电力系统宽频振荡开环模式谐振原理与分析方法

目录
前言
第1章 模式谐振与电力系统振荡 1
1.1 电力系统低频功率振荡与次同步振荡 1
1.1.1 电力系统低频功率振荡 1
1.1.2 电力系统次同步振荡 7
1.2 近似强模式谐振理论基础 14
1.2.1 特征值灵敏度 15
1.2.2 弱模式谐振 18
1.2.3 强模式谐振 22
1.3 近似强模式谐振在电力系统低频功率振荡和次同步振荡机理分析中的应用 27
1.3.1 模式谐振现象的早期认识 27
1.3.2 模式谐振引发电力系统低频功率振荡 28
1.3.3 算例1.1——近似强模式谐振引发电力系统低频功率振荡 30
1.3.4 算例1.2——电力系统中弱机电振荡模式谐振 32
1.3.5 算例1.3——IEEE SSR 第一标准电力系统中的近似强模式谐振 33
参考文献 35
附录1.1 算例1.1系统参数 40
附录1.2 算例1.2系统参数 41
附录1.3 算例1.3系统参数 42
第2章 永磁同步风机与电力系统开环模式谐振 43
2.1 含永磁风机接入的电力系统闭环模型 43
2.1.1 永磁同步风机子系统模型 43
2.1.2 ROPS子系统线性化模型 53
2.1.3 锁相环 56
2.1.4 理想锁相环时的闭环模型 58
2.2 开环模式谐振原理 59
2.2.1 开环模式谐振概念的引入——阻尼转矩分析 59
2.2.2 永磁风机引起的开环模式谐振分析 62
2.2.3 永磁同步风机开环振荡模式 66
2.3 算例2.1——永磁同步风机接入两机电力系统对低频功率振荡的影响 68
2.3.1 算例系统与参数 68
2.3.2 永磁同步机子系统线性化状态空间模型 69
2.3.3 ROPS 子系统线性化状态空间模型 71
2.3.4 理想锁相环时的闭环互联模型 71
2.3.5 开环直流电压控制外环振荡模式 73
2.3.6 穿透功率对动态交互的影响 75
2.4 算例2.2——永磁同步风机接入引起次/超同步振荡 77
2.4.1 次同步振荡模式间的开环模式谐振 77
2.4.2 超同步振荡模式间的开环模式谐振 80
2.5 开环模式谐振条件下含多台永磁同步风机接入的多机电力系统次同步振荡风险识别方法 82
2.5.1 含多台永磁风机接入的电力系统多层闭环模型 82
2.5.2 多机系统残差指标 85
2.5.3 算例2.3——含5台永磁风机接入的多机电力系统 87
参考文献 89
附录2.1 算例2.2系统参数 90
附录2.2 算例2.3系统参数 91
第3章 双馈感应风机与电力系统开环模式谐振 95
3.1 含双馈风机接入的电力系统闭环模型 95
3.1.1 双馈感应风机子系统模型 95
3.1.2 闭环互联模型 105
3.2 双馈感应风机与电力系统机电暂态开环模式谐振 109
3.2.1 双馈风机引起的开环模式谐振分析 109
3.2.2 双馈感应风机机电开环振荡模式 111
3.2.3 算例3.1——含双馈风机接入的两机电力系统 115
3.3 开环模式谐振条件下双馈感应风机接入多机电力系统引发次同步振荡风险识别方法 123
3.3.1 含多台双馈风机接入的电力系统多层闭环模型 123
3.3.2 算例3.2——含5 台双馈风机接入的多机电力系统 126
3.4 含双馈感应风机的串补电力系统开环模式谐振 130
3.4.1 双馈感应风机与串补线路之间的开环模式谐振 130
3.4.2 算例3.3——含双馈风机接入的串补电力系统 131
参考文献 139
附录3.1 算例3.2系统参数 139
附录3.2 算例3.3系统参数 140
第4章 锁相环与电力系统开环模式谐振 141
4.1 锁相环与电力系统开环模式谐振分析 141
4.1.1 闭环模型 141
4.1.2 开环模式谐振 144
4.2 算例4.1——单台变速风机内锁相环与并网换流器控制系统间的开环模式谐振 146
4.2.1 锁相环和永磁同步风机网侧换流器控制的开环模式谐振 147
4.2.2 锁相环和双馈感应风机换流器控制开环模式谐振 153
4.3 算例4.2——单个风电场内多个锁相环间的开环模式谐振 159
4.3.1 两个锁相环之间的开环模式谐振 160
4.3.2 三个锁相环之间的开环模式谐振 163
4.4 算例4.3——锁相环与电力系统机电振荡模式间的开环模式谐振 165
4.4.1 系统运行状态影响 165
4.4.2 锁相环参数的影响 168
4.4.3 短路比和风电穿透功率的影响 170
4.4.4 复杂锁相环的影响 172
4.5 算例4.4——锁相环与同步机轴系间次同步开环模式谐振 174
4.5.1 锁相环与同步机轴系间开环模式谐振 175
4.5.2 风机出力和连接阻抗的影响 178
4.5.3 锁相环之间次同步交互导致开环模式谐振 179
参考文献 181
附录4.1 算例4.1和算例4.2中风机参数 182
附录4.2 算例4.4中永磁同步风机参数 182
第5章 交直流混联电力系统开环模式谐振分析 183
5.1 交直流混联电力系统小干扰稳定性 183
5.1.1 柔性直流输电接入对交直流混联电力系统小干扰稳定性的影响 184
5.1.2 含柔性直流输电网接入的交直流混联电力系统稳定性 186
5.1.3 交直流混联电力系统稳定性分析方法 190
5.2 开环模式谐振引起的多端直流网与交流系统间的强机电动态交互 191
5.2.1 含VSC MTDC网接入的交直流混联电力系统的闭环互联模型 191
5.2.2 交直流电网动态交互阻尼转矩法分析 197
5.2.3 交直流电网间的开环模式谐振分析 199
5.2.4 算例5.1——含10端直流电网接入的电力系统 200
5.3 开环模式谐振条件下柔性直流输电控制与交流系统次同步交互 206
5.3.1 含柔性直流输电接入的交直流混联电力系统闭环模型 207
5.3.2 柔直与交流系统间的开环模式谐振 211
5.3.3 算例5.2——含柔性直流输电线的电力系统 213
5.4 多端柔性直流输电控制引发的开环模式谐振及其传播 218
5.4.1 含多端柔性直流电网的交直流混联电力系统线性化模型 218
5.4.2 算例5.3——含5端直流电网接入的电力系统 223
参考文献 229
附录5.1 5.2.4节中新英格兰测试系统参数 232
附录5.2 5.3.3节中3机9节点交直流混联电力系统参数 233
附录5.3 5.4.2节中5端交直流混联电力系统参数 234
第6章 虚拟惯性或虚拟同步机控制引起的开环模式谐振 235
6.1 永磁同步风机虚拟惯性控制引起的开环模式谐振 235
6.1.1 虚拟惯性控制与电力系统形成的闭环模型 235
6.1.2 动态交互作用根轨迹分析 238
6.1.3 算例6.1——含永磁风机接入的单机无穷大系统 239
6.1.4 算例6.2——含永磁风机接入的新英格兰多机电力系统 242
6.2 虚拟同步发电机控制与电力系统机电动态交互开环模式谐振分析 244
6.2.1 含多个虚拟同步发电机接入的电力系统线性化闭环模型 244
6.2.2 虚拟同步发电机提供的阻尼转矩分析 247
6.2.3 虚拟同步发电机控制与ROPS子系统间的开环模式谐振 248
6.2.4 算例6.3——含3台虚拟同步发电机接入的两机电力系统 250
6.2.5 算例6.4——虚拟同步发电机间的开环模式谐振 253
6.3 采用虚拟同步发电机控制的多端柔性直流系统小干扰稳定性 255
6.3.1 VSC换流站传递函数模型 255
6.3.2 虚拟同步发电机得到的阻尼转矩分析 260
6.3.3 虚拟同步发电机与直流电网间的开环模式谐振 262
6.3.4 算例6.5——含单个虚拟同步发电机的直流系统稳定性分析 263
6.3.5 算例6.6——含多个虚拟同步发电机的直流输电系统稳定性 266
参考文献 268
附录6.1 算例6.1系统参数 268
附录6.2 算例6.2系统中永磁风机参数 269
附录6.3 算例6.3及算例6.4系统参数 270
第7章 电力系统区域低频功率振荡开环模式谐振 271
7.1 引言 271
7.2 低频功率振荡开环模式谐振 272
7.2.1 单机无穷大电力系统中开环模式谐振概念的引入 272
7.2.2 一般多机电力系统中开环模式谐振概念的引入 276
7.2.3 开环模式谐振对系统稳定性的影响 278
7.3 发电机与电力系统开环模式谐振分析 281
7.3.1 闭环模型的建立 281
7.3.2 算例7.1——4机两区域电力系统 284
7.3.3 算例7.2——纽约-新英格兰系统 285
7.3.4 低频机电振荡模式在复频面上分布的演变 289
7.3.5 算例7.3——实际电网一 293
7.3.6 算例7.4——实际电网二 295
7.4 开环模式谐振引起区域间低频功率振荡分析 297
7.4.1 互联电力系统闭环互联模型 297
7.4.2 两输入-两输出系统的开环模式谐振 301
7.4.3 算例7.5——4机两区域系统 303
7.4.4 算例7.6——纽约-新英格兰系统 305
7.4.5 一个实际低频功率振荡事故分析 307
参考文献 312
附录7.1 算例7.1系统参数 313
附录7.2 算例7.2系统参数 314
附录7.3 算例7.5系统参数 318
附录7.4 算例7.6系统参数 319