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。

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。

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。

次/超同步间谐波影响下PMU基波频率测量误差机理分析及抑制

高比例新能源和高比例电力电子设备在电网中产生了大量的次/超同步间谐波,导致同步相量测量装置(PMU)的基波频率测量出现较大偏差,影响各类频率相关应用的效果。因此,文中提出了一种次/超同步间谐波影响下基波频率测量误差机理分析及其抑制方法。首先,建立了频率测量算法的频域特性模型,基于此推导了单个间谐波和对称次/超同步间谐波影响下的基波频率振荡数学模型,揭示了间谐波干扰下的基波频率测量误差机理。其次,根据频率的振荡行为,建立了多分量叠加的拟合模型,提出了基于傅里叶变换和最小二乘法的短时窗频率振荡分量抑制方法,大幅降低了基波频率偏差。最后,仿真和现场录波数据测试表明,所提方法极大降低了频率测量误差。

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。

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。

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。

基于RA-CNN和同步相量的风电场次/超同步振荡参数智能辨识方法

近年来风电并网比例大幅提高,由此引发的次/超同步振荡的发生概率也大大提高,严重威胁系统的安全稳定性。准确辨识次/超同步振荡参数是抑制振荡的基础,提出基于注意力机制的残差卷积神经网络的辨识方法。卷积神经网络的局部相关性和权值共享决定了其具有更强的特征学习和表达能力,通过结合注意力机制可以更准确地辨识振荡参数。同时,引入残差连接,用以解决深层卷积神经网络存在的梯度消失和网络退化问题。仿真结果表明:相较于传统方法,该方法不仅能在较短时间窗数据上完整地辨识次/超同步振荡的参数,且能规避传统方法因主观因素带来的辨识误差,降低振荡参数辨识的复杂度。

正阻尼PMSG并网系统限幅间歇饱和引起的次/超同步振荡分析

风电并网所引起的次/超同步振荡研究多集中于小信号模型分析,较少考虑遭受大扰动后限幅等非线性影响.基于单边限幅的描述函数与广义Nyquist判据,对正阻尼直驱式永磁同步发电机(PMSG)限幅环节间歇饱和引起的切换型次/超同步振荡进行分析.首先给出并网PMSG状态空间简化模型并分析其小干扰稳定性;其次发现一种大扰动后并网PMSG因不对称单边d轴电流限幅间歇饱和引起的新型切换型振荡现象;再次结合并网PMSG网侧变流器的频域模型以及单边限幅的描述函数,给出含限幅环节的PMSG系统近似分析模型;最后结合广义Nyquist判据,近似分析不同限幅值和参数下的振荡频率,并解释该种振荡频率随限幅上限降低而增加的现象.

基于频域振荡模式的次/超同步分量可观可控分析

直驱风电机组接入弱交流电网时会引发电力系统的次/超同步振荡,产生的超同步分量幅值一般不同于次同步分量,具体产生机理缺少清晰解释。文中基于频域正负序耦合阻抗回路的振荡模式,定量分析了次/超同步分量的可观可控度,解释了次/超同步分量的可观可控规律。首先,建立直驱风电机组并网系统的频域正负序回路耦合阻抗方程,分析了次/超同步分量与正负序分量、dq分量之间的关系,解释了次/超同步分量幅值不相等的成因。然后,从定量的角度推导了次/超同步振荡模式在正负序分量、次/超同步分量上的可观可控度表达式,实现了次/超同步分量可观可控分析。最后,应用灵敏度的方法分析了影响次/超同步分量大小的参数,并针对理论分析结果进行了仿真验证。

基于深度子领域自适应的直驱风机次/超同步振荡源定位

直驱风机接入弱交流系统会引发形态较复杂的次/超同步振荡,为了更加精准有效地抑制振荡,亟须及时定位引发振荡的风电机组。考虑到电力系统实际振荡数据匮乏的现状,文中提出了一种基于深度子领域自适应的振荡源定位方法。该方法将仿真系统中的强迫振荡泛化到实际次/超同步振荡领域,通过输入样本与迁移模型的构建,实现次/超同步振荡源在线定位,为振荡数据匮乏导致机器学习困难提供了一种新的解决方案。此外,设计了含直驱风机并网的仿真系统测试算例,并将所提方法与不同振荡源定位方法进行了对比。结果表明,所提方法能够在较短的时间内给出更为准确的定位信息,为进一步实现振荡源在线识别奠定了基础。

基于阻抗特性的次/超同步振荡风电场振荡源识别及切机策略

风电场接入弱电网或经串补线路并网受扰后易引发电力系统的次/超同步振荡,切除有功率振荡的风电场是从源头上抑制系统振荡的重要控制措施。首先给出了振荡源的识别方法,分析了次/超同步振荡期间风机阻抗特性以证明识别方法的正确性,分析了次/超同步振荡期间风电场阻抗特性,然后提出了优先切除振荡源策略。最终,通过实例仿真验证了所提风电场振荡源识别及切机策略能高效抑制次/超同步振荡,保障电网安全稳定运行。

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。