基于附加阻尼的水轮机调速系统优化控制研究

针对水轮机调速系统引发电力系统发生超低频振荡的问题,提出一种调速侧附加阻尼控制策略。首先,基于阻尼转矩法,分析得出水轮机调速系统产生的负阻尼是造成电力系统发生超低频振荡的主要原因;其次,推导调速系统的阻尼转矩系数表达式,证明该系数与水锤效应时间常数及调速器PID参数密切相关;然后,依托附加阻尼控制策略,在系统调速侧引入正阻尼补偿,并采用灰狼优化算法整定调速器PID参数,以进一步改善系统阻尼特性;最后,在Matlab/Simulink仿真平台搭建单机、四机两区域系统进行仿真验证,结果表明所提控制策略能够明显改善调速系统的阻尼特性,有效抑制超低频振荡。

风电机组附加有功控制参数对系统低频振荡的影响

附加有功控制环节使风机参与至同步机的机电振荡模式中,这使得系统功率振荡特性机理更加复杂,不利于附加有功控制环节的参数设计。为了研究风机附加有功控制对系统稳定性的影响,首先建立了考虑锁相环特性的风机与同步机动态作用的小信号模型;然后基于该模型利用阻尼转矩法分析了风机附加有功控制对系统振荡稳定性的影响机理,并提出了综合考虑系统等效惯性时间常数和阻尼比的附加有功控制环节系数设计方法;最后通过“10机39节点系统”的仿真结果量化分析了各系数对系统低频振荡稳定性的影响规律。结果表明,合理设置风电机组附加有功功率控制系数、滤波时间系数和锁相环带宽均能提升系统频率稳定性;理论分析的正确性也得到了验证。

虚拟同步直驱风机低频振荡机理分析及阻尼补偿控制

虚拟同步机技术可有效提升电网的电压支撑能力,但也引入了复杂的低频振荡问题。目前,对传统虚拟同步机的低频振荡研究大多忽略直流侧及机侧动态,难以准确刻画虚拟同步直驱风机的低频振荡特性。为解决上述问题,首先,建立了计及机侧动态和直流电压动态的统一阻尼转矩模型,利用阻尼转矩法揭示了机侧转子动态产生的负阻尼转矩是导致风机低频振荡的主要原因,并分析了各环节对风机低频振荡特性的影响规律。进一步,提出了阻尼补偿控制以削弱机侧动态的负阻尼效应,有效提升了机侧耦合下风机并网系统的稳定性。最后,简要分析了所提控制在多机系统的适用性,并基于MATLAB/Simulink仿真验证了理论分析的准确性和所提控制的有效性。

基于多能量场景谐振域构建的风机控制器参数优化方案

文中提出了一种基于谐振域(RA)的风机控制器参数优化方案,用于刻画在多能量场景下风机与多机系统的模式谐振,并通过优化风机的控制器参数降低潜在的模式谐振风险。首先,建立计及能量场景变化的系统小信号模型。其次,提出确定复平面上可能发生模式谐振区域的RA概念。然后,设计衡量谐振强度以及谐振对模式振荡阻尼影响的谐振强度指标(RSI)。为了避免潜在的模式谐振风险,基于RA和RSI对风机控制器参数进行优化。通过IEEE 39节点模型,验证了所提优化方案可在多能量场景下捕捉模式谐振发生区域,并通过风机控制器参数优化有效避免系统潜在的模式谐振。

运行参数变化时双馈风电机组振荡机理及特性研究

为研究风力机功率在风电机组中传播、变换时与风电机组各环节的耦合关系及机组输出功率振荡特性,以双馈风电机组为例,首先计及塔影效应和风剪切、风速大小,推导各子系统的能量函数;考虑机组阻尼及风速变化,分析各子系统能量变化及机组输出功率的振荡特性;最后,在PSCAD/EMTDC上建模仿真,通过能量变化深入分析风力机功率在机组内传播机理及功率振荡特性。仿真结果表明:含低频振荡分量的风力机功率通过负阻尼双馈风电机组时,与机组的次同步振荡耦合,风力机子系统、发电机及励磁子系统输出能量大幅增加,机组输出功率中既有低频振荡也有次同步振荡,它们随机组阻尼和风速变化而变化;风速变化时双馈风电机组消耗的能量主要由风力机子系统决定。

某联合循环机组汽轮机高负荷低频振动分析及处理

阐述了某发电厂一台新投产联合循环机组汽轮机高负荷低频振动发生的过程和特征,诊断出机组出现高负荷低频振动的类型是汽流激振,而造成异常振动的原因为热态工况下动静间隙不均匀。通过运行中摩合及采用其他参数控制、临修调整动静间隙等一系列措施,最终使机组顺利带满负荷。通过分析机组异常振动的方法和采取消除振动故障的工程措施,对后续类似机组的汽流激振故障处理和预防具有一定的借鉴意义。

弱电网下功率同步构网型DFIG的阻尼分析及转矩振荡抑制

随着风电占比的不断增加,功率同步构网型双馈风电机组(PS-DFIG)接入弱电网下的稳定性问题受到广泛关注。相比于锁相同步跟网型控制下的功率响应特性,基于构网型控制结构的PS-DFIG中有功环与转速环交互影响更容易引发转矩产生低频振荡。为此,文中首先建立了PSDFIG系统的有功功率与发电机转速的小信号模型,分析了有功功率与转速响应的耦合特性,在此基础上借助电气阻尼分析方法研究了PS-DFIG系统环路特性对传动链低频振荡的影响。然后,基于多环路带宽设计准则,在有功环中引入微分前馈方法提高有功功率带宽,同时在转速环输出中附加转矩补偿,改善了电磁转矩的电气阻尼特性,提升了功率环参数的鲁棒性,有效降低了PS-DFIG系统传动链低频振荡的风险。最后,在RT-LAB的硬件在环平台进行了实验验证。

电压源型双馈风电并网系统小扰动低频稳定性分析

随着我国新能源装机规模日益扩大,电网对并网风电机组的性能要求逐渐从被动跟随电网转变为主动支撑电网,由此使得基于虚拟同步控制的电压源型风电机组具有广阔的应用前景。但是,目前对于此类新型风电机组的宽频动态特性的研究尚有不足,鉴于此,该文通过建立电压源型双馈机组的类Phillips-Heffron模型,从电气阻尼的角度研究其由虚拟同步控制环节主导的低频模态的振荡特性及失稳机理,并探究不同控制参数及电网条件对电压源型双馈机组电气阻尼特性的影响。研究结果表明,当系统其他动态部分引入的电气负阻尼大于虚拟同步控制环节固有的正阻尼时,电压源型双馈机组将面临低频振荡失稳的风险。最后讨论了可提高电压源型双馈机组低频段电气阻尼的应对措施,设计了类电力系统静态稳定器(PSS),可有效抑制机组低频振荡问题。该研究结果可指导实际工程中电压源型风电机组的控制器设计方案及参数整定优化。

水轮机调速器不同控制模式对电网超低频振荡影响分析

随着水电占比高的西南电网转变为特高压交直流联网结构,电网中出现了一些超低频振荡现象。针对水电机组调速器特性,建立水电机组小扰动模型,采用特征值分析法,讨论了水电机组调速器在一次调频中各个参数对系统稳定性的影响,对功率模式和开度模式进行对比,并分析了开度模式和功率模式与AGC配合的影响。结果表明,开度模式的参数可调范围大于功率模式,但更易受AGC的影响。该结果对深入研究超低频振荡的抑制方法奠定了基础。

双馈风电场抑制电网低频振荡的自适应附加控制策略

针对大型风电场跨区输送电能时引起的弱或负阻尼低频振荡问题,提出一种基于李雅普诺夫稳定性理论的快速终端滑模附加阻尼控制策略.研究双馈风力发电机(DFIG)灵活的功率调控特性和快速响应阻尼调节能力,根据DFIG转子外加电压与磁链之间的关系和滑模变结构控制方法设计转子磁链控制器.在系统发生低频振荡时,期望磁链值与实际磁链值产生偏差,附加阻尼控制器输出一个自适应控制信号到转子侧功率控制环节,提高风电场有功出力,抑制系统的低频振荡.在MATLAB/Simulink中建立风电并网系统仿真模型进行离线仿真实验,并搭建基于实时数字仿真系统的大型风电场跨区输电模型进行实时仿真验证.离线仿真和实时仿真结果均表明:当系统发生低频振荡时,应用所提控制方法能够快速调节DFIG发出有功功率,增强系统的阻尼水平,有效抑制系统低频振荡抑制.

汽轮机中压调节阀参与电力系统低频振荡的原因分析及预防措施

汽轮机中压调节阀参与的电力系统低频振荡事件时有发生,威胁着机组与电网的安全运行。给出了3起中压调节阀参与的电力系统低频振荡的典型案例,结合中压调节阀在不同类型汽轮机中的作用,阐述其诱发或参与低频振荡的途径,指出深度调峰机组易发生低频振荡的一个重要原因就是汽轮机综合阀位指令减小,导致线性度不佳的中压调节阀频繁参与机组功率调节。针对当前国内火电机组运行的环境,给出了防止中压调节阀参与电力系统低频振荡的6项具体措施,以供参考。

风电并网系统低频振荡抑制策略研究

随着日渐提高的风电渗透率,电力系统中低频振荡问题日益严重。为此,基于模糊逻辑设计了一种应用于双馈风机有功控制环节的阻尼控制器。首先,建立双馈风力发电机的转子侧换流器数学模型;其次,定性分析双馈风电机组输出有功对系统阻尼特性的影响;最后,基于模糊逻辑设计了一种应用于转子侧换流器的附加控制环节的阻尼控制器,并采用时域仿真法对其控制效果进行了仿真验证。结果表明,所设计的控制器有效地抑制了系统的低频振荡。

大型汽轮发电机组发生低频振荡过程分析及抑制措施

本文以1050MW汽轮机组发生低频振荡后为例,首先从DCS历史数据和PMU数据,结合建模进行过程分析振荡发生的原因及机理,随后从汽轮发电机组角度进行优化控制逻辑、PSS管理、严格试验测试以及迅速正确操作等四个方面,给出了从发电厂侧抑制电力系统低频振荡的具体措施,最后实施基于汽轮机配汽方式、阀门流量特性、智能一次调频、变参数自适应协调控制等一系列措施最终达到预期目标。本文建议同类型机组重视网源协调工作,以提高电网安全稳定运行水平。

汽轮机调速系统中影响电力系统低频振荡的关键因素

汽轮机调速系统与电网安全运行密切相关,其中多个因素会影响到电力系统的低频振荡。结合具体案例,从汽轮机配汽函数、功率控制PID参数、DEH侧功率控制闭环、一次调频回路、控制系统的延时、汽轮机调节阀开度晃动、信号波动等几个方面,阐述了它们对电力系统低频振荡影响的机理,指出了容易引起低频振荡的操作与设备缺陷,提高电网运行稳定水平。

汽轮机压力脉动引发电力系统低频振荡的共振机理分析

强迫型共振机理是引起电力系统低频振荡的原因之一。该文基于汽轮机压力脉动引发电力系统低频振荡的共振机理,分析汽轮机压力脉动的产生原因,介绍压力脉动类型和特征。从理论上探讨非简谐周期性扰动下的电力系统强迫振荡,并通过时域仿真分析单机无穷大系统和多机系统中汽轮机复杂压力脉动、准周期压力脉动及冲击性压力脉动对电力系统稳定性的影响。研究结果表明,汽轮机压力脉动的类型复杂,频率成分丰富,其中复杂压力脉动如果其含有与电力系统固有频率一致的脉动分量时,会引发电力系统共振机理的低频振荡,而准周期压力脉动和冲击性压力脉动由于其幅值的快速变化,并未引发共振。该研究结果对探讨电力系统低频振荡的产生原因具有一定的参考价值。

调速系统对南方电网动态稳定性的影响研究

随着电液调节系统(digital electro-hydraulic control system,DEH)的普及,调速系统的动态特性、响应速度得到了极大的提高,调速系统对动态稳定性的影响越来越显著。已有理论研究表明,调速系统若参数设置不当将为系统提供负阻尼。该文通过分析一例南方电网网内实际发生的低频振荡事件,验证了调速系统恶化系统阻尼并最终引发低频振荡的现象,同时利用(real time digital simulator,RTDS)试验成功进行了事故复现。此外,对南方电网网内的15个主力电厂分别模拟调速器闭环回路控制及调速器退出情况下的系统动态稳定性,发现部分电厂在调速器闭环回路控制下系统动稳水平下降,阻尼比降低约1%~2%,部分电厂在两种情况下系统动稳水平变化不大,可见调速器参数对系统动态稳定性有较为显著的影响。针对这一问题,文中建议在实际电网中,可研究采用火电厂DEH控制系统检测到机组振荡便立即自动切换为阀位控制模式来改善。

电力系统强迫功率振荡实例及机理分析

介绍了某地区电网发生的2次功率低频振荡事件,阐述了振荡机理,提出了解决方案。通过相量测量单元波形分析总结了其基本特征,用单机无穷大系统进行了理论计算,同时根据故障场景开展了PSD-BPA时域仿真,证明了2次事件均属于强迫低频振荡。根据2次振荡事件中汽轮机调门流量特性等特点,结合现场试验,证实油动机的抖动是造成功率振荡的扰动源。对调门流量特性的相关参数进行了优化,修正了拐点处的流量特性,避免了类似强迫低频振荡事件的再次发生。

汽轮机阀门控制方式切换引发低频振荡的实例及其机理分析

电力系统中多次出现因汽轮机阀门控制方式切换引发的低频振荡现象。因此,分析了汽轮机阀门流量特性和控制方式,建立了考虑阀门流量特性的汽轮机控制系统模型。应用仿真软件PSCAD/EMTDC建立了机网耦合数字仿真平台,重现了南方电网某电厂汽轮机阀门控制方式切换引发的低频振荡现象。对低频振荡的机理分析结果表明,汽轮机单阀控制切换为顺序阀控制方式后,由于阀门流量特性修正函数与阀门实际流量特性偏差较大,会引起调节阀门的大幅值摆动,从而使汽轮机机械功率以0.171 Hz的频率做等幅值振荡,在该扰动源作用下电力系统出现强迫功率振荡。

水轮机组与电网耦合对电网动态稳定的影响

电网多次发生水轮机组参与的功率低频振荡现象,产生机理不明,严重影响电网的安全稳定运行。本文以江西柘林水电厂为例,首先分析其水轮机组尾水管水压脉动情况以及对输出机械功率的影响,其次根据尾水管水力系统物理特性,建立考虑尾水管压力动态的水轮机组模型。采用时域仿真方法,探讨了水轮机组水力系统与电网之间的耦合作用,研究了水轮机组尾水管水压脉动对电网动态安全稳定的影响。仿真结果表明:当水轮机组尾水管水压脉动频率与其发电机所在电网中的自然振荡频率相同或接近时,有可能发生共振而引发电网的功率振荡,造成电网动态稳定的破坏。研究结果对分析电网低频振荡产生原因具有一定的参考价值。

一次调频试验引发低频振荡实例及机理分析

介绍了某电厂汽轮发电机组一次调频试验导致电网发生低频功率振荡的事件,分析了振荡产生的机理,提出了防止该类振荡发生的措施。根据广域测量系统记录的振荡波形分析了此次低频振荡的基本特征,应用PSCAD/EMTDC仿真重现了一次调频引发低频振荡的过程;探讨了确定低频振荡属于负阻尼还是共振机理的原则,结合不同汽轮机控制方式和参数下的阻尼特性,确定了本次低频振荡的原因是汽轮机控制系统参数设置不当,导致一次调频投入情况下系统总阻尼为负值;为防止该类振荡的发生,需要合理设置一次调频控制系统参数。