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。

基于SVG附加电流反馈阻抗重塑的双馈风电场次/超同步振荡抑制策略

双馈风电场易与电网相互作用引起次/超同步振荡,针对目前抑制振荡时阻抗重塑法适应性不强的问题,提出一种基于静止无功发生器(SVG)附加电流反馈控制的阻抗重塑法,该方法建立的虚拟阻抗可跟随风电场的阻抗特性变化而改变,其灵活性强于通过建模分析设计出的固定虚拟阻抗。首先,基于SVG和风电场并网阻抗模型推导了该方法所加入的虚拟阻抗公式。然后,根据阻频特性分析了该方法的有效性以及阻抗重塑控制参数对抑制效果的影响。最后,根据青海省某双馈风电场并网模型,在PSCAD/EMTDC中建立了电磁暂态仿真模型,仿真结果表明:所提方法可以在不同振荡情况下实现对场站的阻抗重塑,灵活抑制风电场次/超同步振荡。

风电并网系统静态、次/超同步振荡安全域分析

风电大规模并网容易引发静态和次/超同步振荡(SSO)稳定问题,存在静态、SSO稳定运行边界。现有研究仅针对特定工况下风电SSO安全域进行研究,未考虑全工况下风电静态稳定和SSO稳定边界的关联性。为此,本文提出一种综合考虑静态、SSO稳定的安全域分析方法,首先基于潮流方程和全工况阻抗模型,给出风电静态、SSO稳定安全域定义;然后,针对风电功率注入空间提出了综合考虑静态、SSO稳定的安全边界搜索方法;最后,根据所提方法构建了全工况下风电并网多机系统安全运行稳定域,并通过仿真验证了所提方法有效性。

实际次/超同步振荡事件的多频率耦合效应分析

随着新能源和电力电子设备的占比增加,电力系统的宽频振荡问题日益严峻,且往往伴随着多个频率的振荡分量耦合出现的现象。为了明确新能源电力系统振荡过程中多频率耦合效应的机理和特性,基于典型电力电子变流器并网系统,推导并梳理了变流器在电压扰动作用下输出多阶耦合频率分量的过程,阐明了锁相环控制及坐标变换、dq轴控制不一致等造成变流器并网系统多频率耦合效应的主要原因。最后,结合实际电网的2次振荡录波数据分析,验证了多频率耦合机理分析的准确性。

基于AVMD-ITKEO算法的次/超同步振荡辨识

针对大规模风电系统中可能出现的次/超同步振荡问题,文章提出了一种改进Teager-Kaiser能量算子算法和自适应变分模态分解算法,通过将这两种算法相结合实现了次/超同步振荡模态参数的准确辨识。首先,通过改进的万有引力算法最小化包络信息熵,求解最优模态分量数与惩罚因子;然后,进行变分模态分解以获得各主导模态;之后,再通过改进的Teager-Kaiser算法辨识各主导模态的参数;最后,通过辨识模拟信号和实际电网数据并与其他算法进行对比,验证了文章所提振荡参数辨识算法的有效性和优越性。

基于功率调整的直驱风电场次/超同步振荡后抑制策略

近年来,次/超同步振荡(S/SSO)问题严重影响了电力系统的安全运行。在建立了直驱风电机组与直驱风电场等值阻抗模型的基础上,推导出直驱风电场发生场-网振荡的必要条件,并通过分析机组出力变化对系统导纳模型的影响,提出了一种基于功率调整的振荡事故后振荡恢复策略。通过MATLAB/Simulink仿真,验证了所提策略能在保持直驱风电场出力水平的基础上消除振荡。

基于基波同步相量的次/超同步振荡参数辨识探究:频谱特性和关键问题

大量新能源发电和电力电子设备引起的次同步振荡(SSO)严重影响了电力系统稳定性。基于广域测量系统(WAMS)和相量测量单元(PMU)提供的基波同步相量辨识次/超同步振荡参数具有广域同步和高刷新率的核心优势,可实现次/超同步振荡的动态在线监测。该文从基波同步相量在次/超同步振荡下的复数域频谱特性出发,综述并分析了目前已有次/超同步振荡参数辨识方法的参数辨识特性及关键问题。首先,根据同步相量频谱分析了频率辨识范围、各分量叠加耦合特性及相位翻转特性;其次,分析了参数辨识的关键问题在于振荡分量耦合关系、基波分量耦合关系的解耦问题及频谱泄漏问题,并围绕复数域频谱分析方法分析了在解决以上问题时的三个关键难点:针对次/超同步分量的耦合关系有效地辨识超同步分量的问题、不同同步相量采样频率下进行参数辨识的适应性问题,以及如何处理频谱泄漏从而缩短数据窗长的难题;对此,综述了相应解决方法并展望了未来可能的技术突破点;最后,通过仿真数据和实际PMU数据对比分析验证了该文观点。

基于迁移学习的风电并网系统次/超同步振荡紧急切机策略

随着可再生能源和高压直流输电的发展,次/超同步振荡频发,严重威胁电力系统的稳定。提出基于迁移学习(TF)的风电并网系统次/超同步振荡紧急切机策略,以有效控制或消除振荡,防止系统级联故障。首先,基于深度强化学习(DRL)构建了单场景下的紧急切机模型,提出了基于有功功率振荡模式的奖励评价体系,并引入切机轮次与台数惩罚函数,避免过度切机带来的经济损失和安全风险。其次,采用迁移学习(TF)提升模型在复杂场景下的泛化能力,利用最大均值差异算法(MMD)减少源数据与目标数据的分布差异,从而提升在线决策可信度。最后,基于New England 39节点系统验证了所提策略的有效性。

一种基于储能的次/超同步振荡抑制方法研究

双馈异步风力发电机(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)也称双馈感应发电机,其凭借变速恒频的优点在风电场中得到了广泛应用。随着大量风电能源并网,远距离高压输电使用串补电容技术容易引起电网发生次同步振荡(Subsynchronous Oscillation,SSO)。DFIG的定子绕组直连电网,因此在运行过程中极易受到电网SSO的影响。针对DFIG的SSO及抑制策略进行研究。提出了一种采用储能装置附加阻尼控制环节的方式来重塑风电场阻抗并抑制次/超同步振荡。通过电磁暂态仿真验证了该方案的性能,能成功地抑制不同频率的次同步电流,以提高目标系统的稳定性。

并网逆变器复合电流环引起次/超同步振荡机理研究

针对我国电力系统中的并网逆变器引起的次/超同步振荡现象,以单逆变器经阻抗并理想电源的典型系统为例进行分析。由于锁相环动态和较大电网电抗的存在,单逆变器并网系统电流环存在dq轴耦合。将dq轴统一考虑,建立了单逆变器并网系统的复合电流环模型。复合电流环中存在正反馈作用,该反馈与锁相环、电流控制器、系统运行点、电网电抗和滤波电抗等多个因素相关,若匹配不当则可能造成振荡或失稳。使用根轨迹法对上述因素对系统稳定性的影响进行分析,探讨了通过适当调整并网逆变器控制参数来抑制振荡的方法。通过时域仿真验证了复合电流环的准确性,同时验证了调整电流环控制参数抑制次/超同步振荡的效果。最后,对复合电流环模型的应用进行了展望。

风电次/超同步振荡的安全域分析

风电大规模接入电网引发了多起次/超同步振荡事件。为了分析风电并网系统在不同工况下的振荡稳定性以及安全裕度,亟需建立风电次/超同步振荡安全域。为此,该文首先基于阻抗网络模型,在功率注入空间给出风电次/超同步振荡安全域的定义;然后,提出基于聚合阻抗频率特性的次/超同步振荡模式获取方法,并通过预测-校正技术高效搜索安全域边界;最后,根据所提方法,构建了某实际风电并网系统的次/超同步振荡安全域,并通过时域仿真验证所提方法的有效性。

模块化多电平中压变流器阻抗分析及次/超同步振荡抑制

模块化多电平换流器适合作为中高压电网的并网接口,针对光伏中压直流汇集系统潜在次/超同步振荡问题,从频域出发,系统地建立了送端电流源型并网模块化多电平变流器的正负序阻抗模型,对并网时互联系统的稳定性作出分析。频域正负序阻抗与电网阻抗交叠预测了串联补偿下光伏中压直流汇集系统次/超同步振荡现象,并验证了频域阻抗与时域波形分析的一致性。通过控制参数优化,有效抑制了模块化多电平换流器串联补偿时次/超同步振荡现象。

风电并网系统次/超同步振荡的动态监测方法研究

近年来,我国大规模风电基地中出现了新型次/超同步振荡问题,其频率具有时变特性。已有的同步相量测量单元(PMU)和广域测量系统无法准确监测其动态发展过程。鉴于此,本文首先探讨了次/超同步谐波对传统PMU算法的不良影响,剖析谐波引起基频相量测量误差的根源。其次,提出一种具有频率自适应控制能力的次/超同步谐波相量检测方法,能够准确判断系统中是否出现次同步振荡,并检测出基波相量和次/超同步谐波相量。最后,通过搭建实际系统的电磁暂态仿真模型分析验证了改进算法的有效性和精确性。

直驱风机网侧换流器引发次/超同步振荡机理研究

针对实际电网发生的直驱风机引起的次/超同步振荡现象,以典型的单机并网模型为例进行研究。考虑锁相环的动态特性,在电网dq坐标系下建立直驱风机等效控制模型。分析网侧换流器对电网谐波的响应过程,发现当换流器输入输出谐波间相位满足一定关系时,会因为正反馈在某一频率下产生次/超同步振荡。振荡强度和振荡频率与锁相环比例和积分系数、电流内环比例系数及电网强度等多个因素相关。基于该相位关系,给出直驱风机引发次/超同步振荡的判据,并由该判据可以获得直驱风机引发次/超同步振荡的频率,时域仿真及频谱分析结果验证了该判据的有效性。

改进PNN神经网络在电力系统次/超同步振荡监测中的应用

电力系统次/超同步振荡的常用的检测(标题用的是监测,让作者再看看)方法是:首先对实测数据进行滤波得到次/超同步振荡信号分量,再根据对各分量信号进行参数辨识的结果,来确认是否发生次/超同步振荡。这样,振荡判断的准确性就受到滤波器的效果和参数辨识方法准确性的双重影响。为了解决上述问题,提出将同步压缩小波变换(SST)和深度学习方法—概率神经网络(PNN神经网络)相结合应用于次/超同步振荡的监测。首先,用SST变换替代传统滤波器实现滤波的功能,得到次同步频率、工频频率和超同步频率的信号分量。然后,不再进行参数辨识,而是直接将得到的各类信号分量数据直接交于PNN神经网络进行分类,直接挖掘次/超同步振荡数据的特点,达到在线监测的目的。仿真和实例均验证了方法的可靠性。

抑制直驱风电并网系统次/超同步振荡的储能变流器有源阻尼控制方法

为应对直驱风电并网系统接入弱电网引发的次/超同步振荡问题,针对储能变流器提出了一种改进的有源阻尼控制方法,建立了考虑所提有源阻尼控制方法的储能变流器序阻抗模型,并分析了含储能变流器的直驱风电并网系统阻抗特性。在次/超同步振荡频段,并网系统阻抗幅值较低且部分呈容性,当输出功率增大、电网短路比降低或锁相环带宽减小时,容易与感性电网阻抗发生交互,从而诱发次/超同步振荡。然后,考虑不同有源阻尼控制参数对系统稳定性的影响,并给出选取参数的方法,使直驱风电并网系统的正负序相角裕度大于零或幅频特性不与电网阻抗发生交截。分析结果表明,所提有源阻尼控制方法能够有效改善直驱风电并网系统的阻抗特性,在更为复杂恶劣的条件下,耗散振荡能量,抑制次/超同步振荡,增强系统的稳定性。最后,通过仿真验证分析的正确性。

采用VSC-HVDC并网的直驱风电场次/超同步振荡特性

风电、光伏经由高压直流输电系统并网外送已经成为大规模可再生能源基地的主要输送方式。对于风电引发的次/超同步振荡问题,尤其是直驱风电机组与柔性高压直流(VSC-HVDC)输电系统之间相互作用引发的次/超同步振荡问题值得深入研究。首先,分别建立直驱风电机组与VSC-HVDC的动态模型,并深入分析与推导两者之间的接口矩阵与接口动态方程,进而得到直驱风电机组经VSC-HVDC并网外送的完整动态模型。在此基础上,采用特征值分析法计算得到各振荡模式的参与因子,并根据模式参与因子判断出次/超同步振荡模式之间存在阻尼耦合。通过PSCAD/EMTDC进行时域仿真,验证了模型与特征值分析结果的正确性。进一步深入分析风电并网距离/阻抗、直驱风电机组机/网侧控制器与VSC-HVDC送/受端控制器参数对次/超同步振荡阻尼特性的影响,结果表明:同一个控制器参数可同时影响多个次/超同步模式,同一个次/超同步模式可同时受多个控制器参数影响,并且这种阻尼耦合的影响可能趋同(调节控制器参数,耦合的两种模式的阻尼比同向变化),可能趋反(调节控制器参数,耦合的两种模式的阻尼比反向变化),也可能趋同与趋反同时存在。

面向新能源外送系统次/超同步振荡的控制器参数协调优化

作为大规模可再生能源的主要输送方式,风电、光伏经高压直流输电(HVDC)并网外送的形式在新能源的异地消纳上发挥作用的同时,也引发了次/超同步振荡(SSO/SupSO)现象。对于风电引发的次/超同步振荡问题,尤其是对在直驱永磁同步机组(DD-PMSG)机/网侧控制器(GSC)参数与柔性直流输电(VSC-HVDC)送/受端控制器(SEC/REC)参数对于次/超同步振荡模式存在阻尼耦合的问题上的应对方案尚待深入研究。对此,该文通过优化风电柔直并网系统控制器参数来抑制系统次/超同步振荡,将阻尼耦合问题转换为控制器之间的参数协调优化问题。具体而言,以主导控制器参数作为优化变量,以待改善振荡模式为目标模式,以目标模式阻尼比最大化为优化目标,建立主导控制器参数的协调优化模型,采用了全局搜索性好、收敛速度快的I-PGSA算法对协调优化模型进行求解,获得最优控制器参数。在协调优化过程中,采用模式追踪技术对目标模式进行追踪锁定,确保优化的针对性;在约束条件中,提出了动态阻尼比概念并对各振荡模式的阻尼比阈值进行动态设定,保证优化的合理性。最后,基于PSCAD/EMTDC对控制器参数优化效果进行时域仿真和比对,结果验证了所提协调优化策略的有效性和优越性。