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中国电机工程学报 2017年第14期杂志 文档列表

中国电机工程学报杂志电力电子化电力系统稳定分析与控制

电力电子化电力系统暂态稳定性分析综述3948-3962

摘要：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。

静止坐标系下变换器电流平衡-内电势运动模型：一种装备电流控制尺度物理化建模方法3963-3972

摘要：随着可再生能源与柔性交、直流输电在电力系统中的广泛应用，电力电子变换器的状态运动对所接入系统的电流控制时间尺度动态行为影响日益突出。为揭示电流控制时间尺度下并网变换器在系统动态过程中的装备状态运动规律，提出了一种基于输入／输出电流平衡-内电势运动的装备物理化建模方法。以电压源型变换器（voltage source converter，vsc）为例，推导了静止坐标系下VSC的电流平衡-内电势运动模型。通过对模型变量间物理关系的分析及其物理化描述，可有助于把握装备电流控制时间尺度动态特性及特性对系统动态稳定的影响。基于Matlab／Simulink的时域仿真与样机实验结果验证了模型的准确性和分析的有效性。

用于三相并网逆变器稳定性分析的自导纳和伴随导纳建模3973-3981

摘要：并网逆变器的稳定性分析通常采用导纳或阻抗的分析方法。不同于现有的序阻抗和序耦合的描述方法，采用复变量的表示方法将正负序变量统一，分析基于锁相环的三相并网逆变器的单频率输入双频率输出现象的产生机理，建立统一的并网逆变器的自导纳和伴随导纳模型，并对所建立的模型进行仿真和实验验证。依据Nyquist判据，分析自导纳和伴随导纳对并网逆变器稳定性的影响。实验结果表明，所建立的自导纳和伴随导纳模型可以获得更加准确的并网逆变器稳定性分析结果。

含控制器在内电力系统元件的完整结构化模型及其简化（Ⅰ）：建模方法与同步发电机建模应用3982-3992

摘要：现代电力系统中的各元件，如发电机与高压直流输电、柔性交流输电等电力电子装置，均安装有控制器，当进行区域控制或进行区域级仿真或分析时，需要含各元件控制器的完整区域模型。但完整区域模型非常复杂，因而迫切需要能对其合理简化，既能准确描述整个区域的主要动态特性，又能大大降低微分方程的阶数，降低模型的复杂性与非线性特性。而区域级模型简化的核心和重点又在于元件级模型的简化。该系列文章建立含控制器的元件完整结构化模型（微分-代数方程形式），并给出其简化方法。不同于传统的线性化等效或主导极点简化，提出的简化方法，在保证微分-代数系统性质、保留隐动态的前提下，大大降低微分方程阶数与复杂性，为实时控制提供合适的区域级（机电暂态）模型。该文给出元件完整与简化结构化模型的一般形式与规范化构造方法，建立含各种控制器（包括传统的解析与神经网络等非解析控制器）在内的同步发电机的完整结构化模型并做模型简化，简化模型与完整模型的仿真试验对比验证了简化方法的有效性。

电力电子接口电源的准功率特性降阶建模体系3993-4001

摘要：系统级仿真中如何对电力电子接口电源降阶建模并分析其暂态稳定性成为新能源并网研究中亟待解决的难题。该文以蓄电池储能系统BESS为研究对象，根据电力电子接口特有的机电解耦原理解释这一类电源的准功率特性，并基于奇异摄动理论分析电源内部的精细时间尺度结构。据此，该文建立适应不同复杂度、精度要求的微分代数方程DAE降阶模型体系。在不同网侧外部扰动及电源内部参数配置的条件下验证降阶模型体系的有效性。模型可揭示具有准功率特性电源的暂态失稳模式，并保持电源外特性的模拟精度，计算出的暂态失稳临界指标满足实际需求。

新能源发电并网系统的同步参考坐标系阻抗模型及其稳定性判别方法4002-4007

摘要：近年来，新能源发电并网系统中出现了新型的次同步振荡问题。为应对该问题，迫切需要开展适用于新能源发电并网系统的建模和稳定性判别方法研究。首先以一个简单的直驱风机-交流并网系统为例，分别推导了直驱风机和交流电网基于同步参考坐标系（synchronous reference frame，SRF）的阻抗模型，进而构建了系统整体的SRF阻抗模型；然后，基于该模型提出一种新的稳定性量化分析方法，并通过数学推导证明其有效性；最后，采用时域仿真和特征值分析验证了模型和判稳方法的有效性和精确性。所提方法具有针对实际复杂新能源并网系统开展阻抗网络建模和稳定性量化分析的潜力。

计及LCC-HVDC交直流系统静态电压稳定的综合短路比强度指标4008-4017

摘要：针对过往电网换相换流器高压直流输电（line commutated converter based high voltage direct current，LCCHVDC）交直流系统的强度指标缺乏严密理论基础的问题，该文研究计及LCC-HVDC交直流系统静态电压稳定的强度指标定义方法。首先，定量分析单馈入LCC—HVDC系统不同控制方式对交直流系统静态电压稳定的影响。其次，提出一种能够衡量交直流系统电压稳定裕度的综合短路比（integrated short circuit ratio，ISCR）强度指标。该指标考虑了交直流系统的实际潮流信息，能够同时应用于交直流系统的规划、设计和运行阶段；兼顾了LCC-HVDC系统的直流功率-电压动态特性，能够研究控制方式差异性对其影响；同时，基于静态电压稳定极限定义的临界综合短路比（critical integrated short circuit ratio，CISCR）指标取值恒为1，因而能够刻画互联交流电网对直流系统的临界电压支撑强度。最后，考虑额定运行工况和负荷动态变化过程的算例分析结果，及不同强度指标的对比分析，均表明了采用ISCR和CISCR指标的有效性。

全功率变换风电机组的暂态稳定性分析4018-4026

摘要：在高比例风电接入背景下，风电作为电源其稳定性问题一直被受重视。根据受扰大小，稳定性对于全功率变换风电机组（简称“全功率机组”）而言可分为静态稳定和暂态稳定，该文主要对全功率机组的暂态稳定问题进行详细探讨。为便于阐述其暂态失稳机理，首先依据多时间尺度模型简化原理，建立暂态稳定分析时间尺度下的全功率机组降阶模型；利用等面积法，揭示全功率机组暂态失稳的本质：锁相环频率失稳；并定量地分析锁相环带宽、故障点的端口特性及电网短路比等因素对全功率机组暂态稳定裕度的影响：最后，在PSCAD／EMTDC软件上搭建全功率机组并网系统详细模型，验证结论的正确性。研究结论对风电变流器锁相环的参数设计、风场并网线路继电保护的整定有一定帮助。

风电柔性直流并网及调频控制对电力系统功角稳定性的影响4027-4035

摘要：基于电压源型变流器的高压柔性直流输电（voltage source converter based HVDC，VSC．HVDC）是海上风电的典型输送方式，大规模海上风电经这种方式集结并接入陆上交流电网，对常规电力系统的影响越来越明显。分析了直驱式海上风电VSC—HVDC在主动调频控制下，对临近同步发电机组功角稳定性的影响。搭建了含风电VSC-HVDC的两机等值电力系统模型，通过理论推导和等面积法，分析了在发生负荷突变和短路故障时，考虑调频控制的风电VSC-HVDC对临近同步发电机组功角摇摆的影响规律，最后通过在PSCAD／EMTDC软件上搭建的仿真模型验证了理论分析的有效性。

多模型自适应控制应用于大型光伏电站阻尼区间振荡4036-4043

摘要：研究表明对大型光伏电站引入附加阻尼控制，可以有效抑制互联电力系统的区间低频振荡。为解决传统阻尼控制方法在应对大扰动方面的不足，引入多模型自适应控制策略进行阻尼控制。采用K-mcdoids算法以低频振荡模式为多维特征点对运行状态对应的线性模型进行聚类，并基于各类的中心模型分别设计阻尼控制器。通过比较实际系统与模型的输出动态响应差异，用贝叶斯方法实时计算每一个模型匹配当前实际系统的概率，据此更新各阻尼控制器输出权重，各控制器输出的加权平均作为最终控制信号附加于光伏无功控制的参考指令中。在DIgSILENT／PowerFactory中搭建光伏并网四机两区域测试系统，非线性仿真结果表明，在无需系统受扰后状态先验知识的情况下，该策略可以有效抑制非预期扰动引发的区间振荡，并在反馈信号时延和光照随机波动下均保持良好的鲁棒控制性能。

基于幅相运动方程的风机机电暂态特性的建模与优化4044-4051

摘要：随着风电在电力系统中的渗透率不断提高，风机的暂态特性对系统（同步发电机）暂态功角稳定的影响显著加深。因此，认识、优化风机的暂态特性具有重要意义。目前对风机暂态特性的认识优化大多是基于详细时域模型的数值仿真研究，缺乏基于物理化模型的机理研究。该文应用幅相运动方程建模方法，建立风机机电暂态幅相运动方程模型，并基于此物理化模型分析以GE风机为代表的现有风机机电暂态特性的物理特征，指出存在的不足并予以优化。该文的研究表明，以GE风机为代表的现有风机在机电尺度上只响应系统电压幅值动态，不响应系统电压相位动态。而只响应电压幅值动态限制了风机能够提供给同步发电机的暂态功角稳定支撑。该文通过将系统频率／相位动态引入到风机限流控制中，使风机同时响应系统电压幅值和相位动态，进一步增强了风机对同步发电机的暂态功角稳定支撑，提高了系统的暂态功角稳定性。

基于STATCOM的自激异步发电机小干扰稳定控制4052-4059

摘要：自激异步发电机受到小干扰扰动后的端电压幅值降落给系统稳定性带来了巨大的影响，此影响在独立电力系统中表现更加突出，需施加有效的稳定控制。该文以静止同步补偿装置（static synchronous compensator，STATCOM）为研究对象，考虑其无功补偿原理，搭建基于STATCOM的自激异步发电机独立电力系统，在自然坐标系下，根据幅相动力学理论确立有功功率之差与电压相位差、无功功率之差与电压幅值差的关系，得出等效转子、等效弹簧模型，从直流电压与交流电流时间尺度对STATCOM装置的有功分量、无功分量进行控制。仿真和实验结果验证了在多时间尺度下对系统小干扰稳定控制的有效性和分析结果的正确性。

中国电机工程学报杂志大电网规划与运行

低碳多能源系统的研究框架及展望4060-4069

摘要：多能源系统是指电力系统、热力系统以及天然气系统等多种类型的能源系统在不同环节、不同时空尺度进行耦合而组成的综合能源系统。相比不同能源系统之间分立运行，多种类型能源系统的耦合为能源系统提高经济性、促进节能减排提供了广阔的优化空间。该文首先从促进能源的综合利用效率与促进可再生能源的消纳两个方面出发，分析了多能源系统对低碳化发展的促进作用。然后分析了低碳发展模式下多能源系统需要研究的问题，建立了低碳多能源系统的整体研究框架。最后，分别从多能源系统的低碳分析、多能源系统的低碳规划与运行、碳交易市场等3个层面对低碳多能源系统的研究进行了展望，详细阐述了未来的主要研究方向。

基于电压相角轨迹的多频系统失步振荡中心定位及预警策略4070-4078

摘要：随着特高压交直流工程迅速发展，系统受到大扰动后面临多群失稳问题，多频失步振荡场景下的失步中心迁移规律亟待研究。推导了三机等值系统振荡中心位置表达式，分析了振荡中心的迁移规律，进而得到多频振荡下失步振荡中心出现的充要条件，并将其描绘成等值三机电压相角轨迹在相角平面中所满足的约束条件，提出一种失步中心预警策略。该策略依据电压相角轨迹接近约束条件时等值机的电压相角与频率，预判失步中心出现的地点与时刻，提前激活解列装置，使其在失步周期的最佳时刻动作。最后，PSS／E中三机九节点与IEEE118节点算例验证了所提方法的有效性。

面向提高风电接纳能力的多区域热-电联合调度模型4079-4088

摘要：为解决“三北”地区供热期间“风热冲突”问题，提高风电就地消纳能力，提出在风电消纳困难的电网末端加装蓄热电锅炉，利用弃风电量进行供热以增加风电并网空间，并考虑区域间的电功率交换及多种机组约束，多区域综合调度，以系统发电成本最低为目标函数，构建多区域热-电模型，给出蓄热电锅炉的运行方式。基于我国北方某省级电网数据，验证电供热系统提高风电并网能力的有效性；分别仿真分析配置普通电锅炉和蓄热电锅炉的效果，说明蓄热装置对于电供热系统及风电并网的重要性；同时比较不同调度起止时间下风电并网及蓄热电锅炉运行状态的差异，结果显示在风电大发时刻即启动蓄热电锅炉能提高装置利用率。

中国电机工程学报杂志智能电网

考虑风电时空相关性的仿射可调鲁棒机组组合4089-4097

摘要：风电大规模接入电力系统，电力系统运行计划需要充分的考虑风电不确定性。该文提出考虑风电时空相关性的仿射可调鲁棒机组组合。采用椭球不确定集合描述风电功率的时空相关特性，基于仿射策略，构建鲁棒机组组合模型，并将所建模型转化为混合整数二阶锥规划模型进行求解。针对鲁棒优化可能过于保守的问题，依据解的可行概率与集合参数的关系，确定合适的集合参数，从而保证运行计划对于随机风电波动的鲁棒性以及经济性。最后，在IEEE118节点系统上进行测试，考察了风电时空相关性对系统运行的影响。与传统备用容量法对比，验证了所提方法的经济性和鲁棒性。

基于前推回代优化算法的社区能源网络有功实时调配策略4098-4108

摘要：针对含户用光伏系统的社区能源网络有功调配需求，提出一种前推回代优化算法。该方法将光伏发电单元、储能单元与公共连接点（point of common coupling，PCC）整合成参数时变的虚拟网络模型，以“约束条件逐层回代，优化目标逐层前推”的优化方式，求解社区能源网络多目标组合优化问题。在此基础上，依托社区能源网络示范工程，开发能量管理平台对前述算法进行验证。测试结果证明，前推回代优化算法可以根据设备的工作状态，智能调整变量区间，重构优化算法，实现社区能源网络有功统一调配，并在充分考虑储能设备生命周期内剩余工作能力的条件下，实现社区能源网络光伏利用率最大化、储能利用率最大化、PCC有功功率波动最小化的组合优化目标。

利用行波到达时差关系的配电网故障定位算法4109-4115

摘要：针对现有配电网故障定位技术存在的缺陷，提出一种基于行波到达时差关系的配电网故障定位改进算法。故障前，针对配电网结构一般不变的特点，将全网线路进行等分，根据等分点至各线路末端的距离建立行波路径矩阵，进一步计算行波在各路径上的传播时间，在此基础上建立各节点的行波到达时间差矩阵。故障后，由小波变换准确获取故障初始行波到达各线路末端时刻，建立各分支线路间实际的行波到达时间差矩阵，然后比较故障前后行波到达时差矩阵的差异，通过矩阵差异值找出故障位置，实现故障定位。为了提高构建行波路径矩阵的效率，对线路结构进行归一化处理，并给出通用的行波路径长度计算方法。经大量仿真验证，所提算法可行有效，定位精度较高。