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百年刊庆
ISSN 1000-0054
CN 11-2223/N
创刊于 1915 年 (月刊)
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清华大学学报(自然科学版)
2021年, 第61卷, 第5期
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小干扰稳定性
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分布式电源接入的微电网小干扰鲁棒稳定判据与参数安全域自适应覆盖算法
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马千里, 魏韡, 毛航银, 梅生伟
清华大学学报(自然科学版). 2021, 61 (
5
): 385-394. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.21.016
摘要
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3
)
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(5433KB)
随着微电网中分布式电源和电力电子装置占比的不断增长,多源微电网稳定性受到诸多控制参数的影响,给系统安全稳定运行带来新的挑战。针对数学模型中含不确定参数的线性定常系统,当参数在给定区间内变化时,该文给出了一种基于Kronecker矩阵和Kronecker相关矩阵的鲁棒稳定性判据,估算保证系统小干扰稳定的参数最大变化范围,称为鲁棒稳定半径。进一步对参数空间进行采样,对于稳定的采样参数,采用鲁棒稳定半径估算其周围保证小干扰稳定的邻域;对于不稳定的采样参数,采用参数灵敏度估算其周围小干扰失稳的邻域。设计了一种自适应覆盖算法,通过超立方覆盖能够保证系统小干扰稳定的参数集合,该集合称为小干扰安全域(small-signal stability region,SSSR)。该算法可以自动调整超立方体的大小,避免了冗余的搜索计算,提高了计算效率。采用包含旋转发电机和逆变器电源的微电网算例验证了该算法的有效性。该算法对微电网控制参数设计和安全稳定分析提供了有益参考。
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计及开关过程的LCC-HVDC小信号建模及其对电力系统电磁尺度稳定性分析
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江克证, 朱建行, 胡家兵, 汪海蛟
清华大学学报(自然科学版). 2021, 61 (
5
): 395-402. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.21.011
摘要
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4
)
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(2700KB)
电力电子装备在电力系统中的广泛应用使得现代电力系统动态行为发生了显著变化,基于电网换相整流器的高压直流输电(LCC-HVDC)作为电力系统重要的组成部分,对电力系统的安全稳定运行具有重要影响。由于LCC-HVDC开关过程呈现断续时变特征,且开关频率与电磁尺度时间常数相当,因此断续时变开关过程的动态特性描述是研究LCC-HVDC电磁尺度动态稳定问题的关键。为此,该文提出了适用于计及开关过程的LCC-HVDC电磁尺度动态稳定分析的小信号模型。首先讨论了LCC-HVDC原始关系及其非线性断续周期时变特征,指出基本问题和挑战;然后基于线性周期时变理论建立了LCC-HVDC电磁尺度下的小信号模型。最后,通过与现有不考虑时变开关过程模型的对比分析,探究了开关过程对系统稳定性的影响,并通过时域仿真验证了分析的正确性。
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大扰动稳定性
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“双高”电力系统大扰动稳定性:问题、挑战与展望
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杨鹏, 刘锋, 姜齐荣, 毛航银
清华大学学报(自然科学版). 2021, 61 (
5
): 403-414. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.21.010
摘要
(
15
)
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(4034KB)
随着能源绿色化转型的不断深入,电力系统呈现出高比例可再生能源和高比例电力电子设备的“双高”特性。电力系统动态特性正在发生深刻的改变,诸多新型稳定问题逐渐凸显。该文关注“双高”电力系统中的大扰动稳定问题,首先对常见的大扰动失稳现象进行总结归纳,然后结合“双高”电力系统的特性与需求,探讨了现有理论方法的不足以及面临的关键挑战,最后展望了未来“双高”电力系统大扰动稳定性理论与方法的可能发展道路。
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并网逆变器的电磁暂态同步稳定问题
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姜齐荣, 赵崇滨
清华大学学报(自然科学版). 2021, 61 (
5
): 415-428. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.21.012
摘要
(
5
)
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(7459KB)
新能源通过并网逆变器(grid-connected inverter,GCI)汇集正深刻地改变着现代电力系统的动态特性,由同步发电机主导的机电暂态稳定分析因未全面计及电磁暂态影响而面临失效。该文综述了一类大扰动使新能源发电机组故障穿越期间,GCI与主网失去同步,引发对应机组退出系统的电磁暂态同步稳定问题。首先介绍了GCI的电流源和电压源型控制结构,指出与同步发电机同步机理的异同;其次介绍了体现电力电子特征的关注要素和兼顾精度与速度的简化条件;进而介绍了面向该问题典型的建模-分析流程和稳定性提升策略;最后展望了面向未来电力系统暂态稳定的研究挑战。
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频率稳定性
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快速响应储能参与一次调频的控制策略
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贾天下, 陈磊, 闵勇, 徐飞, 熊雪君, 赵乐, 冯煜尧
清华大学学报(自然科学版). 2021, 61 (
5
): 429-436. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.21.015
摘要
(
2
)
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(4341KB)
当前电网频率安全问题凸显,利用快速响应储能进行一次调频,是确保新形态下电网频率安全问题的有效措施。该文提出一种快速响应储能参与一次调频的控制策略,核心思路是基于期望实现的频率动态曲线来设计系统综合调频过程的传递函数,基于总的传递函数确定储能传递函数,并通过优化参数降低对储能容量的要求。该策略不再局限于综合惯量控制的框架,具有很强的通用性。以频率跌落曲线无超调作为预期目标,在一个简化系统中采用本文提出的控制策略使系统的最大频差最小,验证了该策略相比综合惯量控制策略能够大幅改善频率响应特性。
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考虑小干扰稳定和频率稳定的虚拟惯量配置分析
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花赟玥, 杨超然, 何国庆, 辛焕海
清华大学学报(自然科学版). 2021, 61 (
5
): 437-445. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.21.017
摘要
(
6
)
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(5036KB)
新能源发电占比的提高使得系统惯量下降,虚拟同步机可为系统提供惯量支撑。目前,虚拟惯量的配置主要是从小干扰稳定和频率稳定两者之一的角度进行分析的,鲜有研究同时考虑这2个因素。并且,虚拟惯量配置的研究主要针对电压源型虚拟同步机,很少针对电流源型虚拟同步机。为此,该文通过建立电压源型和电流源型虚拟同步机的同步主导回路模型,分析了虚拟惯量参数对2种稳定性的影响。研究表明,虚拟惯量的减小会提高系统的小干扰稳定性;然而,在功率扰动下,电流源型虚拟同步机的输出频率会叠加受虚拟惯量主导的
V
q
暂态分量从而产生超调,虚拟惯量过小会导致频率超调过大,不满足并网运行标准。因此,为了使系统具有良好的小干扰稳定性和频率稳定性,虚拟惯量的配置需要同时考虑这2种稳定性的约束。最后,在单机无穷大系统和孤岛两机系统的虚拟惯量配置仿真中验证了该结论。
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振荡稳定性
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考虑静止无功补偿器的直驱风电并网系统次同步振荡
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黄碧月, 陈雅皓, 孙海顺, 毛俞杰, 韩应生, 王东泽
清华大学学报(自然科学版). 2021, 61 (
5
): 446-456. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.21.018
摘要
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1
)
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(3794KB)
近年来频发的风电场次同步振荡事故极大影响了电网的安全稳定运行。考虑到无功补偿设备在风电场中的广泛应用,基于变流器控制的风电场可能会与其发生耦合作用导致系统失稳,故该文研究了考虑静止无功补偿器(SVC)的直驱风电并网系统次同步振荡。首先,基于SVC的时域仿真模型与频率扫描法,分析SVC在次同步频段的阻抗频率特性。进一步建立考虑SVC的风电并网系统的状态空间模型,计算系统特征模态和模态参与因子,分析SVC与直驱风电场间的次同步相互作用。分析结果表明,SVC在次同步频段将削弱风电并网系统阻尼,增加系统振荡风险;SVC与直驱风电场间存在明显的次同步相互作用,将导致系统发生次同步振荡,振荡特性与交流网络强度及风电场、静止无功补偿器的控制参数相关。时域仿真验证了该分析结果。
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“双高”电力系统宽频振荡广域监测与预警系统
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马宁宁, 谢小荣, 唐健, 陈垒
清华大学学报(自然科学版). 2021, 61 (
5
): 457-464. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.21.014
摘要
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11
)
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(3069KB)
高比例可再生能源和高比例电力电子设备(简称“双高”)接入电网引起的宽频振荡问题严重影响电力设备正常工作和电力系统安全运行。面对宽频振荡的多模态及振荡频率时变等新特征,如何实现宽频振荡的在线监测与分析是“双高”电力系统面临的重要问题之一。现有广域监测系统可实时监测和分析电网的低频振荡动态特性,但无法涵盖宽频电磁振荡。为解决该问题,该文提出了“双高”电力系统宽频振荡广域监测与预警系统框架。该系统兼顾现有广域监测系统的功能,同时具备监测和分析“双高”背景下宽频电磁振荡的能力。基于该系统提出了宽频状态估计、宽频振荡溯源及宽频振荡安全风险评估的方法,并通过模拟振荡场景验证了该系统的有效性。最后,分析了该系统在“双高”电力系统中的应用前景。
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保护
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换流站传递特性及其对交直流电网保护影响
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宋国兵, 张宇轩, 张晨浩, 侯俊杰, 徐瑞东
清华大学学报(自然科学版). 2021, 61 (
5
): 465-477. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.21.009
摘要
(
6
)
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(1184KB)
中国已建成世界上规模最大、电压等级最高的交直流混联电网。换流器作为交直流混联系统的核心元件,连接了交流与直流电网。换流器在调控过程中具有非线性时变特性,对故障电气量的传递特性导致两侧电网存在复杂的交互影响。对于继电保护而言,亟需研究换流器两侧电气量之间的联系及两侧系统保护时序上的配合。该文首先介绍了换流站传递特性的数学分析方法,指出了其在进行故障分析工作时的局限性。其次,考虑换流站传递特性,对现有交流、直流保护方法进行了评估。一方面,直流侧换相失败传递至交流侧,可能导致交流侧保护出现适应性问题;另一方面,交流系统扰动传递至直流侧,可能影响到直流侧保护的性能。针对可能出现的交/直流保护不正确动作问题,总结了可行的解决方案。最后,展望了在换流站传递特性影响下,故障特征分析和保护原理的研究思路。
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基于深度学习的柔性直流线路单端量波形特征保护
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和敬涵, 张可欣, 李猛, 聂铭, 宋元伟
清华大学学报(自然科学版). 2021, 61 (
5
): 478-486. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.21.013
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(4211KB)
多端柔性直流电网是未来智能电网的一种重要发展趋势,但对线路保护性能提出了更严苛的要求。针对现有柔性直流线路保护四性协调困难、阈值整定繁杂、耐受过渡电阻能力不足等问题,该文指出反行波波形特征蕴含丰富的故障位置信息,并以此为基础提出了基于深度学习的柔性直流线路单端量波形特征保护方案。该方案首先经极模变换、基于线路依频参数计算反行波;将归一化反行波作为输入量,通过所构建的深度学习模型自适应深入挖掘反行波波形特征,从而实现区内双极故障判别及区内单极故障选极。经仿真测试表明,所提方案可在2 ms内实现故障判别且可耐受200 Ω的过渡电阻。
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2023年度优秀论文、优秀审稿人、优秀组稿人评选结果
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《清华大学学报(自然科学版)》2020年度“优秀论文奖”和“优秀审稿人奖”颁发
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第十五届“清华大学-横山亮次优秀论文奖”暨2018年度“清华之友—日立化成学术交流奖”颁发
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第十三届清华大学-横山亮次优秀论文奖暨2016年度清华之友—日立化成学术交流奖颁发
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