基于改进自适应陷波的双馈风电场时变次同步振荡抑制策略

双馈风电场经串补电容并网时,可能引发次同步控制相互作用(subsynchronous control interaction,SSCI),严重威胁系统安全稳定运行。通过在风机控制器中引入陷波器可有效阻断SSCI,然而固定参数陷波器难以适应实际系统中次同步振荡表现出的频率大范围时变特征。为解决这一问题,该文提出一种基于改进自适应陷波(adaptive notch filter,ANF)的双馈风电场时变次同步振荡抑制策略。首先,分析ANF安装于风机转子侧变流器(rotor-side converter,RSC)不同位置时对次同步振荡分量的阻断效果,确定ANF的最佳安装位置;其次,基于紧缩技术近似投影子空间跟踪算法(projection approximation subspace tracking based on the deflation technique,PASTd)在线获取次同步振荡信息,提出总体控制架构,设计基于量测数据辨识的ANF中心频率更新策略;最终,在考虑风速、风机台数、无功出力、电网拓扑变化等多种影响因素的情况下,验证控制策略对频率时变次同步振荡的抑制效果。与现有方法相比,所提控制策略不依赖于系统的准确数学模型,且具备较强的鲁棒性和适应性。

次同步振荡在交直流电网中传播的关键影响因素

随着“双高”电力系统的发展,次同步振荡问题日益凸出,亟需研究交直流线路次同步振荡传播的关键影响因素。从系统响应量测时序数据着手,提出了一种次同步振荡传播关键影响因素定量分析方法。首先,基于自适应噪声完全集合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition, CEEMDAN)的改进小波阈值去噪方法对量测数据进行降噪处理,减少噪声对Prony分析的影响;其次,基于次同步振荡传播各影响因素的相关系数和互信息量建立相关性评价组合模型;最后,计算交直流不同参数在综合模型中的评价指标,得出次同步振荡在交直流线路中传播的关键影响因素。通过在PSCAD搭建2区域4机系统进行分析,结果表明:影响交流线路次同步振荡传播的极强相关参数为交流线路潮流,影响直流线路次同步振荡传播的极强相关参数为次同步振荡频率下交流线路阻抗特性。

电网次同步振荡对光伏发电系统的影响分析及抑制策略研究

在电网发生次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)时,光伏(photovoltaic,PV)并网逆变器的工作性能会受到干扰,影响PV发电系统的稳定性。针对这一问题,文中首先分析锁相环(phase-locked loop,PLL)输出相位扰动对于坐标变换过程的影响,建立计及相位扰动的PV并网逆变器的数学模型,梳理电网SSO对PV并网逆变器产生扰动的机理,并将扰动分为物理扰动量以及误差扰动量;其次,设计改进型PLL以消除相位引起的误差扰动量对PV发电系统的影响;再次,针对不同目标下的抑制效果进行对比分析,同时确定振荡电压特性对控制器产生影响的关键因素。依据上述研究,提出一种基于自适应准谐振控制器的PV发电系统功率振荡抑制策略。最后,通过搭建实验平台,对所提控制策略的有效性进行验证。

基于VMD的风机次同步振荡模态辨识方法研究

针对变分模态分解算法在对风电并网过程中产生的次同步振荡信号进行分解时受噪声干扰、关键参数难以确定,导致的辨识精度不足问题,本文提出一种基于小波阈值去噪(WTD)和遗传算法(GA)优化变分模态分解(VMD)的信号分解算法,结合自回归滑动模型(ARMA)的次同步振荡模态辨识方法。首先,采用小波阈值对风电机组输出的有功功率进行去噪处理;其次,使用VMD对去噪后的信号进行分解,得到K个本征模态分量,为得到最优VMD分解效果,采用自适应遗传算法对惩罚因子α及模态分解层数K进行优化;最后,将信号重构并建立ARMA模型,直接辨识出次同步振荡信号的频率和阻尼比。通过仿真实验平台搭建直驱风电机组并网模型,采集次同步振荡信号进行模态辨识。仿真结果表明,与其他辨识算法相对比,所提出的基于VMD的方法具有更好的可行性和优越性。

匹配控制构网型直驱风电场经LCC-HVDC送出系统的次同步振荡特性及机理分析

在“沙戈荒”地区风电经电网换相高压直流输电(line-commutated-converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)外送系统中,采用基于匹配控制的构网型直驱风机(matching control permanent magnet synchronous generator,MC-PMSG)可以提升送端电网的稳定性。然而,当MC-PMSG位于LCC-HVDC整流站近区时,系统的次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)特性尚未明确。针对上述问题,该文采用模块化建模法建立MC-PMSG经LCC-HVDC送出系统的小信号模型,通过特征值法研究MC-PMSG与LCC-HVDC对系统各SSO模态的参与情况与系统运行方式变化对次同步振荡阻尼特性的影响,通过阻尼重构法分析LCC-HVDC并网对系统振荡风险的影响机理。研究结果表明,系统存在匹配控制型风机主导、LCC-HVDC参与的SSO模态,MC-PMSG与LCC-HVDC间的次同步交互作用为SSO提供负阻尼;当混合型风电场中的MC-PMSG占比增大、MC-PMSG风电场容量增大或短路比减小、LCC-HVDC定电流控制器的比例系数增大、风机网侧换流控制器外环积分系数减小、直流电容增大时,SSO阻尼增大。通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真证明理论分析结果的有效性。

新型电力系统下高渗透新能源接入的次同步振荡问题研究

为研究新型电力系统下的次同步振荡稳定性受参数影响的敏感性问题,针对LCL型滤波器的光伏并网系统,考虑静止无功发生器(SVG)的影响,基于阻抗分析法,建立弱电网下含SVG的光伏并网系统的阻抗模型,分析在弱电网下SVG装置对系统次同步振荡影响,研究系统稳定性受参数影响的敏感性问题。由理论分析与仿真结果表明,在一定参数范围内,SVG对系统的次同步振荡具有抑制作用,且SVG电抗器参数的数值减小时会增强抑制效果;减小SVG电流环比例系数会导致SVG抑制振荡的效果变差,甚至可能引起更严重的振荡;而增大积分系数可增强SVG的抑制效果,但调整范围不宜过大;随着电网强度增大,SVG仍能产生良好的抑制次同步振荡效果,电网强度减弱时,SVG抑制振荡的效果也会减弱,但仍具有抑制能力。

基于STFT图像和迁移学习的次同步振荡源定位方法

直驱风机与电网交互引发次同步振荡,严重威胁电网的安全稳定运行。为快速定位诱发机组,提出了一种基于短时傅里叶变换(STFT)图像和迁移学习的次同步振荡源定位方法。首先,采用压缩感知技术将出口数据转化为观测信号,再对观测信号进行STFT得到具备振荡特征的映射图,构建映射图与振荡源机组之间的联系;然后,采用对抗式迁移学习架构,结合电力系统,实现对目标域无标签振荡数据的快速泛化;最后,与传统迁移学习方法进行比较,结果表明所提方法在定位准确率和效率方面表现更优,且具备较强的抗噪能力。

基于MPC的虚拟同步双馈风机并网系统次同步振荡抑制策略

【目的】虚拟同步控制的引入使得双馈风机(DFIG)与线路补偿装置间的次同步振荡更为复杂。针对此问题,提出了一种基于模型预测控制(MPC)的虚拟同步双馈风机并网系统次同步振荡抑制策略。【方法】首先,从虚拟同步发电机(VSG)阻抗模型中得到虚拟惯量和阻尼二阶表达式,从阻抗特性的角度探究参数变化对并网系统次同步振荡的影响;其次,利用三相两电平含开关函数的电压方程推导换流器输出有功和无功功率的预测函数,建立基于MPC的直接功率预测内环控制,实现功率波动最小的最优控制;最后,利用扫频法对MPC_VSG控制策略进行分析。【结果】通过基于RT-LAB的硬件在环测试对所提MPC_VSG控制策略进行验证,结果表明在不同串补度、不同风速下,MPC_VSG控制策略均能够在0.5 s内抑制次同步振荡,且具有良好的鲁棒性。【结论】本文设计的MPC_VSG控制策略,通过以最小功率波动为目标选取最优开关状态,实现了对次同步振荡的有效抑制。

基于多频段自适应陷波器的风电外送系统次同步振荡抑制策略

提出一种基于多频段自适应陷波器(MANF)的风电外送系统SSO抑制策略。首先,在分析SSO产生机理的基础上确定MANF在双馈风电机组(DFIG)转子侧变流器(RSC)中的安装位置。其次,利用递归群谐波功率最小化(RGPM)算法优化的DFT辨识法设计次同步振荡检测器,有效解决模态混叠等问题;然后利用加窗稀疏度自适应匹配追踪(SAMP)算法,设计可根据输入频率实时更新陷波频率的MANF。最后,通过与多陷波点陷波器(MNF)和单陷波点自适应陷波器(ANF)对比,验证了抑制策略的有效性;在考虑不同串补度、风电部分切机同时火电补发功率的工况下,验证了抑制策略的鲁棒性。

应用逻辑回归法辨识风电外送系统是否产生次同步振荡的研究

风电外送系统运行环境复杂,电力电子设备、风速大小、串补度大小都可能诱发风电外送系统产生次同步振荡(Sub-synchronous oscillation,SSO)。因此提出一种利用机器学习的方法进行辨识风电外送系统是否产生次同步振荡。首先在pscad仿真系统中创建风电外送系统模型,再通过所创建的风电外送系统模型创建数据集,使用python语言编写预测系统,将所创建的数据集代入预测系统进行训练。论文创建一组新的测试数据代入已经训练好的系统得到测试结果。将结果与pscad中的结果进行对比,验证预测系统的可行性。该预测系统运行环境简单,运行速度较快,并且可以同时预测多组数据。

新能源经柔直送出系统的次同步振荡分析与抑制

2020年9—10月份,我国华北地区某新能源经柔直送出系统出现了2~6 Hz的持续振荡,导致风电机组频繁脱网和设备损坏。该文利用现场录波数据建立系统等效阻抗网络模型,解释次同步振荡的发生原因。为解决该问题,提出在风电机组变流器控制中嵌入次同步陷波环节的振荡抑制方法,依据实测数据进行参数设计,并进行现场实施与测试。多种工况下的实测结果表明,次同步陷波环节可有效抑制振荡且不影响风电机组的正常运行。该方法易于设计和实现,为解决类似问题提供一种高效实用的方案。

大规模风电外送中的次同步振荡问题

目前,中国正在建设7个千万kW级风电基地,大规模风电外送成为必然.串补交流输电和高压直流输电作为风电外送的2种重要方式可能会诱发次同步振荡问题.分析鼠笼异步型、双馈感应型和永磁同步型风电机组的结构特点,论述次同步谐振、装置引起的次同步振荡以及风电机组控制器引起的次同步振荡,并分析总结不同类型风电机组可能发生的次同步振荡类型.最后,指出亟待研究解决的问题.

基于匹配控制的构网型直驱风电场次同步振荡机理与特性研究

近年来,具有低时延和惯量同步等优势的匹配控制成为主流构网型控制方案之一,但基于匹配控制的构网型直驱风电场的次同步振荡机理及特性尚不明确。因此,该文建立构网型直驱风电场并网系统的小信号模型,通过特征值法分析了系统的振荡模态及参与因子,并借鉴同步机中阻尼转矩法分析构网型直驱风电场的次同步振荡机理。结果表明,构网型直驱风电场中匹配控制主导的振荡模态在强电网下呈现负阻尼特性,系统存在次同步振荡的风险,但匹配控制振荡模态相较于跟网型控制的锁相环振荡模态具有更好的弱电网适应能力;匹配控制振荡模态存在类似于同步机转子运动方程的动态特性,使得构网型直驱风电场可能发生弱阻尼振荡;减小交流电网强度或无功控制器积分系数,增大构网型直驱风机台数或无功控制器比例系数,能够增大匹配控制振荡模态的阻尼,降低系统次同步振荡风险。

构网型控制改善跟网型变流器次/超同步振荡稳定性的机理和特性分析

构网型(grid-forming,GFM)并网变流器具有良好的弱电网稳定性,同时能够改善跟网型变流器的次/超同步振荡稳定性。为明确GFM控制改善振荡稳定性的机理和特性,首先推导了GFM变流器电路特性与每个控制环节的关系,并分别从变流器自身电路特性、变流器并网系统整体阻抗特性角度揭示了GFM控制改善振荡稳定性的电路机理。然后,基于阻抗模型定量分析了GFM变流器占比提升对系统振荡频率、阻尼的影响。最后,利用电磁暂态仿真进行了验证。结果表明:GFM变流器在无功控制环节、电压外环作用下表现为“正电阻”,能够削弱跟网型变流器控制环节引入的负阻尼特性,进而改善系统次/超同步振荡稳定性;此外,GFM变流器占比提升能够显著改善系统振荡阻尼,但对振荡频率影响较小。

不同输电方式下风电接入对传统火电次/超同步振荡影响研究

随着风电等新能源并网容量的增加,电网中风电的大规模接入为系统的稳定性带来了新的挑战。当风电机组接入火电系统时,风电机组与传统火电因交互影响产生的次同步振荡的机理尚未明确,因此值得进一步来探讨。文中采用特征值分析法建立了风火混合经交流串补及柔性直流输电并网外送系统的状态空间模型,并通过对比分析研究了风机的接入对传统火电固有振荡模式的影响,进一步地,通过改变并网距离等参数来分析系统结构参数对风机与火电交互作用引发的次/超同步振荡模式的影响;在此基础上,揭示了交流输电与直流输电两种不同输电方式下风电接入对传统火电次/超同步振荡的影响机理与因素;并利用PSCAD/EMTDC平台进行时域仿真证实了所建立系统的正确性。

基于有源阻尼控制的区域电网新能源基地次同步振荡抑制的研究

近年来,由于大规模新能源基地不断接入电网,导致系统转动惯量降低,产生次同步振荡问题。为此,提出了基于有源阻尼的新能源基地次同步振荡抑制策略。该控制策略将有源阻尼控制器附加于新能源并网装置的有功功率环上,通过采集电网频率,实现对振荡频段内的输出信号进行幅值和相位校正,改善系统的次同步阻尼特性,提高系统稳定性。在此基础上对有源阻尼控制器参数进行优化设计,并通过特征根分析法和Prony算法进行验证。最后,以某市区域电网为例进行仿真分析,当该电网出现次同步振荡后,在新能源基地上附加有源阻尼控制,可以快速抑制次同步振荡,提升系统阻尼,验证了有源阻尼控制的适用性和有效性。

基于功率外环附加阻尼控制的柔性直流抑制送端火电机组次同步振荡研究

利用柔性直流控制的灵活性抑制次同步振荡被广泛研究,但是对于有功、无功控制回路的抑制效果不同的机理解释很少。针对柔直近区火电机组的次同步振荡问题,提出一种基于功率外环附加阻尼控制的柔直抑制次同步振荡策略。通过对电气阻尼曲线负阻尼频段分析,结合柔直变流器控制特点,选取附加控制的最优位置,通过基于功率外环附加阻尼控制提高火电机组电气阻尼。然后,建立复转矩系数传递函数,分析有功、无功外环附加阻尼控制效果的强弱与柔直功率外环参数相关,主要是与传输有功、无功功率大小有关,揭示柔直功率外环d轴和q轴附加阻尼控制时对电气阻尼影响差异的机理。最后,通过PSCAD时域模型仿真验证分析的正确性。

基于惯性同步的构网型光伏并网系统次同步振荡特性分析

针对目前适用于单级式构网光伏发电并网系统的惯性同步控制策略及其次同步振荡特性鲜有研究这一问题,该文将惯性同步控制应用于构网型光伏发电系统,并建立其状态空间模型,利用特征值分析法确定系统振荡模式,最后利用参与因子和特征值根轨迹分析系统相关参数对振荡模式的影响。研究结果表明,构网型光伏并网系统具有更好的弱电网适应性,但在强电网下,存在直流电容和惯性同步环节共同主导的SSO模式,可通过增大直流电容和电压内环比例系数或减小电压内环积分系数来增大系统阻尼,提高系统稳定性。基于PSCAD/EMTDC时域仿真平台,验证了理论分析的正确性。

基于有限状态机的次同步振荡在线监测与抑制策略

随着大规模风电接入电网,次同步振荡风险不断提高,现有研究提出的次同步振荡辨识指标不够全面,抑制方法或成本较高,或影响风电场有功输出。针对这一问题,本文对次同步振荡的在线监测方法与抑制措施进行分析,结合次同步振荡的启动门槛、功率振幅门槛、功率周期门槛和振荡次数门槛,提出一种基于有限状态机的次同步振荡在线监测方法及相应的抑制策略。该监测方法根据三相总瞬时功率的变化轨迹辨识次同步振荡的发生,感知次同步振荡的严重程度,并采取分阶段在转子侧变流器q轴、d轴附加阻尼控制器抑制次同步振荡。Simulink仿真结果表明,采取所提策略在不同串补度工况下均能准确辨识并抑制次同步振荡。

基于同步压缩广义S变换的电力系统次/超同步振荡检测

为实现电力系统次/超同步振荡的快速、准确辨识,提出了一种基于同步压缩广义S变换(synchrosqueezing generalized S transform, SSGST)和改进稀疏时域法(improved sparse time domain method,ISTD)结合的次/超同步振荡辨识方法。该方法首先利用能量比函数对电力系统广域量测信息实时检测,当检测到信号能量发生突变时,利用SSGST对检测到的振荡信号分解得到相应的SSGST时频系数矩阵;然后通过改进的脊线提取方法在时频域实现对各振荡分量的最优轨迹搜索;进一步,结合最优轨迹时频索引重构各振荡分量的时域分量,并利用ISTD辨识方法计算出各振荡分量的频率和阻尼比系数;最后,通过自合成模拟信号、双馈风电场经串补并网系统仿真信号和某实际风电场实测数据验证了所提方法的准确性和有效性。