交直流混联系统小干扰稳定性分析
交直流并联系统稳定器与附加控制器协调控制设计
交 直 流 并联 系统 稳定 器 与 附加 控 制器 协 调 控 制 设 计
魏伟
（ 东省 电 力试 验 研 究 所 ， 广 州 ５ ０ ０ ） 广 １６ ０
摘要 ：针对具有低 频振 荡现象的交直流并联 系统 ，建立 了单机无 穷大 系统的小干扰 线性化模 型 ，在 对其进行低
频 振 荡机 理 分 析 的 基 础 上 ，设 计 了 电力 系统 稳 定 器 （ Ｓ ） 直流 附加 控 制 器 （ ＣＭ） 行 直流 调 制 。 当两 种 控 制 Ｐ Ｓ和 Ｄ 进
Ｋｅ ｏ ｄ ： ｏ —ｒｑ ｅ ｃ ｓｉａ ｉｎ ＡＣ ｙｗ ｒ ｓ ｌｗ ｆｅ ｕ ｎ ｙｏ ｃ ｌｔ ； ／ＤＣ； ｗ ｒ ｙ ｔｍ ｔｂｌ ｅ Ｐ Ｓ ； ｄ ｕ ｔ ｒ（ Ｃ ） ｌ ｏ ｏ ｐ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓａ ｉｚ ｒ（ Ｓ ） ＤＣ ｍｏ ｌ ｏ Ｄ Ｍ ｉ ａ
电力系统 稳定 运行 是保证 系统 可靠 供 电的重要 课 题 ，由于电力 系 统一 直 运 行 在小 扰 动 的 状 态下 ， 所 以研 究 电 力 系 统 小 扰 动 的稳 定 性 具 有 重 要 的 意 义 。同时一 些直 流输 电线路 的增 加 ，给 电力 系统 的 分析 带来 了许 多新 的课 题 。直流 输 电线路及 其控 制
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第２ Ｏ卷 第 ８期
２０ ０ ７年 ８月
广 东 电 力
ＧＵＡＮＧＤＯＮＧ Ｉ Ｃｒ Ｃ ｐ Ｅ ＲＩ ＯＷ Ｅ Ｒ
ＶＯ ． ０ ＮＯ ８ １２ ． Ａｕ ． ０ ７ ｇ ２０
文 章 编 号 ：０７２ ０ ２０ ）８０ ２ —４ １０ —９ Ｘ（０ ７ ０ —０ ３０
器分别控制和协调控制 时，对低频振 荡的抑制作 用进 行 了比较 ，结果证 明对 于含 有直流 线路 的 系统 ，应该利 用
第09章 电力系统静态稳定性分析
电力系统稳定性分类
通常电力系统稳定性分两类 静态稳定性：电力系统正常运行状态下，受到某种小干扰 后，能够恢复到原来的运行状态的能力 暂态稳定性：电力系统正常运行状态下，突然受到某种大 干扰后，能够过渡一个新的稳定运行状态或恢复到原来的运行 状态的能力
小扰动
a、个别电动机的接入或切除 b、负荷的随机涨落 c、汽机蒸汽压力的波动 d、发电机端电压发生小的偏移 e、架空线路因风吹摆动引起线间距离的微小变化
9-1概述
电力系统的机电暂态过程又称为电力系统的稳定性
扰动
电力系统 某一正常
经过一段时间t
运行状态
恢复到原来状态 过渡到一新稳定状态
该运行状态 是稳定的
既未恢复到原状态，也未 过渡到一新稳定状态。
该运行状态 是不稳定的
不稳定情况下： 系统的电压、电流、功率和相位角等运行参数没有一
个稳定值，而是随时间不断增大或振荡
静态稳定的概念 静态稳定分析的实用判据 静态稳定极限功率 静态稳定储备系数 小干扰法静态稳定分析
提高静态稳定的措施
27
系统是不稳定的 复平面的左半平面为稳定区，右半平面为不稳定区，中间为临界线，只有
当特征方程的根全部落在左半平面 时，系统才能静态稳定，只要有一个根落在右 半平面或落在临界线上，都不判系统为静态稳定
22
9-5 提高静态稳定的措施
发电机可能送出的功率极限愈高，则电力系统的静态稳定性愈高
采用自动调节励磁装置
大扰动
a、系统发生短路故障 b、突然断开线路 c、突然断开发电机
6
9-4 小干扰法分析简单系统静态稳定
用小干扰法可从数学上推导稳定判据。小干扰法，就是列出描述系 统运动的、通常是非线性的微分方程组，然后将它们线性化，得出近似 的线性微分方程组，再根据其特征方程式根的性质判断系统的稳定性
浅析变电站交直流系统的工作原理
浅析变电站交直流系统的工作原理摘要：电力作为最基础的资源如今已成为我们必不可少的生活资源，而作为电力系统中最重要的组成部分之一变电站的稳定、可靠运行是保障客户安全用电的关键所在，变电站交直流系统作为变电站中不可或缺的重要系统它是变电站安全、稳定运行的重要保障之一，所以，只有变电站运行人员熟悉掌握其原理以及运维要求才能更好的维护好变电站交直流系统。
本文通过对某35kV变电站交直流系统的浅析，希望能够对变电站运维人员提供一定的帮助。
关键词：变电站交直流系统、工作原理、运维要求1、变电站交直流系统的主要组成部分1.1、变电站交流系统变电站交流系统主要给主变冷却系统、消防系统、交流不间断电源（UPS）、隔离开关操作电源、蓄电池充电机电源、照明、生活用电、检修试验电源等提供电源支持，以35kV拥有两台站用变的某变电站交流系统为例。
其原理图如图-1所示：图-1某35kV变电站交流系统原理图由上图可知，其主要构成部分为:供电线路及供电母线、熔断器、站用变压器、电流互感器、断路器、低压开关以及0.4kV母线等。
变电站交流系统在变电站中的作用是无可替代的，它为变电站的稳定运行提供了可靠的安全保障。
系统中各部分的主要作用如下：（1）供电线路及供电母线：10kV某出线、35kVⅡ段母线为交流系统提供两路可靠的电源。
（2）熔断器：熔断器在交流系统中主要起到保护作用。
当系统内发生故障产生的电流超过熔断器自身的额定工作电流后熔断器熔断对整个交流系统起到保护的作用。
（3）站用变压器：站用变压器主要是转换电压的作用，在此交流系统中将10kV、35kV高电压转换成0.4kV的低电压。
（4）电流互感器：电流互感器采集低压侧电流，对系统进行电流监测，当出线异常电流是发送相关的信号，为保护交流系统稳定运行提供保障。
（5）断路器：开断、关合、承载电流，进行日常停送电操作。
（6）低压开关：低压侧停送电操作。
（7）0.4kV母线：为低压侧负荷提供电源。
分布式控制的直流微电网系统级稳定性分析_支娜
1 直流微电网建模
直流微电网的控制方式分为 2 种 ，一种为集 中式控制策略，一种为分布式控制策略。集中式控 制策略基于通信线路实现微源之间的功率分配，降 低了可靠性，分布式控制策略基于本地信息实现微 源之间的功率分配，在中小容量的直流微电网中得 到了广泛应用
[18] [1]
功率模式和最大功率模式。 4）负载单元。 直流微电网中的负载通常通过 DC/DC 变换器 (又称负载点(point of load， POL)变换器)接入直流微 电网，实现电压等级的转换，其输出特性等效为一 个 CPL。 1.1 1.1.1 直流微电网稳态建模 下垂控制变换器稳态模型 直流微电网中，采用电压–电流下垂控制的变 换器稳态运行时，输出端等效为一个理想电压源和
中
国 电 机 工 程 学 Proceedings of the CSEE
报
Vol.36 No.2 Jan.20, 2016 ©2016 Chin.Soc.for Elec.Eng. 中图分类号：TM 71
DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.2016.02.007
文章编号：0258-8013 (2016) 02-0368-11
以上判据均是通过设定不同的稳定裕度和禁止区基于阻抗比对直流微电网进行小信号稳定性分析这类判据的缺点是他们规定了功率的流向电源侧输出功率负载侧吸收功率但在实际的直流微电网中有些微源如并网变换器或储能变换器既可以作为电源运行也可以作为负载运行无法明确区分电源输出阻抗和负载输入阻抗
368
第 36 卷 第 2 期 2016 年 1 月 20 日
[14]
DC
DC
AC 风电 DGs
AC 并网变 换器
电网
DC DC DC …… DC DC 直流负荷 恒功率负载 DC 直流母线 直流负荷
电力系统暂态分析：第六章 电力系统稳定性问题概述
M E max
2M E max S Scr
Scr S
• 四、自动调节励磁系统包括： • 1、自动调节励磁系统包括： • 主励磁系统和自动调节励磁装置
• 主励磁系统是从励磁电源到发电机励磁绕组的励 磁主回路：
• 自动调节励磁装置根据发电机的运行参数，如端 电压、电流等，自动地调节主励磁系统的参数。
➢两机系统
PE1 E12G11 E1E2 Y12 sin(12 12 ) PE12 E22G22 E1E2 Y12 sin(12 12 )
PE1 PE2 δ12
• 三、异步电动机转子运动方程和电磁转矩
• 异步电动机组的转子运动方程为
TJ
0
d*
dt
(M E
Mm)
• TJ 为异步电动机组的惯性时间常数，一般约为
Re
E i
n
Eˆ
jYˆij
j1
n
n
Ei E j (Gij cos ij Bij sin ij ) Ei2Gii Ei Ej Yij sin( ij ij )
j 1
j 1
ji
导纳角 ij
tg1
Gij Bij
➢任一台发电机的功率角的改变，将引起全系统各机 组电磁功率的变化。稳定分析是全系统的综合问题。
➢ 机电暂态过程主要是电力系统的稳定性问题。电力系 统稳定性问题就是当系统在某一正常运行状态下受到某种干 扰后，能否经过一定的时间后回到原来的运行状态或者过渡 到一个新的稳态运行状态的问题。
如果能够，则认为系统在该正常运行状态下是稳定
的。
反之，若系统不能回到
原来的运行状态或者不能建
立一个新的稳态运行状态，
J02 SB
Wk
MMC型柔性直流输电系统建模、安全稳定分析与故障穿越策略研究
MMC型柔性直流输电系统建模、安全稳定分析与故障穿越策略研究1. 本文概述随着全球能源需求的不断增长和电网规模的扩大，柔性直流输电技术（MMCHVDC）因其高效率、高可控性和良好的故障穿越能力而成为现代电网的重要组成部分。
本文旨在深入探讨MMC型柔性直流输电系统的建模方法、安全稳定特性分析以及故障穿越策略，以期为实际工程应用提供理论支持和策略指导。
本文将详细阐述MMCHVDC系统的基本原理和结构特点，为后续建模和分析奠定基础。
本文将重点探讨MMCHVDC系统的数学建模方法，包括其交流侧和直流侧的动态模型，以及控制器的设计。
这部分内容将采用现代控制理论，结合仿真软件进行模型验证，确保模型的准确性和实用性。
在安全稳定分析部分，本文将基于所建立的模型，分析MMCHVDC 系统在各种运行条件下的稳定性，包括正常运行、负载变化和故障情况。
特别地，本文将重点研究系统在直流侧和交流侧故障时的响应特性，以及这些故障对系统稳定性的影响。
本文将提出一套完整的故障穿越策略，以增强MMCHVDC系统在电网故障时的鲁棒性和稳定性。
这些策略将涵盖故障检测、故障隔离、系统恢复等多个方面，旨在确保系统能够在各种故障情况下保持稳定运行，最大限度地减少故障对电网的影响。
总体而言，本文的研究成果将为MMC型柔性直流输电系统的设计、运行和控制提供重要的理论参考和实践指导，有助于推动该技术在智能电网和可再生能源领域的广泛应用。
2. 型柔性直流输电系统概述MMC（Modular Multilevel Converter）型柔性直流输电系统，作为一种新型的电力电子输电技术，以其独特的模块化设计和优越的电力调节能力，近年来在高压直流输电（HVDC）领域受到了广泛关注。
该系统主要由多个子模块组成，每个子模块包含一个绝缘栅双极晶体管（IGBT）和反并二极管，以及相应的电容器。
通过控制IGBT的开关状态，可以实现对电压的精确控制，从而实现有功和无功的独立控制。
4-3交直流混联系统的潮流讲解
2. 潮流计算方程式
输电方式的发展
电力工业萌芽阶段，以爱迪生（1847～1931）为代表的直 流派主张从发电到输电都采用直流，以西屋（1846～1914） 为代表的交流派则主张从发电到输电都采用交流。 由于多台发电机同步运行问题的解决以及变压器、三相感 应电动机的发明和完善，交流系统在经济技术上优越性日 益突出，以致取得主导地位。 如今，直流输电技术进一步发展，优势也逐步体现， HVDC（High Voltage Direct Current）在世界各大电力系 统中应用渐增，使得现代电力系统成为交流中包含直流输 电系统的交直流混联系统。 我国第一条大型直流输电线路工程－葛洲坝到上海 ±500kV、1080km高压直流输电线路已于1990年投入运行
所谓直流输电是将发电厂发出的交流电用整流器变 换成直流，经直流线路送至受端，再经逆变器变换 成三相交流后送往用户。
4.2 直流输电的基本原理
最简单的直流输电系统，它由直流输电线路、两 端的换流站组成。 换流站中主要设备有：换流器、换流变压器、平 波电抗器、交流滤波器、直流滤波器、无功补偿 设备和断路器。 功率传输从交流系统1开始，经整流变压器送入整 流器变成直流；然后通过直流输电线路送至逆换 流器，变成三相交流后再经逆换流变压器送给交 流系统2。显然，直流线路输送的完全是有功功率。
4-3 交直流混联系统的潮流计算方法
计算方法：
1. 统一迭代法（联合求解法） 以极坐标形式下的牛顿法 为基础，将交流节点电压的幅值和相角与直流系统中的 直流电压、直流电流、换流器变比、换流器的功率因素 及换流器控制角统一进行迭代求解。
2. 交替迭代法 在迭代过程中，将交流系统方程和直流系 统方程分别进行求解。在求解交流系统方程时，将直流 系统用接在相应节点上的已知其有功和无功功率的负荷 来等值。而在求解直流系统方程时，将交流系统模拟成 加在换流器交流母线上的一个恒定电压。
毕业论文电力系统静态稳定性分析
电力系统静态稳定性分析摘要近几年，电力系统的规模日益增大，系统的稳定问题越来越严重地威胁着电网的安全稳定运行，对电力系统的静态稳定分析也成为一个十分重要的问题。
为提高和保证电力系统的稳定运行，本文主要阐述了电力系统静态稳定性的基本概念，对小干扰法的基本原理做了研究，并利用小干扰法对简单的单机电力系统进行了简要的分析。
且为了理解调节励磁对电力系统稳定性的影响，本文做了简要要研究，并以单机系统为实例，进行了简单地分析。
本文通过搜集相关资料，整理了保证和提高电力系统静态稳定性的措施。
关键词：电力系统，静态稳定，小干扰分析法 ,励磁调节ABSTRACTIn recent years, the scale of power system is increasing,so system stability problem is increasingly serious threat to the safe and stable operation of power grid,and power system static stability analysis has become a very important problem.In order to improve and ensure the stable operation of electric power system, this paper mainly expounds the basic concept of the static stability of power system,using the small disturbance method basic principle to do the research, and the use of small disturbance method for simple stand-alone power system undertook brief analysis. And in order to understand the regulation of excitation effects on the power system stability, this paper makes a brief to research, and single system as an example, undertook simple analysis.In this paper, by collecting relevant information, organize the guarantee and improve the power system static stability measures.Key words power system , static stability, small signal analysis method of excitation regulator目录摘要IABSTRACTII第1章绪论11.1 研究电力系统静态稳定性的目的以与原则11.2 本文采用的解决电力系统静态稳定性问题的方法11.3 课题研究的成果和意义1第2章电力系统静态稳定性简析22.1 电力系统的基本概念22.11电力系统的定义22.12电力系统的运行特点和要求22.2电力系统静态稳定性的基本概念22.21电力系统静态稳定性的定义22.22电力系统静态稳定性的分类32.23 电力系统静态稳定性的定性分析7第3章小扰动法分析简单系统的静态稳定性113.1 小扰动法基本原理113.2小扰动法分析简单电力系统静态稳定性12第四章调节励磁对电力系统静态稳定性的影响164.1 不连续调节励磁对静态稳定性的影响164.2 实例分析励磁调节对稳定性的影响17第5章提高电力系统静态稳定性的措施205.1提高静态稳定性的一般原则205.2 改善电力系统基本元件的特性和参数215.21 改善系统电抗215.22改善发电机与其励磁调节系统的特性215.23 采用直流输电225.3 采用附加装置提高电力系统的静态稳定性225.31 输电线路采用串联电容补偿225．32 励磁系统采用电力系统稳定器PSS 装置23 第6章结论24辞25参考文献26第1章 绪论1.1 研究电力系统静态稳定性的目的以与原则电力系统是一个复杂的大规模的非线性动态系统，其稳定性分析是是电力系统规划和运行的最重要也是最复杂的任务之一。
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2019年6
月
第47卷第3
期（总第262期）
Jun. 2019
Vol. 47 No. 3(Ser. No. 262)
吉林 电 力
Jilin Electric Power
交直流混联系统小干扰稳定性分析李晨辉，黄冬，
刘国栋
（东北电力大学，吉林 吉林 132012）
摘 要：针对交直流混联系统动态稳定性，以4机11节点为例，在电力系统分析综合程序中对交直流互联系统进 行小干扰稳定分析。首先对交直流互联系统进行建模，并且基于直流系统控制方式采用整流侧定电流•逆变侧定 电压的方式对系统进行线性化，以恃征值分析方法研究了由于直流的加入对系统振荡模式的影响
，探究了直流系
统运行过程中的相关参数对互联系统振荡模式影响。仿真分析结果表明：合适的无功补偿及提高交直流混联系统 直流输送的功率比例，将有利于系统的小干扰稳定。
关键词：交直流混联；电力系统；动态稳定性；特征值分析中图分类号:TM712. 13 文献标志码：A 文章编号:1009-5306（2019）03-0033-04
Small Interference Stability
Analysis of AC/DC
Hybrid System
LI Chenhui, HUANG
Dong,LIU Guodong
(Northeast Electric Power University,
Jilin, 132012
,China)
Abstract: Aiming at the dynamic stability of AC/DC hybrid system, taking four-node eleven-node as an example, the small interference stability analysis of AC/DC hybrid system is carried out in the power system analysis and
synthe
sis program. Firstly, the AC/DC interconnection system is modeled* and the system is linearized based on the DC system control method using the rectifier side constant current and the inverter side constant voltage. The eigenvalue
analysis method is used to study the system oscillation due to the DC addition. The influence of the mode and the influence of relevant parameters in the operation of the DC system on the oscillation mode of the interconnected system
are analyzed. The simulation results show that appropriate reactive power compensation and improving
the power
ratio of DC transmission in AC/DC hybrid system are conducive to the small interference
stability of the system.
Key words： AC/DC hybrid； power system； dynamic stability ；eigenvalue
analysis
由于直流输电在远距离、大规模输电方面很有 优势，很适合跨区域互联，相比交流系统，互联系统 运行特性更为复杂，在运行过程中受到小的扰动更
容易影响互联系统的稳定性.因此对互联系统进行 小干扰稳定分析是非常有必要的。目前针对直流方 面的研究主要在提高系统阻尼方面m刃。近年来.由
于直流输电具有传输功率大•输送距离长等优 点3〕，
并且随着区域电网互联规模不断扩大，高压
交流工程数量的增多和传输容量的增大⑷，由于直
流系统和交流系统之间互相影响，更是因直流系统
的加入带来了很多振荡方面的问题刀，使电力系统 动态稳定性分析面临新的挑战。
1混联系统动态稳定性分析
特征分析法是目前电力系统小扰动分析中理论 最为成熟的方法，用线性状态方程来近似描述非线
性的电力系统，系统振荡模式的所有特征是由方程 的状态矩阵特征值来表达。本文采用特征值分析法
中的QR法进行计算.但是QR算法由于受阶数的 限制，对于1000阶以上的系统就很难求出精确的
解•对于规模很大的系统不太适用。小扰动法分析关键在于准确建立反映各个状态 量关系的状态函数关系式⑷，得到简便实用的数学
模型。在实际分析时.不仅要考虑直流系统的状态
收稿日期:2018-12-28作者简介：李晨挥
（1993）
，男•硕士研究生.研究方向为电力系统动态稳定。
• 33 •2019年6
月
第47卷第3
期(总第262
期)
吉林电力Jilin Electric
Power
Jun. 2019
Vol. 47 No.
3(Ser.
No.
262)
量，同时也要考虑交流系统状态量对直流的影响
。
因此，
有必要对计及交直流系统间的交互作用进行
建模。
2交直流混联系统小扰动分析的直流系统
模型
系统的动态特性可由一组非线性微分方程组和 一组非线性代数方程描述，将交直流系统中所有的 动态元件的状态方程线性化后合并.结果如下：[~^=AAX+BAV十 dt
(1)
式中：△表示变量的变化量；4X为全系统的状态变
量；为各节点电压向量；为各节点电流向量。 A J为系统状态量的系数矩阵,C
、D为系统代数量
的系数矩阵。交直流系统中的电力网络和静态元件可以用以 下代数方程描述，并对其线性化如下
：
A/=VAV (2)式中丫为系统的导纳矩阵。
合并式(1).(2)消去△/,可得全系统增广状态 方程组为：
< 占
(3)
^0 = CX
+ DAV
式中D = D-Y0
由增广矩阵方程消去向量AV可得全系统状态
方程如下：
= —BkC)AX=AAX
(4)
at
图1为一个简单的直流单极系统，包含了两个
换流站C1和C2及直流线路，其中换流站又包含有
换流器、换流变压器、平波电抗器、交流滤波器、直流
滤波器、无功补偿装优、断路器U、(人为流过冇:
流滤波器的电压；人为流过直流滤波器的电流；知1、 孙2为换流变压器变比。
无功补偿装置：由于换流器在运行的时候需要
吸收大量的无功功率，其稳态运行时大概是直流线
路输送有功功率的一半，发生暂态时需要的无功功 率更多，因此需要该装置提供无功电源
。
本文中换流器采用的是准稳态模型，
因此需要
以下4个假定：直流两侧的交流系统是三相对称的,
并且只有一种频率的正弦系统；直流系统两侧中平
波电抗器很大，直流线路中电流是恒定的，没有纹
波；换流变压器为理想型变压器，换流器中的饱和效 应及激磁电阻和铜耗都不考虑；换流器中阀元件为
理想型，导通过程中没有压降损耗。其换流器的等
值电路见图2,直流线路的等值电路见图3,
直流系
统控制方式的传递函数见图4。图中：为换流母
线电压有效值;S为直流侧空载电压平均值；
X。为
变压器电抗；R
』、Ld
分别为直流线路电阻、
电感;
X“丄”分别为整流侧接地引线电抗、电感；X°、S分
别为逆变侧接地引线电抗、
电感
;Udo
,l7dl
为整流侧、
逆变侧交流母线电压有效值；U如、
S。
,为整流侧、逆
变侧直流空载电压平均值；T"、讥2、八2、丁*为时间
常数；緒、总2、為、怂
2为比例积分系数；
Xi
、X<
为中
间变量;a、0
分别为整流侧、逆变侧解发角汀痕、Udz
分别为电流、电压的期望值；4“、偽为整流侧、逆变 侧触发角的期望值。
3交直流混联系统小扰动分析
目前，针对交直流混联系统的小扰动稳定性问
题，国内外科研工作者进行了大量的工作。小扰动
稳定性研究的方法通常有：时域仿真法、特征分析
法、Prony分析法、频域分析法°讷。在电力系统小
扰动分析中，与其他方法相比，特征值分析方法可揭 示樂个系统的动态稳定性•确定系统的弱阻尼或负
亠H 无
功补偿
交流系统I波电抗器直流滤波器
T•波电抗器
断路器4ZJ-交流系统2
^Tl_.
无
功补偿
交流滤波器
L«XT1-
图1
直流系统单极系统接线图
・34・