基于同步虚拟阻尼的多虚拟同步发电机功率振荡抑制策略

当由多虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)组成的电网遭受外部扰动时,源端会出现功率振荡,影响系统的稳定运行。为解决这个问题,提出一种基于同步虚拟阻尼的多VSG功率振荡抑制策略;建立多VSG系统的传函模型,分析功率振荡的主要原因;通过功率下垂的比例微分特性,推导出同步虚拟阻尼的数学模型,并用于同步VSG控制环路中,从而增加系统在暂态情况下的等效阻尼,抑制系统的功率振荡。另外,通过构造能量函数的方法证明改进后系统的稳定性。最后,通过仿真验证了该控制策略抑制系统功率振荡的有效性。

基于功率微分项的双VSG有功功率振荡抑制策略

针对虚拟同步发电机(VSG)双机并联运行时产生的有功功率振荡问题,通过建立双VSG系统的小信号模型,分析了有功功率振荡产生的机理,提出一种基于改进虚拟阻抗的瞬态功率均分策略和一种基于功率微分项的自适应惯量和阻尼的功率振荡抑制策略,将有功功率微分项与角加速度结合起来实现惯量的自适应调节,同时将有功功率微分项引入阻尼控制环节以替代传统的阻尼项,实现阻尼的自适应调节。所提出的策略可以使动态时VSG之间的角频率差更快速地趋近于零,从而减小有功功率振荡的超调,改善频率动态响应性能。搭建了VSG并联的仿真模型,仿真结果表明:所提改进控制策略可以使瞬态时实现有功均分,使动态时的有功功率振荡超调减小41%,振荡过程减小了1秒。

平衡频率与功率振荡的虚拟同步机惯量阻尼参数优化控制

虚拟同步机为系统提供了惯量与阻尼支撑,但同时会带来类似传统同步发电机的频率和功率振荡问题。频率的振荡伴随着有功功率的振荡,现有虚拟同步机(VSG)控制方法大多着眼于提高系统频率稳定性,而忽略了功率振荡的问题。为此,提出一种虚拟同步机惯量阻尼参数优化控制策略,以频率偏差和有功功率偏差平方和最小为目标函数,采用遗传算法对新构建的目标函数进行最小值寻优;结合具体算例验证优化方法,建立孤网运行的双机并联的虚拟同步机系统模型。基于此模型,采用PSCAD时域仿真对分析和提出的优化方法进行验证,达到频率和输出有功功率振荡平衡、系统具有更好的频率和功率振荡的目的。

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。

采用三阶模型的虚拟同步发电机功率振荡特性分析及附加阻尼控制

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)为电力电子化电力系统所存在的惯量不足等问题提供了新的解决方案,但VSG是基于同步发电机的数学模型设计的,因此也存在传统同步电机的功率振荡问题。采用同步发电机的三阶模型进行VSG–无穷大系统的小信号模型的构建,并通过复数力矩系数法,分析得出在一定条件下,VSG–无穷大系统在线路阻抗等因素的影响下将产生负阻尼力矩,且线路电阻对负阻尼力矩具有非线性影响,功率振荡的可能性较大。设计一种用于改善系统阻尼特性的附加阻尼力矩补偿器(additionaldampingtorquecompensator,ADTC),通过引入正阻尼力矩抑制功率振荡。最后通过仿真,验证了负阻尼力矩的影响因素及ADTC的可行性与有效性。

引入分散互阻尼暂态补偿的多VSG系统振荡抑制策略

虚拟同步发电机(VSG)之间存在动态响应差异,导致多VSG并联系统在负荷切换等暂态过程中产生振荡。提出了分散互阻尼暂态补偿策略,可有效抑制多VSG并联系统暂态过程的振荡。首先,建立多VSG并联系统的转子方程小信号数学模型,分析系统振荡机理;针对VSG关键参数,探讨了系统稳定性。其次,增加VSG互阻尼,精确控制各VSG的动态响应过程,加快同步过程,增强同步性能。同时,设计暂态补偿环节,为系统提供必要的暂态阻尼和功率补偿,使系统面对扰动时能够快速恢复稳定状态。最后,通过在MATLAB仿真平台验证了所提振荡抑制策略的正确性和有效性。

TCSC功率振荡阻尼控制器的设计

提出了一种基于测试信号法的TCSC功率振荡阻尼(POD)控制器的设计方法,避免了计算量庞大的状态矩阵特征值计算。该方法由3步组成:第1步,利用测试信号法辨识出电力系统的区域间振荡模式和设计POD控制器所需要的信息;第2步,比较不同输入信号的留数比来选择POD控制器的各个备选输入信号;第3步,用补偿留数相位的方法对POD控制器参数进行整定。通过比较POD控制器安装前后低频振荡阻尼比的变化和时域仿真说明了该设计方法的有效性,且适用于大规模电力系统。

基于WAMS的负阻尼低频振荡与强迫功率振荡的特征判别

当电网发生低频振荡时,正确判断振荡机理对合理选择振荡抑制措施、快速抑制振荡具有重要意义。文中基于广域测量系统(WAMS)的实测数据,对负阻尼振荡和强迫功率振荡在振荡前期、瞬态阶段、稳态阶段和衰减阶段的特征进行了分析,研究了不同阶段的负阻尼振荡和强迫功率振荡的判别方法。通过2个电网实际案例的对比分析,验证了理论分析的结论。

双馈风电场阻尼系统次同步振荡的无功功率控制策略

引入无功-转速型传递函数,推导了双馈风电场无功功率对系统贡献的阻尼系数大小和性质的表达式,并基于分析获得的提供系统正阻尼条件,优化设计无功功率环附加阻尼控制策略抑制次同步振荡。以双馈风电场接入IEEE第一标准测试系统为例,基于Dig SILENT/Power Factory仿真平台对双馈风电场无功功率附加阻尼控制时的系统运行性能进行仿真比较。理论分析和时域仿真结果表明,推导的阻尼系数表达式以及得到的正阻尼范围条件可以有效分析双馈风电场无功功率对系统次同步振荡的作用,提出的风电场无功功率附加阻尼控制策略能在全次同步频段内提供最优正阻尼,且抑制效果优于有功功率附加PSS阻尼控制。

永磁直驱风电机组对系统功率振荡的阻尼控制

风电机组若具备常规发电机组对系统功率振荡的阻尼作用,有利于提高风电渗透率较高的区域电网的稳定性。本文首先分析了电网扰动时引起永磁直驱风电机组全功率变流器直流侧电压波动的原因,并提出了抑制直流电压波动的解决方案,以保证风电机组在稳定运行的前提下能快速对电网提供功率支持。其次,分别分析了永磁直驱风电机组通过有功、无功调节增加系统阻尼的原理,并进一步提出了风电机组基于有功、无功附加控制的阻尼控制策略。最后,通过对含30%风电装机容量的三机系统的仿真分析,验证了系统发生扰动后在所提控制策略的协调控制下,不仅能够提高永磁直驱风电机组的故障穿越能力,并可使系统功率振荡迅速衰减,改善系统的阻尼特性。

负阻尼和强迫功率振荡的特征分析与区分方法

电力系统中的功率振荡根据其产生机理的不同可以分为负阻尼振荡和强迫功率振荡。虽然这两种功率振荡形式比较接近,但对其采用的控制措施却完全不同。因此如何根据广域测量系统的实时数据来区分功率振荡的类型成为了采取合适措施抑制功率振荡的前提条件。基于此,以支持向量机方法作为工具,提出了一种通过辨识实时功率振荡曲线来区分其振荡性质的实用方法。针对2种功率振荡的起因与特点,该方法采用希尔伯特-黄变换求取振荡曲线主导模式的包络线,并在该包络线上等间距选取100个采样点作为样本对支持向量机的神经网络进行训练和测试。以16机68节点系统功率振荡仿真曲线为训练样本,训练得到了用于功率振荡类型区分的支持向量机模型。并将其应用于16机68节点系统和实际大规模区域电网的振荡类型区分,分析结果表明所提方法能够准确地区分振荡类型,具有工程实际应用价值。

电力系统区间振荡的阻尼与区域间送电功率关系特性

区间振荡的阻尼与区域间送电功率关系特性是电力系统区间振荡特性研究的重要问题。结合华东互联系统工程实例,对该问题着重进行了理论分析和探讨。定义了2机互联系统机电振荡模式的特征值对发电机转子相对角的灵敏度。通过对灵敏度符号变化规律的推导,获得了机电振荡模式的阻尼随转子相对角大小变化的一般规律。在此基础上,将区间振荡阻尼与区域间送电功率的关系特性问题,转换为2等值机互联系统机电振荡模式的阻尼与转子相对角关系特性问题,进而给出理论分析和解释。研究工作对于全面、准确掌握区间振荡的复杂特性有一定的指导意义。

基于灰狼优化算法的SSSC阻尼功率振荡控制器设计

静止同步串联补偿器(SSSC)是可实现阻尼系统功率振荡的重要交流输电装置。在研究了SSSC的基本拓扑结构和数学模型的基础上,分析了SSSC工作时产生具有可控幅值、相角的同步电压差与系统进行功率交换来实现补偿的动态调节过程。设计了一种含有灰狼优化(GWO)算法的功率振荡阻尼控制器,通过GWO算法实现了控制器主要参数的优化。搭建了接入额定容量100 MVA SSSC的电力系统仿真模型,模拟了分布式发电并网输出功率不稳定引发电网功率波动及三相接地短路故障等暂态工况,验证了本文引入的SSSC能起到良好的阻尼作用,提高电力系统的稳定性。

SSSC阻尼系统功率振荡的控制器设计

阻尼系统的功率振荡是静止同步串联补偿器(SSSC)重要的作用之一。考虑了SSSC内部动态的变化过程,即控制器的输出电压幅值与相角变化及直流侧电容动态调节过程,在此基础上建立SSSC的动态模型。推导脉冲宽度调制系数变化量与电角速度变化量之间的关系得到控制系统的传递函数,通过对控制系统中的参数控制从而对SSSC进行控制,而控制系统的参数是通过人工蜂群(ABC)的优化过程进行调整的。该优化方法以角速度差为目标,通过不断迭代更新,最后得到控制系统控制参数的最优解。在MATLAB中搭建模型,通过与传统PI控制仿真效果进行对比,通过优化方法能够有效快速的调整控制参数,从而更好地调节SSSC等效注入电压,有效地提高输电线路传输有功功率的能力,快速抑制系统功率振荡。

基于萤火虫算法的TCIPC功率振荡阻尼控制器的设计

在研究可控相间功率控制器(TCIPC)基本原理的基础上,分析了电感、电容支路对带TCIPC联络线传输功率的调节作用及TCIPC阻尼系统功率振荡的机理,设计了一种TCIPC功率振荡阻尼控制器,提出了一种混合的萤火虫算法和模式搜索技术(h-FAPS),该技术综合萤火虫算法的全局搜索能力和模式搜索算法的局部搜索能力,实现了控制器的参数优化。为了解决使用远距离信号可能会影响控制器可靠性的缺点,采用由本地可测量的有功功率信号改进的远程速度偏差信号作为控制器的输入信号。搭建带TCIPC的单机无穷大系统简化模型进行仿真,仿真结果验证了控制器的有效性,该控制器在系统受到干扰后具有良好的阻尼性能,可以起到提高系统稳定性的作用。

基于一致性算法的多虚拟同步机功率振荡协调抑制

虚拟同步机控制(virtual synchronous generator,VSG)在模拟同步发电机特性以提供惯量支撑的同时,不可避免地引入了有功功率振荡的问题,特别在多个VSG交互的情形下,VSG之间较低的互阻尼加剧了振荡的波动性,这些振荡将损害系统的稳定运行和可再生能源的有效调节。目前,在采用分布式通信架构抑制多VSG并联有功振荡的方法中,未考虑有功合理出力以及非理想通信条件下算法收敛等问题。因此,为抑制系统功率振荡,提高系统之间的互阻尼,首先分析了VSG系统并联交互振荡的原理,同时利用功角构造性能评价函数,推导出一种增加互阻尼的一致性算法,使得扰动下系统内VSG的频率快速收敛达到一致。其次通过构造李雅普诺夫能量函数的方法证明了所提方法的稳定性,在此基础上,利用频域的Nyquist曲线分析互阻尼参数对系统稳定性的影响。最后,通过电磁暂态仿真证明了互阻尼的一致性算法能有效抑制并联VSG系统的功率振荡,同时在非理想通信环境下也能保证算法的有效性。

500kV可控串补功率振荡阻尼控制应用探讨

分析了电力系统强迫功率振荡与系统阻尼的关系,阐述了影响系统阻尼的因素和改进的方法,指出应用可控串补可改进系统阻尼、抑制功率振荡。分析了平果可控串补功率振荡阻尼控制器结构及传递函数各环节的作用,指出利用可控串补功率振荡阻尼控制功能可抑制功率振荡,改善系统稳定性,也为可控串补功率振荡阻尼控制器的研究和应用提供了借鉴。

次同步振荡中暂态能量流与电功率和阻尼转矩的关系

暂态能量流法是一种新的振荡分析方法,可用于多种振荡的扰动源定位和阻尼评估。文中进一步研究了其在次同步振荡中的物理意义。推导了暂态能量流与次同步功率、超同步功率之间的关系,暂态能量流的能流功率正比于超同步功率和次同步功率之差。在含串补的次同步谐振系统中,电阻可能消耗或产生暂态能量,产生暂态能量时即为负阻尼,电感和电容表现为零阻尼,但会通过改变线路电流而极大地影响电阻的阻尼特性。通过比较暂态能量流与电气子系统阻尼转矩系数,验证了上述推导的合理性。最后,在不同算例中的仿真结果验证了结论的有效性。

大电网低频功率振荡阻尼比问题的研究

针对目前电网中联络线功率振荡模式的阻尼较强(远大于通常认为的强阻尼临界值3%)但振荡时间较长而有可能对系统稳定性造成不利影响的问题,探讨了系统有效阻尼比的确定方法。

电力系统受迫振荡检测与自适应振荡抑制研究

电力系统受迫振荡的振荡频率与系统跨区域振荡模态接近,因而能够引发强烈振荡。文中提出了一种受迫振荡模态检测方法,其通过小信号分析方法得出系统在受迫扰动下对应受迫振荡模态的解析形式;同时提出一种不需要安装额外的功率振荡阻尼器的功率振荡阻尼控制策略,用于抑制受迫振荡以及跨区域振荡。通过改进的14机系统验证了文中方法的鲁棒性和优越性。仿真算例证明所提方法对于外界扰动具有较强鲁棒性,且较传统方法具有明显优越性。