基于反步自适应准谐振控制的双馈风机次同步振荡抑制策略

随着电力系统容量和规模的不断扩大,常采取串补电容的方式提升输电线路的输电能力,但这加剧了电力系统中出现次同步振荡(SSO)的风险。SSO的产生会影响双馈感应发电机(DFIG)转子侧变流器(RSC)的控制,进而引起定子电流的振荡发散,严重时将会导致风机解列脱网。因此,为解决SSO对RSC控制产生扰动的问题,该文提出了基于自适应准谐振控制的RSC反步次同步振荡抑制策略。首先对SSO在RSC控制系统中的传播路径及其频率变化对控制的影响等内容展开研究;然后通过反步控制器与自适应准谐振控制器的协同控制,对DFIG定子中宽频带SSO电流进行抑制,避免发电系统输出受到SSO的影响;最后通过搭建仿真模型与实验平台,验证所提理论与控制策略的有效性。该文分别对在10 Hz、20 Hz、30 Hz及频率变化时SSO影响下的DFIG定子振荡电流抑制效果进行验证。实验结果表明,所提策略对DFIG系统中宽频带SSO具有良好的抑制效果。

某电厂次同步谐振风险的工程解决方案

次同步谐振是在电网系统中一直存在的电力振荡现象,对于远距离输电,尤其是对于引入了各种新能源的电网系统而言,次同步谐振对汽轮发电机组轴系是一个很大的风险,针对机组次同步谐振风险,业内提出了一系列的预防和抑制措施,在工程实践中根据工程实际情况选择最优方案,可以用最低成本有效的解决次同步谐振风险。

具有串联补偿的大型电力系统中次同步谐振（SSR）的分析

介绍一个专门研究具有串联补偿的大型电力系统中次同步谐振问题的仿真程序ＳＯＦＲＥＳＰ．该程序采用复转矩系数法，在这一方法的基础上引进了机网接口技术，使其在分析大型电力系统ＳＳＲ问题时，不仅概念清楚，而且无需对原网络作任何简化。

SSR-DS装置抑制次同步谐振与TSR保护配合的数模仿真试验研究

为抑制次同步谐振(SSR)采取SSR-DS(利用发电机转速偏差控制TCR触发角度,从而改变系统阻尼)装置抑制+TSR(机组轴系扭振继电器)保护的双重措施,以防止在SSR-DS调节过程中发生TSR装置由于定值不合理而跳机,因此需要两者之间能够有一定的配合关系。为使该抑制、保护系统能够正确地投入运行并合理地发挥作用,有必要对两者的协调配合进行分析和研究。通过在RTDS系统建立模型,并连接两者的物理装置,对两者的动作行为及相互配合关系进行仿真试验验证,为现场投运提供依据。

采用SVC抑制次同步谐振的机理分析

针对采用静止无功补偿器(SVC)抑制次同步谐振(SSR)的核心问题,即如何提供与扭振模态频率互补的电流分量问题,提出了SVC基波电纳次同步调制的控制机理和数学模型。分析表明:对SVC基波电纳参考值进行次同步频率调制,可控制其输出大小和相位适当的模态互补频率电流,进而在机组中产生对应模态的阻尼扭矩,达到抑制SSR的目的。这一控制机理同时会导致SVC输出超同步和复杂分数次谐波分量。基于详细电力电子电路的非线性电磁仿真和实际SVC设备试验均验证了控制机理和数学模型的有效性和正确性,进一步将所提出的控制机理应用于锦界电厂串补输电系统的SSR问题,数值仿真结果证实了其有效性。

抑制次同步谐振的可控串补线性最优控制器设计

首先基于单机无穷大系统的数学模型建立了包括可控串补的状态空间描述;然后根据线性最优控制理论,应用基于次时间最优控制的加权矩阵确定方法设计了单机无穷大系统的可控串补控制器。采用上述方法不仅可以准确、快速地设计出所需要的控制器,还可避免设计者的盲目试验。最后利用PSCAD/EMTDC仿真程序,通过对含可控串补的单机无穷大系统的暂态仿真验证了该方法的有效性。

TCSC对发电机组次同步谐振阻尼特性影响研究

采用基于时域仿真实现的复转矩系数法—测试信号法研究了含有可控串补(TCSC)的电力系统中的次同步谐振(SSR)阻尼特性。采用 IEEE SSR第一标准测试系统模型,将其中部分固定串补电容改造为 TCSC。TCSC采用3种闭环控制方式如恒电流、恒功率及阻尼功率振荡控制。通过频率扫描计算出发电机组在次同步频率范围内的电气阻尼特性曲线,分别研究了开环控制和3 种不同闭环控制方式下 TCSC导通角对电气阻尼特性的影响。结果表明,不论在何种控制方式下,相对于固定电容串补,TCSC都能大大减小谐振点附近的电气负阻尼;TCSC的导通角对阻尼特性有很大影响,TCSC运行在较大导通角时可有效减小谐振点附近的电气负阻尼。

TCSC在次同步谐振中的借阻尼现象

采用了基于时域仿真的复转矩系数法研究电力系统的电气阻尼特性。在IEEE次同步谐振第一标准模型的基础上,分别将其25%,50%,100%容量的固定串补替换为TCSC后进行仿真分析。分析结果表明,在串补度相同的情况下,系统总阻尼近似守恒,TCSC基本不提供正阻尼,但TCSC由于其高度非线性,使系统不同频率间发生了能量交互,从而增加了某些频率的阻尼,同时也降低了另外一些频率处的阻尼,出现了借阻尼现象。讨论了借阻尼现象对SSR的正反两方面影响,并利用仿真实验验证了TCSC抑制和引起SSR的可能性。该现象的发现对TCSC的实际运行具有一定的参考价值。

电力系统次同步谐振/振荡的形态分析

近年来,大量可再生能源机组通过变流器接入电网,导致新型次同步谐振/振荡(SSR/SSO)现象的出现。但这些新SSR/SSO难以纳入已有的分类框架,因此有必要重新对SSR/SSO形态进行审视和分类。文章首先回顾了SSR/SSO的发展历程和已有的形态分类;然后以SSR/SSO模式的主导来源和机网相互作用方式为划分依据,尝试提出一种新的形态分类方法,以涵盖近年来大量出现的以变流器与电网相互作用为特征的新型SSR/SSO现象;通过实例分析了风电机组参与的新型SSR/SSO的形态特征,最后讨论了多形态SSR/SSO的共存与相互作用,旨在为进一步理论研究与工程实践提供了参考。

汽轮发电机组次同步谐振及轴系扭振试验研究

分析了具有串联补偿电容电力系统机电扭振互作用的机理,构建了次同步谐振下的扭振测试系统,进行了机电耦合互作用下的次同步谐振及轴系扭振的试验。试验分析了不同补偿度下的扭振信号和发电机电流信号,试验表明补偿度越高,电力系统中次同步谐振电流越大,次同步谐振发生的危险性也越大。试验结果与模拟系统在电网故障工况下次同步谐振的数字仿真结果一致,说明了试验的有效性和它的实用价值。

TCSC抑制次同步谐振的机理研究及其参数设计

正确地分析TCSC频率阻抗特性是评价TCSC抑制SSR能力的基础。该文给出了考虑导通角变化的三维频率阻抗图,该图清晰地表明:当目标导通角小于临界导通角时,TCSC低频阻抗特性存在一个容性曲面,只有越过临界导通角后低频视在阻抗才表现为感性。基于IEEE第一基准模型的数字仿真分析验证了频率阻抗计算方法和结果的正确性,深入阐明了TCSC抑制SSR的物理机理以及要实现完全抑制SSR需满足的工作条件。在此基础上还讨论了TCSC主电路的参数设计原则,使得TCSC不仅能满足工频基波阻抗调节特性的要求,而且能最大限度地提高对SSR的抑制能力。

TCSC及其主动阻尼控制对次同步谐振的抑制

可控串联电容补偿(thyristor controlled series capacitor,TCSC)能够控制串联电容器与汽轮发电机轴系之间的能量交换,抑制系统中的次同步分量,从而避免发生次同步谐振的风险。对TCSC抑制次同步谐振(sub-synchronous resonance,SSR)的2种不同方法,即自然抑制和主动抑制,进行了分析和对比,设计了次同步阻尼控制器,研究了TCSC在不同触发角下及附加了阻尼控制器的主动抑制下对次同步谐振抑制的效果,通过PSCAD/EMTDC对这些方法进行时域仿真发现,2种方法均能有效抑制SSR,而主动抑制的效果更好一些。

UPFC对风电场次同步谐振的抑制作用

随着风力发电机组容量的不断扩大,在有串联补偿输电线路的系统中,异步风力发电机存在引发次同步谐振的风险。统一潮流控制器(UPFC)在增强风电场系统稳定性的同时还能增加系统中的次同步阻尼,抑制风力发电机的次同步谐振。通过在桨距角控制中加入附加控制并改进UPFC的控制策略,产生相应的次同步阻尼转矩,达到抑制次同步谐振的目的。在IEEE第一模型中加入风电场模型和UPFC模型,仿真结果验证了文中提出的控制方法的有效性。

大型风电场中不同位置的风机对次同步谐振特性影响程度的比较分析

针对双馈风机串补系统的次同步谐振问题,现有文献大都将整个风电场等效为单台风机进行研究,而忽略不同位置风机的风速、输出功率及其间线电缆参数对系统次同步特性的影响。该文将整个风电场划分为两个子风电场,分别等效为一台风机,建立两机串补系统模型,然后分别改变每台风机的转速、输出功率和电缆参数,比较对整个系统次同步特性的影响程度。结果表明:在同样风速条件下,不同位置的风机,对系统的次同步特性影响程度不同,离汇流母线近端的风机对系统稳定性的影响大于远端的风机。当整个风电场的输出功率给定,两子风电场输出容量配置比例不同,系统表现出的次同步特性不同,远端风电场输出功率越高系统稳定性越好。风机与汇流变母线之间的输电线路阻抗越大,系统的稳定性越强。

基于定转子转矩分析法的双馈风机次同步谐振机理研究

从双馈风机电磁转矩表达式出发,将转速变化时导致的电磁转矩变化量分为定子转矩变化量和转子转矩变化量两部分。在推导定子、转子电磁转矩与转速的关系式后,利用关系式的幅频和相频响应,分别研究定子、转子电磁转矩及总电磁转矩对转速变化量的作用,从而解释双馈风机串补系统发生次同步谐振的原因。按照此方法,研究了转速、串补度、控制器参数对风机串补系统次同步谐振特性的影响。结果表明,转子电磁转矩对次同步谐振起正阻尼的作用,定子电磁转矩对次同步谐振作用的性质与振荡频率有关。风机转速及转子侧变流器内环比例系数变化主要影响转子电磁转矩,串补度变化主要影响定子电磁转矩。

TCSC抑制次同步谐振的机理分析

基于对 TCSC次同步频率等效阻抗特性的研究 ,分析了 TCSC次同步频率等效电阻和等效电抗对抑制次同步谐振 (SSR)的不同作用。发现系统中 SSR的抑制主要取决于 TCSC的次同步频率等效电抗特性 ,而 TCSC的次同步频率等效电阻对 SSR的抑制本质上是一个能量转换过程 ,它只能在一定程度上削弱 SSR,不可能彻底消除 SSR。

以可控串补抑制次同步谐振的物理模拟试验研究

介绍了电容电压增量触发算法在TCSC物理模拟控制器上的实现方法 ,在IEEE第一基准模型上 (IEEEFirstBenchmarkModel)进行了TCSC抑制次同步谐振 (SSR)的物理模拟试验。试验结果说明电容电压增量触发算法对SSR有明显的抑制作用 ,同时阻抗控制的响应速度也很快。

双馈风机串补输电系统次同步谐振影响因素及稳定区域分析

以华北地区某风电场双馈风机串补输电系统为原型,首先通过特征值灵敏度分析得到影响风机次同步谐振的主导因素。然后研究了对包含最大功率跟踪在内的风机全运行区域的稳定性,说明了各种主导因素变化对风机稳定性和安全运行区的影响。结果表明:在相同的条件下,串补度越高,次同步谐振风险越大,稳定区面积越小。风机转子侧变流器电流环比例系数对次同步谐振起负阻尼,若将该系数降低会对次同步起到一定的抑制作用,该系数越小,稳定区的面积越大。研究还发现:在一定条件下,降低风机台数会消除次同步谐振风险并且谐振频率随着风机台数的变化而变化。在此基础上,给出了风机参数设置和风电场安全稳定运行建议。

我国火电基地串补输电系统的次同步谐振问题

分析了不同装机容量和不同输送距离下火电基地的输电能力及其所需的固定串补配置,并采用特征值分析方法对串补可能引发的次同步谐振(sub-synchronons resonance,SSR)进行了评估。结果表明,当火电基地装机容量大于2000MW,输送距离在400km以上,串补度在30%～50%时,将面临不同程度的SSR威胁。装机容量愈大,输电距离愈长,要求串补度愈高,SSR的危害愈严重。

上都电厂串补输电系统附加励磁阻尼控制抑制次同步谐振的现场试验

在上都电厂串补输电系统上进行附加励磁阻尼控制(supplementary excitation damping control,SEDC)抑制次同步谐振(subsynchronous resonance,SSR)的现场试验,介绍试验的运行环境、操作内容和主要结果。试验表明:上都电厂串补输电系统存在SSR风险,尤其是模态2在3/4台机并网运行、上承1回线方式下会出现发散现象,危及机网安全;而SEDC能显著提高扭振模态阻尼,加快SSR收敛速度,有效抑制SSR发散;试验涵盖了各种运行方式和操作,表明SEDC具有良好的适应性;现场实测和仿真结果的比较分析表明他们之间是吻合的。这是国内第1次以现场试验方式验证串补输电系统的SSR发散风险和SEDC的抑制效果,为SEDC抑制次同步谐振的进一步工程应用奠定基础。