封面

电力系统低频功率振荡阻尼转矩分析理论与方法

内容简介

前言

第1章 电力系统低频功率振荡分析与阻尼控制

第2章 单机无穷大电力系统阻尼转矩分析——电力系统稳定器

第3章 单机无穷大电力系统阻尼转矩分析——晶闸管控制型的灵活交流输电装置

第4章 单机无穷大电力系统阻尼转矩分析——静止同步补偿器或储能系统

第5章 单机无穷大电力系统阻尼转矩分析——静止同步串联补偿器和统一潮流控制器

第6章 装有电力系统稳定器的多机电力系统阻尼转矩分析

第7章 多机电力系统阻尼转矩分析——灵活交流输电装置

第8章 阻尼转矩分析的图形解释及其应用——单机无穷大电力系统

第9章 阻尼转矩分析的图形解释及其应用——多机电力系统

第10章 新能源接入单机无穷大电力系统阻尼转矩分析

封底

《电力系统低频功率振荡阻尼转矩分析理论与方法》介绍电力系统低频功率振荡分析与阻尼控制中广泛应用的阻尼转矩分析法。首先以简单的单机无穷人电力系统为背景，介绍阻尼转矩分析的基本理论及应用于电力系统稳定器的原理；然后介绍阻尼转矩分析理论和方法在灵活交流输电系统控制中的应用；随后介绍阻尼转矩分析理论和方法在复杂多机电力系统巾的推广；最后介绍阻尼转矩分析理论和方法研究的最新进展，即图形解释法及其在新能源接入电力系统中的应用。

本书在介绍阻尼转矩分析的基本理论和方法的基础上，系统总结了著者二十多年来对阻尼转矩分析理论和应用的研究成果，包括阻尼转矩分析应用于灵活交流输电系统稳定性分析与控制、储能系统稳定控制、以及新能源（风电和光电）接入电力系统稳定性分析的最新研究成果。

受到扰动后的同步发电机电磁转矩的变化量可以分解为两部分：一是与功角偏移同相位的同步转矩分量；二是与速度偏移同相位的阻尼转矩分量。

低频振荡器（low-frequencyoscillator，或称LFO）是指产生频率在0.1赫兹到10赫兹之间交流讯号的振荡器。这个词通常用在音讯合成中，用来区别其他的音讯振荡器。2100433B

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