電力系統(tǒng)低頻功率振蕩阻尼轉(zhuǎn)矩分析理論與方法

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電力系統(tǒng)低頻功率振蕩阻尼轉(zhuǎn)矩分析理論與方法

內(nèi)容簡介

前言

第1章 電力系統(tǒng)低頻功率振蕩分析與阻尼控制

第2章 單機無窮大電力系統(tǒng)阻尼轉(zhuǎn)矩分析——電力系統(tǒng)穩(wěn)定器

第3章 單機無窮大電力系統(tǒng)阻尼轉(zhuǎn)矩分析——晶閘管控制型的靈活交流輸電裝置

第4章 單機無窮大電力系統(tǒng)阻尼轉(zhuǎn)矩分析——靜止同步補償器或儲能系統(tǒng)

第5章 單機無窮大電力系統(tǒng)阻尼轉(zhuǎn)矩分析——靜止同步串聯(lián)補償器和統(tǒng)一潮流控制器

第6章 裝有電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的多機電力系統(tǒng)阻尼轉(zhuǎn)矩分析

第7章 多機電力系統(tǒng)阻尼轉(zhuǎn)矩分析——靈活交流輸電裝置

第8章 阻尼轉(zhuǎn)矩分析的圖形解釋及其應用——單機無窮大電力系統(tǒng)

第9章 阻尼轉(zhuǎn)矩分析的圖形解釋及其應用——多機電力系統(tǒng)

第10章 新能源接入單機無窮大電力系統(tǒng)阻尼轉(zhuǎn)矩分析

封底

《電力系統(tǒng)低頻功率振蕩阻尼轉(zhuǎn)矩分析理論與方法》介紹電力系統(tǒng)低頻功率振蕩分析與阻尼控制中廣泛應用的阻尼轉(zhuǎn)矩分析法。首先以簡單的單機無窮人電力系統(tǒng)為背景，介紹阻尼轉(zhuǎn)矩分析的基本理論及應用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的原理；然后介紹阻尼轉(zhuǎn)矩分析理論和方法在靈活交流輸電系統(tǒng)控制中的應用；隨后介紹阻尼轉(zhuǎn)矩分析理論和方法在復雜多機電力系統(tǒng)巾的推廣；最后介紹阻尼轉(zhuǎn)矩分析理論和方法研究的最新進展，即圖形解釋法及其在新能源接入電力系統(tǒng)中的應用。

本書在介紹阻尼轉(zhuǎn)矩分析的基本理論和方法的基礎上，系統(tǒng)總結了著者二十多年來對阻尼轉(zhuǎn)矩分析理論和應用的研究成果，包括阻尼轉(zhuǎn)矩分析應用于靈活交流輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與控制、儲能系統(tǒng)穩(wěn)定控制、以及新能源（風電和光電）接入電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的最新研究成果。

受到擾動后的同步發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩的變化量可以分解為兩部分：一是與功角偏移同相位的同步轉(zhuǎn)矩分量；二是與速度偏移同相位的阻尼轉(zhuǎn)矩分量。

低頻振蕩器（low-frequencyoscillator，或稱LFO）是指產(chǎn)生頻率在0.1赫茲到10赫茲之間交流訊號的振蕩器。這個詞通常用在音訊合成中，用來區(qū)別其他的音訊振蕩器。2100433B

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 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用 27

1.3.1 模式諧振現(xiàn)象的早期認識 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 第一標準電力系統(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 永磁同步風機與電力系統(tǒng)開環(huán)模式諧振 43

2.1 含永磁風機接入的電力系統(tǒng)閉環(huán)模型 43

2.1.1 永磁同步風機子系統(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 永磁風機引起的開環(huán)模式諧振分析 62

2.2.3 永磁同步風機開環(huán)振蕩模式 66

2.3 算例2.1——永磁同步風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機接入的多機電力系統(tǒng)次同步振蕩風險識別方法 82

2.5.1 含多臺永磁風機接入的電力系統(tǒng)多層閉環(huán)模型 82

2.5.2 多機系統(tǒng)殘差指標 85

2.5.3 算例2.3——含5臺永磁風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 雙饋感應風機與電力系統(tǒng)開環(huán)模式諧振 95

3.1 含雙饋風機接入的電力系統(tǒng)閉環(huán)模型 95

3.1.1 雙饋感應風機子系統(tǒng)模型 95

3.1.2 閉環(huán)互聯(lián)模型 105

3.2 雙饋感應風機與電力系統(tǒng)機電暫態(tài)開環(huán)模式諧振 109

3.2.1 雙饋風機引起的開環(huán)模式諧振分析 109

3.2.2 雙饋感應風機機電開環(huán)振蕩模式 111

3.2.3 算例3.1——含雙饋風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風機接入多機電力系統(tǒng)引發(fā)次同步振蕩風險識別方法 123

3.3.1 含多臺雙饋風機接入的電力系統(tǒng)多層閉環(huán)模型 123

3.3.2 算例3.2——含5 臺雙饋風機接入的多機電力系統(tǒng) 126

3.4 含雙饋感應風機的串補電力系統(tǒng)開環(huán)模式諧振 130

3.4.1 雙饋感應風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)和雙饋感應風機換流器控制開環(huán)模式諧振 153

4.3 算例4.2——單個風電場內(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 短路比和風電穿透功率的影響 170

4.4.4 復雜鎖相環(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中風機參數(shù) 182

附錄4.2 算例4.4中永磁同步風機參數(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——含永磁風機接入的單機無窮大系統(tǒng) 239

6.1.4 算例6.2——含永磁風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