本文是一篇工程硕士论文，本文基于发电机有功输出的自然摄动以及阻尼比辨识结果的变化，应用定点滑窗摄动法计算各发电机的阻尼比-有功灵敏度，该阻尼比灵敏度可有效反映发电机有功波动对区间阻尼比的影响，与解析法计算结果的对比验证了发电机阻尼比灵敏度排序的正确性；
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
为应对全球气候变化和促进可再生能源加速发展，我国提出“碳达峰、碳中和”的绿色发展目标。国家发展改革委在《“十四五”现代能源体系规划》中提出要加快新型电力系统的发展，不断提升新能源占比，并优化新能源与传统化石能源的组合。然而我国能源和负荷在地理位置上呈现逆向分布，长期存在新能源发展与用电需求增长不协调的现象，加强特高压交直流电网建设目前是促进新能源并网、解决电力跨省跨大区调度问题行之有效的方案[1]。交直流特高压输电工程作为清洁能源传输的骨干网架，具有大功率、长距离输电以及经济性好、占地面积少等优点，是我国“西电东送、北电南供、水火互济、风光互补”电力输送的主要通道[2-3]。
目前，国家电网已累计建成“13交13直”特高压工程，投入运行哈密南至郑州、宁东至浙江等共12条±800千伏特高压直流线路以及淮东至皖南±1100千伏特高压直流线路。根据国家电网发布的“碳达峰、碳中和”行动方案，在“十四五”期间还将规划建成金山至湖北、垅东至山东等共7条±800千伏特高压直流线路以及蒙西至京津冀±600千伏特高压直流线路，增加5600万千瓦输电量。特高压电网的建设加快了能源转型与低碳发展，加速构建了以新能源为依托的新型电力系统，解决了送端清洁能源基地发展及电力外送消纳问题，加快当地资源开发及经济建设，同时可保障受端电力安全可靠供应，满足地区经济发展及负荷增长需求[4]。.
随着新能源、直流输电大规模投产以及交直流混联电网初具规模，电力电子器件在电网中所占比重不断提高。一方面，电力电子器件响应动作速度快，可控性强，这为系统的快速优化控制提供了灵活性；另一方面，电力电子器件过载能力低、承受故障冲击能力差的缺点为电网带来了脆弱性，交流电网常见的单相短路故障就有很大几率导致直流电网单极闭锁甚至双极闭锁故障。2013年，华东地区曾发生因交流线路故障引发的四回直流同时换相失败，导致一回直流双极闭锁，造成附近6条交流通道大容量功率反转，对电网的安全稳定运行造成了严重冲击[2]；
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 电力系统低频振荡分析方法研究现状
小干扰稳定性问题是电力系统安全稳定分析中的重要领域，也是交直流混联电网快速发展背景下急需深入研究的课题。其中功角稳定问题是指在系统扰动下系统中经输电线并列运行的发电机的转子间发生相对摇摆，在系统阻尼水平不足时将产生功率持续震荡，振荡频率一般在0.1-2.5Hz之间，亦称作低频振荡[16-18]。
发生在电气距离小、联系较紧密的发电机组之间的振荡称作本地机电振荡模式，表现为同一个区域内一台发电机或几台发电机相对于其他发电机的振荡，振荡频率通常在0.7-2.5Hz之间；发生在电气距离较远、联系不够紧密两区域之间的发电机组的相对摇摆称作区域间机电振荡模式，表现为一个区域发电机组相对于另一个区域发电机组的振荡，振荡频率通常在0.1-0.7Hz之间[19]。传统交流电力系统在接近功率运行极限时，可能存在着小干扰稳定性不足的问题，在小扰动作用下系统有可能会增幅振荡至丧失同步运行能力，情况严重时可能导致系统解列，而交直流混联电网因大量电力电子器件的引入，其机电振荡小干扰稳定性问题变得更加复杂、脆弱[20]。
目前对于低频振荡现象产生的机理解释，负阻尼机理作为这一领域比较成熟的主导理论能够解释绝大多数机电振荡现象，另有强迫振荡原理、强谐振机理、分岔理论及混沌振荡机理等理论作为补充。传统交流电力系统低频振荡的方法主要分为基于模型的分析方法与基于量测的分析方法，目前这两类方法也广泛直接应用于交直流混联系统中，不同方法的应用局限和效果也不尽相同。
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第2章 交直流混联系统小干扰稳定性分析
2.2 交直流混联电网数学模型
在DGSILENT/Powerfactory仿真软件中搭建图2-1所示单极直流12脉动LCC-HVDC (Line Commutated Converter High Voltage Direct Current，LCC-HVDC)交直流混联系统[26]。
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2.3 基于特征值的小干扰稳定性分析
2.3.1 联络线断面直流容量配比
对于交直流混联系统，研究联络线功率对其小干扰稳定特性的影响时，不同于纯交流互联电网。混联系统的稳定水平不仅要考虑联络线断面总的输电功率，还要考虑并联交、直流联络线之间的功率配比，即联络线断面总的输电功率不变情况下交、直流输电通道的有功功率分配[80]。
为了探究直流联络线传输功率对混联系统小干扰稳定性的影响，基于IEEE四机两区系统，在DIGSILENT/PowerFactory中搭建图2所示交直流混联系统。其中，区域1为送端系统，区域2为受端系统，在节点6和10的负荷处添加随机负荷波动模拟环境激励下的随机扰动；直流系统采用双极输电，由两个直流单极输电线路级联而成。
维持联络线输电断面总的有功功率不变，在合理范围内逐步提高直流联络线的输电功率，即可实现交、直流联络线之间的有功功率配比。利用DIGSILENT/PowerFactory仿真软件辨识出混联系统的机电模式并计算出对应的阻尼比。图2-10绘制了同一时间断面下随直流输电功率的增加混联系统区间振荡的阻尼比和频率的变化曲线。
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第3章 自然激励下交直流混联系统机电特征参数辨识 ..................... 19
3.1 引言 .................................. 19
3.2 自然激励下混联系统随机响应 ...................... 19
3.3 交直流混联系统随机响应特征参数提取 ........................ 20
第4章 单极闭锁场景下交直流混联电网阻尼调制策略 ...................... 32
4.1 引言 .................................... 32
4.2 基于定点滑窗摄动法的阻尼比灵敏度计算 .................... 32
4.3 基于有功再调度的混联系统阻尼调制策略 ................... 34
结论 ........................ 44
第4章 单极闭锁场景下交直流混联电网阻尼调制策略
4.2 基于定点滑窗摄动法的阻尼比灵敏度计算
在分析电力系统小干扰稳定性时，可通过灵敏度计算来分析某一参数的输入变化对系统输出响应的影响程度。
在实际电网的应用中，特征分析法求阻尼比灵敏度往往因系统状态方程的高阶次、非线性受制于特征值的求取，计算过程复杂、耗时，也不能很好地适应复杂系统拓扑结构及运行状态的变化，难以满足系统阻尼调制实时、快速性的要求。
在实际电力系统中，在随机负荷扰动等自然扰动的激励下发电机的有功输出呈现小幅波动，图4-1所示为某发电机的随机响应时域数据。通过提取发电机侧PMU中有功自然摄动量作数据源，得到的阻尼比辨识结果也将小幅波动，基于二者可实现发电机阻尼比-有功灵敏度的递推计算。
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结论
交直流混联电网的高度电力电子化特征使其小干扰稳定性更加脆弱，故障下功率的转移可能导致大互联系统存在弱阻尼机电振荡。为消除因直流单极闭锁故障可能引起的系统区间弱阻尼模式，在应用随机数据驱动评估交直流混联电网小干扰稳定性的基础上，制定对应阻尼调制策略以改善系统区间振荡的阻尼特性。
本文研究了交直流混联电网联络线断面直流功率配比及发生直流单极闭锁对系统区间模式的影响。以自然激励下系统动态随机响应为数据集，运用SSI算法对系统模态进行辨识，提出基于定点滑窗摄动法计算阻尼比-有功灵敏度以筛选参与调度的发电机组合，通过发电机有功再调度策略改善系统区间振荡阻尼水平。 论文的主要研究工作总结如下：
（1）基于交直流混联电网的数学建模，运用特征值分析法对仿真算例进行小干扰稳定性分析，结果表明混联电网联络线断面上直流功率配比越高，系统区间阻尼比越大；单极闭锁后直流联络线上的功率转移到交流联络线上将可能导致混联系统出现弱阻尼区间模式。
（2）以随机负荷激励下系统的随机响应为数据源，运用随机子空间辨识法(SSI)能够有效辨识交直流混联系统的模态，与特征分析法计算结果相比误差不大；直流单极闭锁不会影响SSI算法的辨识精度，SSI算法的辨识结果可反映单极闭锁对系统区间模式阻尼水平降低的影响。
（3）基于发电机有功输出的自然摄动以及阻尼比辨识结果的变化，应用定点滑窗摄动法计算各发电机的阻尼比-有功灵敏度，该阻尼比灵敏度可有效反映发电机有功波动对区间阻尼比的影响，与解析法计算结果的对比验证了发电机阻尼比灵敏度排序的正确性；以发电机阻尼比灵敏度的排序结果筛选参与有功再调度的灵敏发电机组，依据发电机运行状态、有功出力约束确定有功调制量，该阻尼调制策略可快速、有效提高因直流单极闭锁交直流混联电网出现的弱阻尼区间振荡模式的阻尼水平，利用仿真算例验证了本文所提阻尼调制策略的有效性和适用性。
参考文献（略）