電力系統(tǒng)寬頻振蕩開環(huán)模式諧振原理與分析方法

目錄
前言
第1章 模式諧振與電力系統(tǒng)振蕩 1
1.1 電力系統(tǒng)低頻功率振蕩與次同步振蕩 1
1.1.1 電力系統(tǒng)低頻功率振蕩 1
1.1.2 電力系統(tǒng)次同步振蕩 7
1.2 近似強模式諧振理論基礎(chǔ) 14
1.2.1 特征值靈敏度 15
1.2.2 弱模式諧振 18
1.2.3 強模式諧振 22
1.3 近似強模式諧振在電力系統(tǒng)低頻功率振蕩和次同步振蕩機理分析中的應(yīng)用 27
1.3.1 模式諧振現(xiàn)象的早期認(rèn)識 27
1.3.2 模式諧振引發(fā)電力系統(tǒng)低頻功率振蕩 28
1.3.3 算例1.1——近似強模式諧振引發(fā)電力系統(tǒng)低頻功率振蕩 30
1.3.4 算例1.2——電力系統(tǒng)中弱機電振蕩模式諧振 32
1.3.5 算例1.3——IEEE SSR 第一標(biāo)準(zhǔn)電力系統(tǒng)中的近似強模式諧振 33
參考文獻 35
附錄1.1 算例1.1系統(tǒng)參數(shù) 40
附錄1.2 算例1.2系統(tǒng)參數(shù) 41
附錄1.3 算例1.3系統(tǒng)參數(shù) 42
第2章 永磁同步風(fēng)機與電力系統(tǒng)開環(huán)模式諧振 43
2.1 含永磁風(fēng)機接入的電力系統(tǒng)閉環(huán)模型 43
2.1.1 永磁同步風(fēng)機子系統(tǒng)模型 43
2.1.2 ROPS子系統(tǒng)線性化模型 53
2.1.3 鎖相環(huán) 56
2.1.4 理想鎖相環(huán)時的閉環(huán)模型 58
2.2 開環(huán)模式諧振原理 59
2.2.1 開環(huán)模式諧振概念的引入——阻尼轉(zhuǎn)矩分析 59
2.2.2 永磁風(fēng)機引起的開環(huán)模式諧振分析 62
2.2.3 永磁同步風(fēng)機開環(huán)振蕩模式 66
2.3 算例2.1——永磁同步風(fēng)機接入兩機電力系統(tǒng)對低頻功率振蕩的影響 68
2.3.1 算例系統(tǒng)與參數(shù) 68
2.3.2 永磁同步機子系統(tǒng)線性化狀態(tài)空間模型 69
2.3.3 ROPS 子系統(tǒng)線性化狀態(tài)空間模型 71
2.3.4 理想鎖相環(huán)時的閉環(huán)互聯(lián)模型 71
2.3.5 開環(huán)直流電壓控制外環(huán)振蕩模式 73
2.3.6 穿透功率對動態(tài)交互的影響 75
2.4 算例2.2——永磁同步風(fēng)機接入引起次/超同步振蕩 77
2.4.1 次同步振蕩模式間的開環(huán)模式諧振 77
2.4.2 超同步振蕩模式間的開環(huán)模式諧振 80
2.5 開環(huán)模式諧振條件下含多臺永磁同步風(fēng)機接入的多機電力系統(tǒng)次同步振蕩風(fēng)險識別方法 82
2.5.1 含多臺永磁風(fēng)機接入的電力系統(tǒng)多層閉環(huán)模型 82
2.5.2 多機系統(tǒng)殘差指標(biāo) 85
2.5.3 算例2.3——含5臺永磁風(fēng)機接入的多機電力系統(tǒng) 87
參考文獻 89
附錄2.1 算例2.2系統(tǒng)參數(shù) 90
附錄2.2 算例2.3系統(tǒng)參數(shù) 91
第3章 雙饋感應(yīng)風(fēng)機與電力系統(tǒng)開環(huán)模式諧振 95
3.1 含雙饋風(fēng)機接入的電力系統(tǒng)閉環(huán)模型 95
3.1.1 雙饋感應(yīng)風(fēng)機子系統(tǒng)模型 95
3.1.2 閉環(huán)互聯(lián)模型 105
3.2 雙饋感應(yīng)風(fēng)機與電力系統(tǒng)機電暫態(tài)開環(huán)模式諧振 109
3.2.1 雙饋風(fēng)機引起的開環(huán)模式諧振分析 109
3.2.2 雙饋感應(yīng)風(fēng)機機電開環(huán)振蕩模式 111
3.2.3 算例3.1——含雙饋風(fēng)機接入的兩機電力系統(tǒng) 115
3.3 開環(huán)模式諧振條件下雙饋感應(yīng)風(fēng)機接入多機電力系統(tǒng)引發(fā)次同步振蕩風(fēng)險識別方法 123
3.3.1 含多臺雙饋風(fēng)機接入的電力系統(tǒng)多層閉環(huán)模型 123
3.3.2 算例3.2——含5 臺雙饋風(fēng)機接入的多機電力系統(tǒng) 126
3.4 含雙饋感應(yīng)風(fēng)機的串補電力系統(tǒng)開環(huán)模式諧振 130
3.4.1 雙饋感應(yīng)風(fēng)機與串補線路之間的開環(huán)模式諧振 130
3.4.2 算例3.3——含雙饋風(fēng)機接入的串補電力系統(tǒng) 131
參考文獻 139
附錄3.1 算例3.2系統(tǒng)參數(shù) 139
附錄3.2 算例3.3系統(tǒng)參數(shù) 140
第4章 鎖相環(huán)與電力系統(tǒng)開環(huán)模式諧振 141
4.1 鎖相環(huán)與電力系統(tǒng)開環(huán)模式諧振分析 141
4.1.1 閉環(huán)模型 141
4.1.2 開環(huán)模式諧振 144
4.2 算例4.1——單臺變速風(fēng)機內(nèi)鎖相環(huán)與并網(wǎng)換流器控制系統(tǒng)間的開環(huán)模式諧振 146
4.2.1 鎖相環(huán)和永磁同步風(fēng)機網(wǎng)側(cè)換流器控制的開環(huán)模式諧振 147
4.2.2 鎖相環(huán)和雙饋感應(yīng)風(fēng)機換流器控制開環(huán)模式諧振 153
4.3 算例4.2——單個風(fēng)電場內(nèi)多個鎖相環(huán)間的開環(huán)模式諧振 159
4.3.1 兩個鎖相環(huán)之間的開環(huán)模式諧振 160
4.3.2 三個鎖相環(huán)之間的開環(huán)模式諧振 163
4.4 算例4.3——鎖相環(huán)與電力系統(tǒng)機電振蕩模式間的開環(huán)模式諧振 165
4.4.1 系統(tǒng)運行狀態(tài)影響 165
4.4.2 鎖相環(huán)參數(shù)的影響 168
4.4.3 短路比和風(fēng)電穿透功率的影響 170
4.4.4 復(fù)雜鎖相環(huán)的影響 172
4.5 算例4.4——鎖相環(huán)與同步機軸系間次同步開環(huán)模式諧振 174
4.5.1 鎖相環(huán)與同步機軸系間開環(huán)模式諧振 175
4.5.2 風(fēng)機出力和連接阻抗的影響 178
4.5.3 鎖相環(huán)之間次同步交互導(dǎo)致開環(huán)模式諧振 179
參考文獻 181
附錄4.1 算例4.1和算例4.2中風(fēng)機參數(shù) 182
附錄4.2 算例4.4中永磁同步風(fēng)機參數(shù) 182
第5章 交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)開環(huán)模式諧振分析 183
5.1 交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性 183
5.1.1 柔性直流輸電接入對交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的影響 184
5.1.2 含柔性直流輸電網(wǎng)接入的交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性 186
5.1.3 交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法 190
5.2 開環(huán)模式諧振引起的多端直流網(wǎng)與交流系統(tǒng)間的強機電動態(tài)交互 191
5.2.1 含VSC MTDC網(wǎng)接入的交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)的閉環(huán)互聯(lián)模型 191
5.2.2 交直流電網(wǎng)動態(tài)交互阻尼轉(zhuǎn)矩法分析 197
5.2.3 交直流電網(wǎng)間的開環(huán)模式諧振分析 199
5.2.4 算例5.1——含10端直流電網(wǎng)接入的電力系統(tǒng) 200
5.3 開環(huán)模式諧振條件下柔性直流輸電控制與交流系統(tǒng)次同步交互 206
5.3.1 含柔性直流輸電接入的交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)閉環(huán)模型 207
5.3.2 柔直與交流系統(tǒng)間的開環(huán)模式諧振 211
5.3.3 算例5.2——含柔性直流輸電線的電力系統(tǒng) 213
5.4 多端柔性直流輸電控制引發(fā)的開環(huán)模式諧振及其傳播 218
5.4.1 含多端柔性直流電網(wǎng)的交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)線性化模型 218
5.4.2 算例5.3——含5端直流電網(wǎng)接入的電力系統(tǒng) 223
參考文獻 229
附錄5.1 5.2.4節(jié)中新英格蘭測試系統(tǒng)參數(shù) 232
附錄5.2 5.3.3節(jié)中3機9節(jié)點交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)參數(shù) 233
附錄5.3 5.4.2節(jié)中5端交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)參數(shù) 234
第6章 虛擬慣性或虛擬同步機控制引起的開環(huán)模式諧振 235
6.1 永磁同步風(fēng)機虛擬慣性控制引起的開環(huán)模式諧振 235
6.1.1 虛擬慣性控制與電力系統(tǒng)形成的閉環(huán)模型 235
6.1.2 動態(tài)交互作用根軌跡分析 238
6.1.3 算例6.1——含永磁風(fēng)機接入的單機無窮大系統(tǒng) 239
6.1.4 算例6.2——含永磁風(fēng)機接入的新英格蘭多機電力系統(tǒng) 242
6.2 虛擬同步發(fā)電機控制與電力系統(tǒng)機電動態(tài)交互開環(huán)模式諧振分析 244
6.2.1 含多個虛擬同步發(fā)電機接入的電力系統(tǒng)線性化閉環(huán)模型 244
6.2.2 虛擬同步發(fā)電機提供的阻尼轉(zhuǎn)矩分析 247
6.2.3 虛擬同步發(fā)電機控制與ROPS子系統(tǒng)間的開環(huán)模式諧振 248
6.2.4 算例6.3——含3臺虛擬同步發(fā)電機接入的兩機電力系統(tǒng) 250
6.2.5 算例6.4——虛擬同步發(fā)電機間的開環(huán)模式諧振 253
6.3 采用虛擬同步發(fā)電機控制的多端柔性直流系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性 255
6.3.1 VSC換流站傳遞函數(shù)模型 255
6.3.2 虛擬同步發(fā)電機得到的阻尼轉(zhuǎn)矩分析 260
6.3.3 虛擬同步發(fā)電機與直流電網(wǎng)間的開環(huán)模式諧振 262
6.3.4 算例6.5——含單個虛擬同步發(fā)電機的直流系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 263
6.3.5 算例6.6——含多個虛擬同步發(fā)電機的直流輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性 266
參考文獻 268
附錄6.1 算例6.1系統(tǒng)參數(shù) 268
附錄6.2 算例6.2系統(tǒng)中永磁風(fēng)機參數(shù) 269
附錄6.3 算例6.3及算例6.4系統(tǒng)參數(shù) 270
第7章 電力系統(tǒng)區(qū)域低頻功率振蕩開環(huán)模式諧振 271
7.1 引言 271
7.2 低頻功率振蕩開環(huán)模式諧振 272
7.2.1 單機無窮大電力系統(tǒng)中開環(huán)模式諧振概念的引入 272
7.2.2 一般多機電力系統(tǒng)中開環(huán)模式諧振概念的引入 276
7.2.3 開環(huán)模式諧振對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響 278
7.3 發(fā)電機與電力系統(tǒng)開環(huán)模式諧振分析 281
7.3.1 閉環(huán)模型的建立 281
7.3.2 算例7.1——4機兩區(qū)域電力系統(tǒng) 284
7.3.3 算例7.2——紐約-新英格蘭系統(tǒng) 285
7.3.4 低頻機電振蕩模式在復(fù)頻面上分布的演變 289
7.3.5 算例7.3——實際電網(wǎng)一 293
7.3.6 算例7.4——實際電網(wǎng)二 295
7.4 開環(huán)模式諧振引起區(qū)域間低頻功率振蕩分析 297
7.4.1 互聯(lián)電力系統(tǒng)閉環(huán)互聯(lián)模型 297
7.4.2 兩輸入-兩輸出系統(tǒng)的開環(huán)模式諧振 301
7.4.3 算例7.5——4機兩區(qū)域系統(tǒng) 303
7.4.4 算例7.6——紐約-新英格蘭系統(tǒng) 305
7.4.5 一個實際低頻功率振蕩事故分析 307
參考文獻 312
附錄7.1 算例7.1系統(tǒng)參數(shù) 313
附錄7.2 算例7.2系統(tǒng)參數(shù) 314
附錄7.3 算例7.5系統(tǒng)參數(shù) 318
附錄7.4 算例7.6系統(tǒng)參數(shù) 319