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。

基于次同步模态能量的双馈风机并网系统次同步振荡能量分析与溯源方法研究

该文提出一种次同步模态能量(sub-synchronous modal energy,SSME)方法,用于双馈感应发电机(doubly-fed induction generators,DFIG)并网电力系统的次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)分析和溯源。首先,通过广义哈密顿理论构建并分析了DFIG并网电力系统的SSME结构,证明了DFIG子系统或外送线路子系统的SSME方向是判断SSO源是否在该子系统内的充分必要条件。在此基础上,提出一种基于子系统SSME的SSO溯源方法,通过监测子系统SSME的方向,可以判断SSO源是否在子系统内。最后,构造了负阻尼与强迫类型的SSO场景以证明所提出的基于SSME的溯源方法的性能,并与现有暂态能量流(transient energy flow,TEF)方法进行了比较。时域仿真结果验证提出的SSO溯源方法的有效性,并表明其比传统的TEF方法具有更好的可靠性。此外,基于该文的SSME方法有望实现风机振荡参与度评估。

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。

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。

基于阻抗分析的双馈风电场次同步振荡研究

以新能源为主题的新型电力系统大力发展的背景下,风力发电得到了显著的发展。风力发电成为可再生能源的主要来源之一。串联补偿法将电容器组与输电线路串联,可以有效提高输电线路传输能力,是大型风力发电厂并网的优选途径。但是,串联补偿法的缺点是增加了系统次同步振荡的可能性。为了研究次同步振荡的抑制方法,本文基于阻抗分析,主要针对双馈风电场中由感应发电机效应引起的次同步振荡问题,采用基于阻抗分析的广义奈奎斯特分析法对风电场的次同步振荡现象进行推导分析,并提出一种在系统转子侧加入积分系数以增加系统阻尼的次同步振荡抑制策略。最终在Matlab/Simulink搭建风电场等值系统,通过仿真验证所建理论分析与抑制策略的准确性。

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。

基于有限状态机的次同步振荡在线监测与抑制策略

随着大规模风电接入电网,次同步振荡风险不断提高,现有研究提出的次同步振荡辨识指标不够全面,抑制方法或成本较高,或影响风电场有功输出。针对这一问题,本文对次同步振荡的在线监测方法与抑制措施进行分析,结合次同步振荡的启动门槛、功率振幅门槛、功率周期门槛和振荡次数门槛,提出一种基于有限状态机的次同步振荡在线监测方法及相应的抑制策略。该监测方法根据三相总瞬时功率的变化轨迹辨识次同步振荡的发生,感知次同步振荡的严重程度,并采取分阶段在转子侧变流器q轴、d轴附加阻尼控制器抑制次同步振荡。Simulink仿真结果表明,采取所提策略在不同串补度工况下均能准确辨识并抑制次同步振荡。

基于多元经验模态分解的风电并网系统次同步振荡检测

随着风电的大规模并网,电力系统次同步振荡(SSO)事件频发,严重威胁电网的安全稳定运行。实现风电并网系统SSO的准确检测,对保障系统稳定运行具有重要意义。现有的基于量测数据的SSO检测方法多为单通道方法,难以兼顾系统全局SSO特性。为此,文章提出了一种基于多元经验模态分解(MEMD)的风电并网系统SSO检测方法。首先,对风电并网点量测数据进行多元经验模态分解,进而借助Teager-Kaiser能量算子(TKEO)筛选出含SSO模式的IMF分量;然后,采用希尔伯特黄变换(HHT)辨识次同步振荡频率及阻尼比;最后,结合改进的4机2区域测试系统的仿真数据对所提SSO检测方法进行测试,结果验证了所提方法的有效性。

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。

风电柔直并网中次同步振荡抑制策略

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电技术已成为大规模远距离风电并网的重要解决方案。但由于MMC自身含有大量电力电子装置,存在引发次同步振荡的风险。针对次同步振荡问题,提出一种计及风机转子侧和环流抑制器的附加阻尼控制策略,在建立风电并网模型的基础上,采用阻抗法对次同步振荡的产生机理进行进一步分析研究。通过MATLAB/Simulink进行仿真试验。结果表明,控制策略能更快地抑制振荡,更好地提高电能质量,同时验证了方法的可行性和正确性。

含UDE附加阻尼支路的构网型直驱永磁同步风电机组次同步振荡抑制策略

针对构网型直驱永磁同步风电机组在弱电网下的次同步振荡问题,该文提出了基于不确定性和扰动估计器(UDE)的附加阻尼支路振荡抑制策略。首先,网侧变流器采用虚拟同步机(VSG)技术,并基于谐波线性化理论建立了网侧变流器序阻抗模型;其次,深入分析引入电压电流双闭环控制对弱电网下构网型直驱永磁同步风电机组产生次同步振荡的影响特性,提出了电流环引入UDE附加阻尼支路的振荡抑制策略,并基于UDE的附加阻尼控制采用滤波带宽思想对系统扰动进行估计,通过动态电压补偿方式实现阻尼支撑,可有效抑制次同步振荡,提升系统鲁棒性;最后,通过时域仿真验证了所提振荡抑制方法的有效性。

火电机组交互影响对次同步振荡的作用机理研究

有研究表明,多机系统发生SSO(次同步振荡)时,机组间具有相近扭振频率。为此,分析了相近频率机组轴系间的交互影响,及系统串补度、机组间电气距离和相近扭振频率对次同步振荡的作用机理。首先,基于特征矩阵,推导两台火电机组并列送出系统的复转矩系数表达式。然后,将单机的简化复转矩系数法扩展到多机系统,推导了双火电机组电气阻尼的简化表达式,分析了其他机组对待研机组阻尼的作用,结果表明,串补度、机组电气距离以及相近扭振频率都会影响到系统阻尼和稳定性。最后,通过算例验证了各影响因素对系统次同步稳定性的作用机理。

海上风电柔性直流送出次同步振荡抑制研究

这里针对海上风电直流送出系统次同步振荡问题,提出一种基于无源控制的振荡抑制策略。首先分析了海上风电直流送出系统的典型架构,总结归纳了主接线方式、电压等级以及汇集方式。其次,基于无源控制理论,针对典型拓扑结构设计了海上风电直流送出系统的次同步振荡抑制控制律,并在PSCAD/EMTDC仿真平台上建立了海上风电直流送出系统的电磁暂态仿真模型。最后,基于所建立的仿真模型对所提控制律进行了验证。仿真结果证明了海上风电直流送出系统的次同步振荡抑制策略的可行性与有效性。

直驱风机并入交流电网引发的次同步振荡分析与抑制

通过对直驱风机并网模型及短路比原理分析,阐述次同步振荡的发生机理。提出在高压母线侧加装静止无功补偿器去抑制次同步振荡的发生,并对静止无功补偿器的控制策略进行分析。结果表明,该控制策略能有效抑制次同步振荡现象,保障电力系统的安全与稳定。

抑制双馈风场MMC-HVDC系统次同步振荡子模块电容电压控制器仿真研究

针对双馈风电场并入模块化多电平换流器的高压直流输电系统,为解决模块化多电平换流器内部子模块结构相互作用时产生次同步振荡,影响系统稳定运行的问题,提出一种考虑子模块电容电压与抑制循环电流结合的控制结构。通过建立一种更精确的模块化多电平换流器直流阻抗模型,减小子模块的二阶循环电流,并利用奈奎斯特判据分析了不同控制器调节下系统稳定性以及电压和电流的变化。结果表明,所建立的新模型与实际模块化多电平换流器内部结构的匹配性更好,能够正确地预测直流系统的稳定性,验证了环流抑制器结合子模块电容电压控制后的有效性。

光伏电站与弱交流电网间次同步交互作用路径及阻尼特性分析

大规模光伏发电经长距离输电线路并入主网时,光伏电站和弱交流电网的交互作用可能使光伏并网系统面临次同步振荡(SSO)的威胁,但目前针对系统内部次同步交互作用的相关研究较少。针对上述问题,该文首先将阻尼转矩法推广到锁相环(PLL)振荡模态,并推导了光伏并网系统的线性化闭环传递函数框图。然后,基于闭环传递函数框图,揭示了PLL主导的SSO模式下系统阻尼构成和光伏电站与弱交流电网间动态交互过程。最后,借鉴等效阻尼系数量化评估了次同步交互作用的阻尼特性。结果表明,光伏并入弱交流电网系统存在PLL主导的SSO风险;光伏电站与弱交流电网的次同步交互作用向光伏并网系统提供负阻尼,是系统SSO的主导因素;增加PLL比例系数、交流电网强度、光伏电站光照强度或温度,减小PLL积分系数或光伏容量,能够增加次同步交互作用的阻尼贡献,提高光伏并网系统稳定性。时域仿真验证了理论分析结果的正确性。

大规模风电外送中的次同步振荡问题

目前,中国正在建设7个千万kW级风电基地,大规模风电外送成为必然.串补交流输电和高压直流输电作为风电外送的2种重要方式可能会诱发次同步振荡问题.分析鼠笼异步型、双馈感应型和永磁同步型风电机组的结构特点,论述次同步谐振、装置引起的次同步振荡以及风电机组控制器引起的次同步振荡,并分析总结不同类型风电机组可能发生的次同步振荡类型.最后,指出亟待研究解决的问题.