基于PSCAD/EMTDC的复转矩系数法的时域实现及对电气阻尼影响的研究

运用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC,对复转矩系数法进行了时域仿真实现,并在实现过程中作出改进,对遇到的问题做了全面的分析并给出可参考的标准。最后以IEEE第一标准测试系统为研究模型,求取复转矩系数曲线,分析了线路串补度对电气阻尼的影响。分析结果可以为解决电力系统因串联电容补偿而引起的次同步振荡问题提供一些参考。

呼辽直流控制系统对电气阻尼特性的影响分析

基于电磁暂态仿真平台PSCAD/EMTDC建立了呼辽±500 kV高压直流输电系统现场模型,进而运用时域仿真实现的复转矩系数法——测试信号法计算出了发电机组在次同步频率范围内的电气阻尼特性曲线,并重点研究了整流侧控制方式(定电流控制和定功率控制)及参数(比例放大系数K和积分时间常数T)对汽轮发电机组的电气阻尼特性的影响规律。同时建立了简单高压直流输电仿真模型,对上述研究内容进行了对比分析。研究表明,直流控制系统对电气阻尼特性的影响规律因系统结构的不同而各具特点。

压电双晶梁致动器的电气阻尼特性分析

为研究压电双晶梁致动器的电气阻尼特性,基于ANSYS仿真软件,对压电双晶梁进行机电耦合分析。通过RC、RL、RLC电路对压电双晶梁两极板施加阶跃电压,观测电气阻尼对压电双晶梁振动的抑制效果,发现电路的阻尼效果与电路时间常数有关。研究表明,随着电路时间常数的增加,电气阻尼增加,对梁振动抑制越显著。

利用电气阻尼抑制双环调速系统轴扭振机理

通常认为机械轴是刚体,实际上都有弹性,要扭转一定角度才能传递转矩。若其弹性变形不可忽略,轴系变成一个振荡环节,有可能导致扭振,曾引发许多电机轴系损坏重大事故。双环调速系统常用的抑制方法是在转速环中插入陷波滤波器,有效果,但较难调。建议通过控制电机转矩引入电气阻尼来抑制扭振,介绍了其原理,指出双环调速系统本身能通过转速反馈引入电气阻尼,使之具有一定抑制能力。介绍了2种进一步加强电气阻尼的方法:增设转速微分环节和负荷观测器。油气钻机在钻井时常发生黏滑振荡,是一种因钻头在从静摩擦过渡到动摩擦时阻转矩突变激发的钻杆弹性扭曲振荡,危害很大。它也属弹性机械轴(钻杆)扭振,也可通过引入电气阻尼来抑制。因其振荡频率特别低(<1 Hz)及振荡时电机转速波动非常小,实现方法有所不同。

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。

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。

静止同步串联补偿器次同步谐振多模式阻尼控制器设计

在远距离内输电线路中串入固定电容器,可能会引起次同步谐振(SSR),为此,在串补系统中使用了基于电压源换流器(VSC)的新一代串联补偿装置静止同步串联补偿器(SSSC)来替代部分固定电容器。首先分析了SSSC基本运行原理,通过对VSC输出电压幅值和相位的控制,使SSSC能够向线路中注入串联的容性电压,相当于提供了串联补偿电容。分析了不同容量SSSC的电气阻尼特性,针对SSSC原有控制抑制次同步谐振效果不佳的缺点,设计了SSSC次同步谐振多模式阻尼控制器。通过通带内低相移的扭振模式带通滤波器滤出系统每个扭振模式信号后再进行相位补偿,使SSSC能够在所有扭振频率附近提供正的电气阻尼。基于测试系统的频域和时域仿真结果表明,简单地增加SSSC的容量并不能有效地化解系统发生次同步谐振的风险,所设计的多模式阻尼控制器不仅能够阻止发电机和串补线路之间次同步谐振的产生,并且能有效地减小所需SSSC装置的容量。

直流输电次同步阻尼控制器的设计

次同步阻尼控制器(subsynchronous damping controller,SSDC)是解决由直流输电引起的次同步振荡(subsynchronous oscillations,SSO)的一种有效措施。在分析直流输电引发SSO机理的基础上,对抑制SSO的原理进行深度剖析,进而提出根据相位补偿原理设计SSDC的方法,该方法物理概念清晰,实现方便。将IEEE次同步谐振标准测试系统和CIGRE直流输电标准测试系统相结合,构造了一个用于研究HVDC引发SSO的测试系统。对该测试系统的电气阻尼计算结果表明,在所设计SSDC的控制下,次同步频段内的电气阻尼大大增加,且在适当的比例系数下,电气阻尼均为正阻尼。时域仿真也验证了所设计的SSDC的有效性。

附加励磁阻尼控制抑制次同步谐振研究

基于阻尼特性分析对抑制次同步振荡的附加励磁系统阻尼控制器(SEDC)进行了详细研究。首先基于IEEE次同步谐振第一标准测试系统及IEEEST1A型励磁系统设计相应的SEDC。采用测试信号法,通过计算发电机组的次同步电气阻尼特性,分析所设计的SEDC对发电机组次同步振荡的抑制效果。结果表明,SEDC在不采用带通滤波器的方式下,将转速偏差经适当移相及放大,通过对励磁电压的调节,可以提供足够的阻尼转矩抑制次同步谐振;采用带通滤波器可大大提高通带频率对应的电气阻尼,同时对多个模态采用带通滤波,可以同时提高各个扭振频率处的电气阻尼,有利于次同步谐振的抑制。

采用主备方式的TCSC次同步振荡附加阻尼控制策略

为能完全可靠地抑制次同步振荡(SSO),有必要研究可控串联补偿(TCSC)对SSO的主动抑制策略,为其本身已有的对SSO的自然抑制作用增加保障。文中通过分析抑制SSO的原理,提出一种主动阻尼控制策略———TCSC次同步振荡附加阻尼控制。该控制通过测量远端或本地具有振荡特征的信号,利用相位补偿原理,结合TCSC原有控制提供附加电磁转矩,增大电气阻尼;并以基于远端转速偏差信号的阻尼控制为主,以基于本地电气量信号的控制为备用,从而兼顾阻尼效果和控制可靠性。针对某一实际串联补偿系统,通过小干扰稳定分析和时域仿真,比较TCSC附加阻尼控制加入前后的振荡变化、不同输入信号对阻尼效果的影响以及有无备用控制的区别。结果表明基于该控制原理,无论采用远端信号抑或本地信号,系统阻尼均得以增强;就阻尼效果而言,远端的转速偏差信号明显优于本地的功率偏差信号。

TCSC次同步谐振阻尼控制器设计

输电线路采用串联电容补偿存在引起电力系统次同步谐振的危险,TCSC常用来解决这一问题。基于提升系统电气阻尼的思想,设计了TCSC附加阻尼控制器,该控制器针对分模态控制方法存在的不足进行了改进。基于IEEE SSR第一标准测试模型的分析表明改进后的控制器能将系统在几乎整个次同步频段内的电气阻尼提高为正,从而消除了该频段内的SSR危险。

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。

基于复转矩系数法的双馈风机次同步控制相互作用阻尼特性研究

双馈风电场中的次同步控制相互作用(subsynchronous control interaction,SSCI)主要由双馈感应电机的多动态控制与传输线路中的固定串联电容之间的相互作用引起。从双馈风机转子电压方程出发,基于转速控制、转子侧变流器(rotor side control,RSC)的功率外环和电流内环控制,推导了电磁转矩对转速的传递函数,进而基于复转矩系数法提出了用于分析双馈风电机场经串补线路并网系统SSCI稳定性的电气阻尼系数表达式。在此基础上,利用电磁转矩的电气阻尼系数表达式分析了风速、串补度、转速和RSC不同控制参数对SSCI稳定特性的影响。分析结果表明:降低风速、增大串补度、增大转速和RSC控制的比例参数和减小RSC控制的积分参数都会导致系统SSCI不稳定。最后利用PSCAD/EMTDC时域仿真,验证了利用所提电气阻尼特性分析系统SSCI稳定性的正确性和有效性。

基于测试信号法的HVDC附加次同步阻尼控制器设计

针对汽轮发电机组的次同步振荡(SSO)问题,从系统电气阻尼角度阐述了附加次同步阻尼控制器(SSDC)抑制次同步振荡的机理,进而提出一种基于测试信号法相位补偿原理的SSDC设计方法。对SSDC的结构、输入信号的选取、相位补偿等方面进行了论述和设计。在PSCAD/EMTDC中构建SSO的测试系统,基于测试信号法计算,该系统电气阻尼系数为负,表明测试系统会引发SSO。采用所设计的SSDC控制后,电气阻尼系数均为正。时域仿真也验证了所设计的SSDC能够有效抑制直流控制引起的SSO。

基于多端柔性直流系统的附加阻尼控制器设计新方法

针对包含多端柔性直流输电(voltage source converter based multi-terminal direct current transmission,VSC-MTDC)的交直流混合系统中出现的次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO),研究设计了适用于系统各种运行方式、更具通用性的次同步阻尼控制器(sub-synchronous oscillation damping controller,SSDC)。首先针对研究交直流混合系统的拓扑结构,分析了其运行方式、变换器控制模式及对SSO抑制的影响;然后提出了适用于变换器多种控制模式的更具通用性的SSDC设计新方法;随后分析了用该方法设计的SSDC对系统电气阻尼特性的改善情况;最后在PSCAD/EMTDC上搭建335电平仿真模型。仿真结果验证了SSDC设计新方法的正确性和有效性。研究表明:利用新方法设计的SSDC可以显著增强系统的电气阻尼,有效降低系统处于各种运行方式下发生SSO的风险,通用性强。

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。

电压源型双馈风电并网系统小扰动低频稳定性分析

随着我国新能源装机规模日益扩大,电网对并网风电机组的性能要求逐渐从被动跟随电网转变为主动支撑电网,由此使得基于虚拟同步控制的电压源型风电机组具有广阔的应用前景。但是,目前对于此类新型风电机组的宽频动态特性的研究尚有不足,鉴于此,该文通过建立电压源型双馈机组的类Phillips-Heffron模型,从电气阻尼的角度研究其由虚拟同步控制环节主导的低频模态的振荡特性及失稳机理,并探究不同控制参数及电网条件对电压源型双馈机组电气阻尼特性的影响。研究结果表明,当系统其他动态部分引入的电气负阻尼大于虚拟同步控制环节固有的正阻尼时,电压源型双馈机组将面临低频振荡失稳的风险。最后讨论了可提高电压源型双馈机组低频段电气阻尼的应对措施,设计了类电力系统静态稳定器(PSS),可有效抑制机组低频振荡问题。该研究结果可指导实际工程中电压源型风电机组的控制器设计方案及参数整定优化。

双馈风电机组轴系扭振的稳定与控制

在侧重研究双馈风电机组与电网的动态作用时,双馈风电机组轴系可用等效两质量块模型表示。在外界扰动下,轴系动态以振荡方式呈现,并反映在输出功率上,由于这一振荡频率接近电力系统低频振荡,因此会对同步机组的功角稳定产生影响;不仅如此,轴系振荡还会影响双馈风电机组自身的稳定性以及使用寿命。本文首先采用小信号分析方法,对有功控制回路进行电气阻尼特性分析,得出双馈风电机组在最大功率跟踪控制下的负电气阻尼特性,不利于轴系稳定;随后,提出一种轴系镇定器,包含电气阻尼和电气刚度两个回路,增加电气阻尼可以使轴系振荡得到有效抑制,对双馈风电机组和电力系统的稳定有利;增加电气刚度,等效加强了轴系的耦合强度,可有效抑制转速振荡的幅值,有益于延长机组寿命。

应用动态相量模型分析高压直流输电引起的次同步振荡现象

时变动态相量已被成功地引入电力系统以分析其动态行为。与传统的相量相比,时变动态相量具有显著的优点。该文应用动态相量模型分析由HVDC引起的次同步振荡现象,并以直流网络为例,采用特征值分析和复转矩频率扫描方法,获得了全系统的特征值与控制系统参数变化的关系,以及在特定的模式下电气阻尼与机械阻尼的情况。由此得出结论:利用时变动态相量模型可简单、方便地分析高压直流输电引起的次同步振荡现象。