装备的规模化替代,深刻地影响着电力系统的暂态行为。近年来,国内外电网连续出现不明机理的暂态事故,严重威胁了电力系统安全稳定运行。该文从节点装备暂态特性与电力系统暂态过程特征的一般关系出发,归纳普遍存在于电力电子变换装备的暂态控制保护架构,总结对电力电子变换装备暂态特性以及电力电子化电力系统暂态过程特征的基本认识,凝练电力电子化电力系统多尺度非线性暂态问题分析的基本挑战与初步研究思路。

关键词：电力电子化电力系统多尺度暂态过程暂态扰动级联控制序贯切换保护串并行作用