高压直流输电系统附加次同步振荡阻尼控制器的设计与实现

针对抑制由HVDC引起的次同步振荡问题,阐述了附加次同步振荡阻尼控制器(SSDC)抑制次同步振荡(SSO)的原理。对SSDC设计中的控制器结构、输入信号的选取、相位补偿和增益调整等方面进行了重点论述,分析了不同方案的优缺点。从工程应用的角度,提出了一种便于工程实现的SSDC设计方案。在此基础上,针对东北-华北联网的高岭背靠背换流站附近绥中发电机组的次同步振荡问题,设计了相应的SSDC。实时数字仿真(RTDS)和实际控制器的闭环试验验证了所设计的SSDC能有效地抑制SSO,并对HVDC的动态特性影响较小。

基于PID控制和改进粒子群优化算法的特高压直流附加次同步振荡阻尼控制器设计

以高压直流输电系统快速可控为出发点,采用极大极小值原理和改进粒子群优化算法相结合的新方法,针对向家坝—上海±800 k V特高压直流输电系统送端可能发生的次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)问题,建立一种基于比例积分微分控制的UHVDC附加次同步振荡阻尼控制器(subsynchronous oscillation damping controller,SSDC)模型。对不同方式的时域仿真结果表明,该SSDC控制器能够有效抑制交直流互联电网送端系统汽轮机组的轴系扭振,可在相当大范围内保证系统的SSO稳定性,具有较强的鲁棒性。

基于实用稳定域的次同步振荡阻尼控制器设计

随着高压直流输电、柔性交流输电装置的广泛应用,电力系统运行方式灵活多变,对次同步振荡有着显著的影响,传统的采用"逐点法"设计的阻尼控制器可能存在鲁棒性不足的问题。为提高控制器的鲁棒性,提出一种基于实用次同步振荡稳定域的阻尼控制器优化设计方法。采用临界阻尼定义一种新的稳定边界,构成实用次同步振荡稳定域,并直接以该稳定域为目标进行阻尼控制器参数优化。分析一个含可控串联补偿(thyristor controlled series capacitor,TCSC)系统的多个运行参数对次同步振荡的影响,发现TCSC导通角是影响次同步振荡模式阻尼的主导因素。采用遗传算法,以TCSC导通角构成的实用次同步振荡稳定域为目标,设计附加励磁阻尼控制器(supplementary excitation damping controller,SEDC)的参数。结果表明,所设计的SEDC能大大扩展TCSC的安全工作范围。

多端口直流潮流控制器抑制次同步振荡阻尼控制策略研究

近年来,仿照传统交流潮流控制器的思想,提出了直流潮流控制器的概念,并针对其拓扑实现方案、稳态运行控制策略以及参与潮流调节时的系统运行特性展开了系统的研究。针对多端口直流潮流控制器(multi-port DC power flow controller,M-DCPFC)运行控制问题,提出了一种M-DCPFC新型控制控制方法,进一步扩展了M-DCPFC的功能性。在保证系统潮流调度需求的基础上,其能够在输电线路上引入补偿虚拟阻尼以抑制换流站次同步振荡电流在直流网络内的传播与扩散,有效地限制了故障影响范围和提高了整体输电系统的可靠性。文中详细分析了次同步振荡下M-DCPFC的阻尼控制机理,并设计了有效的控制策略。最后,在基于RT-lab的实时模型在环仿真测试系统中搭建了5端柔性直流输电系统模型,对所提控制策略进行了不同算例下的验证分析,结果表明了其有效性。

抑制双馈风电场次同步振荡的粒子群优化附加阻尼控制器设计

含双馈风电机组(DFIG)的风电场经串联电容补偿线路并网可能会引发次同步振荡,为了提高该系统的稳定性,在复转矩系数法分析的基础上,该文设计了采用粒子群优化策略的附加阻尼控制器来抑制振荡的发生。该控制器以转子转速偏差为输入信号,经增益移相等环节后加入转子变流器的外环中,采用电气阻尼最低点的频率和需要补偿的角度计算附加阻尼控制器移相环节的时间常数,然后采用粒子群寻优算法对控制器的时间常数和增益实现优化。结果表明,基于粒子群优化后的附加阻尼控制器可以更好地补偿系统的电气阻尼,有效地抑制双馈风力发电场的次同步振荡,使风力发电系统的稳定性得到改善,同时克服了传统阻尼控制器只对单一工况有效的缺点,增强了系统的自适应性。

基于模型预测控制的光伏并网系统次同步振荡抑制策略研究

随着中国光伏装机容量的不断增加,规模化光伏并网会引入大量电力电子设备,光伏并网系统存在发生次同步振荡的风险。为解决其潜在的次同步振荡问题,提出基于模型预测控制的光伏并网系统次同步振荡抑制策略。首先,建立考虑逆变器控制延时的光伏并网系统小信号分析模型,采用参与因子分析法选取具有良好可观性和可控性的模型预测控制信号。其次,建立合适的目标函数及约束条件,通过模型预测控制器求解光伏并网系统的最优输入序列,使系统输出达到期望值,从而抑制系统振荡。最后,通过仿真验证该抑制策略的有效性和鲁棒性。

机侧与网侧多通道附加阻尼控制器参数协调综合抑制低频振荡和次同步振荡

由于低频振荡与次同步振荡存在阻尼耦合,针对一种特定振荡模式设计控制器,会对其他频段的振荡模式造成不利的影响。综合考虑低频振荡与次同步振荡这2种模式,基于模式分离方法设计机侧与网侧附加阻尼控制器,将阻尼耦合问题转化为控制器之间的参数协调优化问题。使各控制器之间以及对应同一振荡模式的各通道之间的参数协调配合,以综合抑制低频振荡与次同步振荡,最大限度地降低模式之间的阻尼耦合;在协调优化过程中,对次同步振荡模式的阻尼比阈值进行动态设定,即次同步振荡模式的频率越大,其所需阻尼比的阈值越小。特征值分析与时域仿真结果均表明,所提协调控制策略能显著地改善系统各频段的阻尼特性;相比于传统的阻尼控制策略,所提协调控制策略具有更好的阻尼效果。

统一潮流控制器(UPFC)对次同步振荡的影响及抑制策略

FACTS等快速控制装置在一定条件下可能激发电力系统的次同步振荡问题,导致发电机轴系失稳,造成重大事故,危害电力系统的安全稳定运行。UPFC作为一种新型FACTS元件,虽然能实现母线电压控制和线路有功、无功功率的调节,但对次同步振荡影响的研究较少。同时,目前的UPFC阻尼控制器多针对低频振荡模态。故在搭建UPFC模型的基础上,运用测试信号法,研究了系统运行参数和UPFC电压有功控制等对次同步振荡的影响,并设计了相应的UPFC附加阻尼控制器。在IEEE第二标准测试系统上的计算机仿真说明,该控制器能有效提高多个扭振模态的电气阻尼,抑制系统的次同步振荡。

基于转子侧阻尼电抗器的非线性阻尼控制器抑制次同步振荡策略研究

针对双馈风力机(DFIGs)串补外送系统中的次同步振荡抑制问题,通过模式分析表明系统中占主导地位的次同步振荡模式与定转子电流强相关,考虑到转子侧存在可灵活控制的变换器,提出为转子侧增设阻尼电抗器,并采用部分反馈线性化方法针对同步dq轴下的阻尼电抗器模型,设计用于抑制转子电流次同步频率扰动的非线性阻尼控制器,以实现对系统次同步振荡抑制。给出非线性阻尼控制器集成到转子侧控制器(RSC)的实现框图及其参数配置原则。通过小扰动分析法(频率扫描、电阻尼和模式分析法)分析上述非线性阻尼控制器在抑制次同步振荡方面的性能,并对系统次同步振荡不稳定与低阻尼情况时进行时域仿真验证。

基于MFAC附加阻尼控制器的次同步振荡抑制方法

为解决当前次同步振荡抑制措施中常用的传统附加阻尼控制器存在建模精度不足、适应性差等问题,本文引入了一种基于无模型自适应控制的附加阻尼控制器。该控制器采用偏格式或全格式动态线性化数据模型,通过系统I/O数据估算系统伪梯度,由预测器输出附加阻尼控制信号,作用在双馈风机转子侧变流器的q轴参考电压信号中,并提出了基于粒子群算法的控制器参数优化设计方法。仿真验证了所提控制器具有较强的适应性,在线路串补度、风速等工况条件改变时能维持良好的次同步振荡抑制效果,在所有测试工况下均优于传统附加阻尼控制器和采用紧格式动态线性化的无模型自适应控制器。

含STATCOM的不同阻尼控制器对次同步振荡抑制的影响

电力系统输电过程中有一定概率产生次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO),这种振荡极易造成汽轮发电机组的大轴损毁,准确分析系统的次同步振荡特性对其防止和抑制有重要意义。研究了静止同步补偿器(STATCOM)的基本结构以及抑制SSO的基本方法,根据不同滤波器设计对次同步阻尼控制器的抑制效果不同,设计了3种次同步阻尼控制器。其中,提出一种新的控制器设计方法,利用该方法设计了窄带通次同步阻尼控制器;最后基于IEEE第一谐振模型,采用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件以及数值计算软件MATLAB,仿真验证3种不同控制器的有效性。

改变直流电流控制器特性抑制次同步振荡的机理及实现

当高压直流（HVDC）整流站主要输送配套火电基地电力时,利用高压直流附加控制抑制次同步振荡（SSO）是一种经济有效的措施。基于单机和高压直流的简化模型,分析了整流站直流电流控制器（CCA）电流偏差增益对发电机次同步电气阻尼的影响,提出动态改变控制器增益抑制次同步振荡的控制策略及其工程实现方法。该方法通过优化直流电流控制器动态响应特性,改善了直流控制器在次同步频率范围内的阻尼。算例证明该算法可以快速抑制发电机次同步振荡,同时对直流系统原有的动态性能和暂态响应没有影响。与目前工程中应用的附加阻尼控制器相比,该方法实现简便,抑制效果好。

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。

应用于高压直流换流站近区机组的次同步振荡阻尼控制器研究

在交直流混联系统中,高压直流输电系统可能引发送端交流系统发生次同步振荡现象,造成换流站近区机组的轴系扭振,使得发电机组大轴及周围设备损坏,同时对升压变压器一次侧造成冲击。针对该问题,文中首先分析了高压直流换流站近区机组次同步振荡的产生机理,然后提出了一种基于附加次同步振荡阻尼控制器的抑制方法。最后在PSCAD电磁暂态仿真环境下计算表明,附加次同步振荡阻尼控制器能够快速响应次同步振荡扰动,抑制次同步振荡幅值,平抑次同步振荡引起的过电压和过电流,避免其对机组轴系和升压变压器一次侧的冲击。

基于柔性直流阻尼控制器与附加励磁阻尼控制器协同抑制次同步振荡研究

针对包含模块化多电平换流器型直流输电(MMC_HVDC)的交直流混合输电系统中出现的次同步振荡(SSO)问题,对基于MMC_HVDC的次同步阻尼控制器(MMC_SSDC)与附加励磁阻尼控制器(SEDC)的协同抑制问题进行了研究。首先针对待研究的交直流混合输电系统,设计了MMC_SSDC和SEDC的结构并针对实际算例整定其相位补偿及增益参数;然后分别从理论分析和系统电气阻尼特性的矢量叠加关系方面对MMC_SSDC和SEDC协同抑制策略的可行性进行了研究;最后在PSCAD/EMTDC上搭建模块化多电平换流器为335电平的交直流混合系统时域仿真模型,仿真结果验证了结论的正确性和协同抑制方案的有效性。研究结果表明:MMC_SSDC和SEDC在增加系统电气阻尼的效果上不仅不会相互影响且基本满足矢量叠加关系,利用两者协同抑制SSO的方案是可行的。

含双馈机组转子侧附加控制的风电场次同步振荡抑制方法

针对含双馈机组风电场通过串联补偿外送功率时产生的次同步振荡(sub-synchronous oscillations,SSO)问题,建立了包含两质量块轴系、d-q解耦控制回路等的详细模型。采用测试信号法绘制分析阻尼曲线。该曲线显示,串联补偿的加入改变了电气阻尼特性。如果控制器参数不合理,较低串补度下也有发生振荡的风险;随着串补度的加大,电气谐振点的负阻尼越大,对应于转子侧的电气谐振频率越低。当轴系参数耦合时会发生轴系扭振。针对双馈机组转子变换器控制回路的特点,在转子侧注入次同步电流,以激发次同步电磁转矩阻尼振荡,设计附加功率控制的次同步阻尼控制器(sub-synchronous damping controller,SSDC)对次同步振荡予以抑制,并给出了控制器参数的整定方法。时域仿真结果表明:采用该SSDC方案,能够有效抑制串补引发的风电场SSO问题。

基于模糊免疫方法的次同步阻尼控制器设计

高压直流输电系统在一定条件下可能引发系统的次同步振荡。基于复数力矩系数原理与模糊免疫的方法设计了次同步阻尼控制器。该控制器检测到系统的次同步振荡信号后,能根据振荡情况对控制器参数进行自适应调整,整个控制器结构简单、稳定性强且易于工程实现。以2008年南方电网贵广Ⅱ直流系统为例,电磁暂态时域仿真结果表明了该方法应用于次同步阻尼控制器设计的有效性。

光伏并网抑制由直流输电引起的次同步振荡的可行性分析

在研究新能源并网的基础上,分析光伏发电与火电厂捆绑通过高压直流输电并网时,通过光伏并网附加控制抑制直流引起次同步振荡(SSO)的可行性。基于复转矩系数思想设计一种次同步阻尼控制器加在光伏电站主控制器上,在保证光伏电站稳定并网的同时,抑制了直流控制特性引起的SSO,很大程度上提高了电网的稳定性与新能源并网效率。这为在发生SSO而直流附加控制未起作用时提供了一种备选方案。基于PSCAD/EMTDC仿真软件,以南方电网某直流作为实例仿真模型,通过光伏电站并网,在保证光伏电站并网可靠性的同时有效抑制了直流引起的SSO问题。

HVDC附加次同步阻尼控制器设计及其相位补偿分析

附加次同步阻尼控制器(supplementary subsynchronous damping controller,SSDC)是解决由直流输电引起次同步振荡的一种有效措施。通过建立交直流系统发电机转速到电气转矩环节解耦传递函数结构分析了附加次同步阻尼控制器抑制次同步振荡原理,提出一种新型窄带通多通道SSDC结构及其相位校正计算方法,并设计开发了一套基于MATLAB图形用户界面(graphical user interfaces,GUI)的高压直流输电SSDC参数整定与分析软件。呼辽直流输电工程引起伊敏电厂三期两台汽轮发电机组次同步振荡的EMTDC/PSCAD实例仿真验证了所提出新结构与方法的可行性和有效性。

基于改进生物地理学优化算法的SVC次同步阻尼控制器设计

针对常用的次同步振荡控制器不能较好地适应电力系统时变非线性的特点,提出了一种引入余弦迁移模型、早熟判断机制、变尺度混沌变异策略及排重操作的改进生物地理学优化算法。基于该算法结合静止无功补偿器(SVC)抑制次同步振荡的机理,对次同步阻尼控制器进行优化设计,并采用特征值分析和时域仿真验证了控制系统的有效性。锦界电厂算例分析表明:经改进生物地理学算法优化的SVC次同步阻尼控制器能较好地提高机组扭振的模态阻尼,可有效抑制次同步振荡,进而保证机组和电网的安全稳定运行;与传统的生物地理学优化算法、粒子群算法及遗传算法相比,改进生物地理学优化算法在搜索最优控制参数时具有较快的搜索速度和较高的搜索精度。