Localization method of subsynchronous oscillation source based on high-resolution time-frequency distribution image and CNN

The penetration of new energy sources such as wind power is increasing,which consequently increases the occurrence rate of subsynchronous oscillation events.However,existing subsynchronous oscillation source-identification methods primarily analyze fixed-mode oscillations and rarely consider time-varying features,such as frequency drift,caused by the random volatility of wind farms when oscillations occur.This paper proposes a subsynchronous oscillation sourcelocalization method that involves an enhanced short-time Fourier transform and a convolutional neural network(CNN).First,an enhanced STFT is performed to secure high-resolution time-frequency distribution(TFD)images from the measured data of the generation unit ports.Next,these TFD images are amalgamated to form a subsynchronous oscillation feature map that serves as input to the CNN to train the localization model.Ultimately,the trained CNN model realizes the online localization of subsynchronous oscillation sources.The effectiveness and accuracy of the proposed method are validated via multimachine system models simulating forced and natural oscillation events using the Power Systems Computer Aided Design platform.Test results show that the proposed method can localize subsynchronous oscillation sources online while considering unpredictable fluctuations in wind farms,thus providing a foundation for oscillation suppression in practical engineering scenarios.

Effects of Semi-floating Ring Bearing Outer Clearance on the Subsynchronous Oscillation of Turbocharger Rotor

Semi-floating ring bearing（SFRB） is developed to control the vibration of turbocharger rotor. The outer clearance of SFRB affects the magnitude and frequency of nonlinear whirl motion, which is significant for the design of turbocharger. In order to explore the effects of outer clearance, a transient finite element analysis program for rotor and oil film bearing is built and validated by a published experimental case. The nonlinear dynamic behaviors ofrotor-SFRB system are simulated. According to the simulation results, two representative subsynchronous oscillations excited by the two hearings respectively are discovered. As the outer clearance of SFRB increases from 24 ~tm to 60 pro, the low-frequency subsynchronous oscillation experiences three steps, including a strong start, a gradual recession and a combination with the other one. At the same time, the high-frequency subsynchronous oscillation starts to appear gradually, then strengthens, and finally combines. If gravity and unbalance are neglected, the combination will start starts from high rotor speed and extents to low rotor speed, just like a ＂zipper＂. It is found from the quantitative analysis that when the outer clearance increases, the vibration amplitude experiences large value firstly, then reduction, and suddenly increasing after combination. A useful design principle of SFRB outer clearance for minimum vibration amplitude is proposed： the outer clearance value should be chosen to keep the frequency of two subsynchronous oscillations clearly separated and their amplitudes close.

Subsynchronous oscillation monitoring and alarm method based on phasor measurements

Owing to the large-scale grid connection of new energy sources, several installed power electronic devices introduce sub-/supersynchronous inter-harmonics into power signals, resulting in the frequent occurrence of subsynchronous oscillations(SSOs). The SSOs may cause significant harm to generator sets and power systems;thus, online monitoring and accurate alarms for power systems are crucial for their safe and stable operation. Phasor measurement units(PMUs) can realize the dynamic real-time monitoring of power systems. Based on PMU phasor measurements, this study proposes a method for SSO online monitoring and alarm implementation for the main station of a PMU. First, fast Fourier transform frequency spectrum analysis is performed on PMU current phasor amplitude data to obtain subsynchronous frequency components. Second, the support vector machine learning algorithm is trained to obtain the amplitude threshold and subsequently filter out safe components and retain harmful ones. Finally, the adaptive duration threshold is determined according to frequency susceptibility, amplitude attenuation, and energy accumulation to decide whether to transmit an alarm signal. Experiments based on field data verify the effectiveness of the proposed method.

Analysis of Sub-Synchronous Oscillation of Virtual Synchronous Generator and Research on Suppression Strategy in Weak Grid

At present,the direct drive permanent magnet synchronous generator(DD-PMSG)grid connected system based on virtual synchronous generator(VSG)control will experience power oscillation at sub synchronous frequencies.The mechanism and characteristics of this new type of sub-synchronous interaction(SSI)are not yet clear,and the system cannot recover to steady state solely based on the characteristics of VSG itself.Especially when connected to a weak current network,oscillations are more pronounced,affecting the stability of the system.In severe cases,the systemmay trigger shutdown protection and be disconnected from the network.Existing research has only analyzed the oscillation mechanism under this phenomenon and has not proposed corresponding control strategies.This article proposes aVSM control strategy based on the VSG control algorithm,which balances the dq axis component of voltage and current,and improves the voltage and current loop of VSG control to reduce the impact of sub-synchronous oscillation(SSO)on the power grid.In MATLAB/Simulink,a simulation model of the proposed control strategy was built to verify its correctness and effectiveness.

Characteristics of sub-synchronous oscillation in grid-connected wind farm system

With the rapid development of wind power, wind turbines are accompanied by a large quantity of power electronic converters connected to the grid, causing changes in the characteristics of the power system and leading to increasingly serious sub-synchronous oscillation (SSO) problems, which urgently require the generalized classification and characterization of the emerging oscillation problems. This paper classifies and characterizes the emerging types of SSO caused by grid-connected wind turbines to address these issues. Finally, the impact of the typical system parameters changes on the oscillation pattern is analyzed in depth to provide effective support for the subsequent suppression and prevention of SSO.

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。

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。

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。

双馈风电场无串补并网振荡场景及关键影响因素研究

双馈风电场经串补线路送出系统存在次同步振荡风险的问题已为共知并得到广泛深入研究,然而实际系统中也发生过双馈风电场经无串补线路送出的次超同步振荡问题,目前针对这一问题的报道和研究很少。因此,采用特征模式分析法结合电磁暂态仿真,针对双馈风电无串补接入电网的次同步振荡问题开展研究,分析了系统主导失稳振荡模式以及运行条件和风电控制参数的影响,厘清了无串补并网系统中双馈风电网侧变流器内环电流控制主导失稳,锁相控制主导失稳,以及转子侧变流器内环电流控制主导失稳等3种次超同步振荡场景,并与双馈经串补送出系统振荡场景进行了对比分析,较为全面地揭示了双馈风电并网系统振荡的不同场景及机理,可为实际工程双馈风电场并网振荡问题分析提供参考。

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。

一种多地DFIG联动控制的多馈入受端系统连续换相失败抑制策略

我国沿海负荷中心呈现直流多馈入的结构特征,海上风电的大规模开发使得系统在非正常工况下容易诱发次同步振荡,电压的快速波动可能会造成连续换相。针对该现象进行机理分析,通过优化双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)的控制方法,有效抑制了次同步振荡。同时,针对不同区域风电场调节能力差异,通过关联各直流落点的多馈入交互作用因子(multi-infeed interaction factor,MIIF),充分调动不同区域风电场的补偿能力抬升系统电压。该方法有效地抑制直流多馈入系统的异地连续换相失败。最后,通过PSCAD仿真对比验证所提策略的有效性。

HVDC输电系统次同步振荡(SSO)分析的GUI实现

为提高研究效率并普及研究结果,开发了一个用于分析HVDC输电系统次同步振荡(SSO)特性的图形用户界面(GUI)软件。这个GUI软件由人机界面及相关的回调函数组成,其中人机界面是利用MATLAB的GUI工具设计的,而编写回调函数则利用了MATLAB的数值计算和数据可视化功能。实践表明在MATLAB环境下可容易、高效地开发出令人满意的GUI软件。通过GUI软件可实现SSO参数稳定域可视化分析及特征值分析和时域仿真分析,具有直观、方便的优点,适合广大技术人员对HVDC输电系统发生SSO失稳可能性的检验。

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。

基于深度Q网络优化运行方式的风电场次同步振荡抑制策略

随着我国新型电力系统的不断发展,电力系统次同步振荡问题凸显,严重影响电网的安全稳定运行,而振荡阻尼水平对风电场次同步振荡具有重要影响。由于系统阻尼随电力系统运行方式变化,提出一种基于深度Q网络优化运行方式的风电场次同步振荡抑制策略。首先,通过时域仿真分析桨距角和串补电容对风电场次同步振荡阻尼的影响,在此基础上建立桨距角调整风机出力、并联电容调整线路串补的次同步振荡联合优化数学模型。其次,将深度Q网络算法应用于系统振荡阻尼优化求解问题,获得风电机组次同步振荡抑制优化策略,并与基于遗传算法求解的次同步振荡抑制结果对比。结果表明,该方法有效降低了振荡幅值,提升了系统的阻尼,验证了该方法的合理性和优越性。

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。

基于阻抗重塑的虚拟同步机次同步振荡抑制方法

虚拟同步机通过模拟转子运动方程从而使电力电子装置具有同步发电机的惯性和阻尼特性。然而,虚拟同步机与串联电容补偿电网连接时易发生次同步振荡。针对该问题,该文首先建立虚拟同步机与串联电容补偿电网的序阻抗模型,其次,采用伯德图分析次同步振荡发生的机理,研究传统有源阻尼方法的局限性。在此基础上,提出一种基于阻抗重塑的虚拟同步机次同步振荡抑制方法。在虚拟同步机阻尼系数的反馈回路中增加阻抗重塑控制器,进而利用伯德图分析改进系统的阻抗特性。该阻抗重塑方法可以减小虚拟同步机与串联电容补偿电网在低频段的阻抗相位差,有效抑制次同步振荡发生。相较于传统的有源阻尼控制方法,所提出的次同步振荡抑制方法可以较好的适应系统运行方式变化,并且不会引起虚拟同步机工作点偏移。最后,通过仿真和实验验证所提方法的有效性。

新型电力系统下火电机组灵活性运行技术发展及挑战

“双碳”背景下,新能源开始大规模并网发电,但新能源发电的随机性与波动性对电网造成一定冲击,亟需构建新型电力系统。在这一过程中,作为电力系统的基石,传统火电将向提供可靠容量、调峰调频等辅助服务的基础保障性和系统调节性电源转型,火电机组的灵活性改造成为必然选择。分析了构建新型电力系统的阶段性目标及面临的困难与挑战,探讨了现阶段火电机组灵活性改造遇到的问题,结合火电运行数据,分析火电机组配置储能设备的技术途径。研究认为:构建新型电力系统过程中存在着电力系统不稳定、传统火电转型困难、能耗大、环保压力大等问题;火电机组本体的灵活性改造面临调峰能力不足、运行成本较高、负荷响应慢、运行能耗大及安全性不高等问题;通过火电加储能的运行模式会带来较好的经济效益和环境效益。

基于双向长短期记忆生成对抗网络的电力系统次同步振荡数据生成方法

针对实际工程中次同步振荡数据缺乏的问题,提出1种基于双向长短期记忆生成对抗网络的电力系统次同步振荡数据生成方法。首先,将双向长短期记忆(BiLSTM)网络引入生成模型和判别模型,充分挖掘振荡数据正向和反向的时间序列信息;然后,将Wasserstein距离引入生成式对抗网络(GAN)模型,解决训练不稳定的问题;最后,提出基于动态时间规整(DTW)的相似性指标及基于频域分析的振荡模态真实性指标,以衡量生成样本质量。算例分析表明,所提方法生成的数据符合振荡数据的特性,且在数据真实性方面具有一定优势。