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。

构网型柔性直流输电系统附加阻尼控制器设计

构网型柔性直流输电系统对受端弱电网有较好的惯性支撑作用,但是也呈现出类似同步发电机的振荡特性,使系统的动态特性更为复杂。针对该问题,构建构网型柔性直流输电系统与受端电网的状态空间模型和传递函数模型,揭示构网型柔性直流输电系统在电网扰动下的振荡特性,并设计一种构网型柔直系统的附加阻尼控制器,该控制器仅利用构网型柔性直流输电系统自身的状态量即可对交直流混联系统的关键振荡模态进行阻尼。在DIgSILENT/PowerFactory中搭建仿真测试系统,对所提控制策略进行测试,结果表明所提出的附加阻尼控制器能够有效提升系统对直流电压振荡和交流侧机电振荡的抑制效果。

抑制次同步和低频振荡的多通道直流附加阻尼控制器设计

采用矩阵束算法分析了实际交直流混合输电系统在孤岛运行方式下次同步和低频振荡共存的现象,并获得保留系统关键特性的低阶模型。采用带通滤波器分离低频和次同步振荡模态,基于降阶模型设计多通道直流附加阻尼控制器。该控制器能够降低振荡模式间的相互影响,通过单独调节各通道的增益、相位、输出限幅及滤波器参数为不同频段的振荡提供恰当的阻尼,进而同时抑制次同步和低频振荡。EMTDC/PSCAD实例仿真证明了控制器的有效性。

考虑时滞影响的SVC广域附加阻尼控制器设计

本文提出了考虑时滞影响的静止无功补偿器(SVC)广域附加阻尼控制器的设计方法。以含有SVC的新英格兰电力系统为例,通过几何可控/可观度分析选择SVC的附加阻尼控制器的广域输入信号,采用留数法计算得出了其时滞补偿参数,随后采用时滞稳定性判据分析了含有SVC常规附加阻尼控制器的增益与闭环电力系统的时滞稳定裕度的关系,最后根据时滞稳定裕度结果确定了SVC附加阻尼控制器的增益。仿真结果表明,考虑时滞影响的SVC附加阻尼控制器既能够提高系统的阻尼特性,又具有一定的时滞鲁棒性。

光伏电站自抗扰附加阻尼控制抑制低频振荡策略研究

大规模光伏电站并网对电力系统阻尼影响显著,同时也为抑制低频振荡提供了新途径。为此提出了基于自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)的光伏电站有功附加阻尼控制。采用复数力矩系数法推导了光伏电站ADRC附加阻尼控制对发电机阻尼系数的影响,在DIg SILENT中搭建了含光伏电站ADRC附加阻尼控制的电力系统,并进行了仿真验证。在单机无穷大系统中,对比了传统PI控制器与ADRC控制器对低频振荡的抑制效果,结果表明ADRC控制器效果更为优越;在4机2区域系统中仿真了不同联络线功率和光伏电站并网容量下控制效果,表明ADRC控制器不仅有效抑制联络线的功率振荡,而且抑制了邻近同步发电机的有功振荡,且随光伏容量增大抑制效果也越明显,同时具有较强的鲁棒性。

采用新型自适应动态规划算法的柔性直流输电附加阻尼控制

区间振荡是大规模交直流互联电网安全稳定运行面临的主要问题之一。文章将一种新型自适应动态规划算法——Gr HDP(goal representation heuristic dynamic programming)算法应用于设计柔性直流输电的附加阻尼控制器(supplementary damping controller,SDC)以阻尼区域间功率振荡、提高交直流互联系统的整体动态稳定性。Gr HDP是在HDP(heuristic dynamic programming)2层神经网络的基础上发展而来的,它增加了一个目标网络,能形成自适应的内部强化信号,来调节输入信号与输出控制量之间的映射关系,从而大大改善系统的动态性能。Gr HDP-SDC相对于常规超前滞后SDC的优点是,前者的设计无需精确的被控对象模型,且对系统运行状态的改变具有很强的学习能力和适应性。以含两端柔性直流输电的四机两区域系统为例进行了仿真研究,仿真结果表明,Gr HDP-SDC与常规超前滞后SDC、HDP-SDC相比,能更好地改善系统的动态性能,且能更好地适应运行点的变化和不同的扰动情况。

双馈风电场模糊附加阻尼控制策略

基于暂态能量函数分析原理,提出双馈风电场模糊附加阻尼控制策略。首先,以区域间暂态振荡能量下降为目标,从理论上分析了调节风电场输出有功或无功功率能抑制电力系统区域间低频振荡的可行性。其次,在阐述双馈风电场常规PSS附加阻尼控制策略的基础上,以传输线有功功率变化作为暂态能量振荡阶段的判断依据,提出了基于模糊控制的双馈风电场附加阻尼控制策略。最后,以双馈风电场接入IEEE两区域四机系统为例,针对电网传输线三相短路故障和区域内同步发电机输入功率小扰动两种情况,对采用模糊附加阻尼控制时系统的运行性能进行仿真,并与常规PSS附加阻尼控制和无附加阻尼控制的运行效果进行比较。仿真结果验证了风电机组有功或无功功率环模糊附加阻尼控制策略的正确性,同时表明基于无功功率环的模糊附加阻尼控制不仅能更好地抑制传输线有功功率振荡而且又能减小风电机组传动链轴系扭矩的波动。

采用调速器附加阻尼控制抑制异步后云南电网超低频振荡

综述调速器引发低频振荡的作用机理以及调速器附加阻尼控制的研究现状,详细分析了水电机组调速器的负阻尼作用原理,针对云南水电机组研究和设计了一种调速器附加阻尼控制器结构,采用了时域仿真法对异步后云南电网的超低频振荡进行了仿真比对,结果表明在云南电网部分水电机组调速器上加装GPSS可显著提升电网抑制超低频振荡能力,并能有效地解决云南水电机组调节的稳定性与快速性之间的协调问题。

抑制次同步振荡的可控串补附加阻尼控制

可控串补(thyristor controlled series compensator,TCSC)对次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)的阻尼作用受到多种因素的影响,其相关研究也结论不一。因此仅依靠TCSC自身特性来抑制SSO,其效果有待以后更进一步的研究。目前有必要从主动抑制的方向出发,研究TCSC的次同步振荡附加阻尼控制,为SSO的抑制提供更可靠的保障。基于机电扭振互作用的机制,对抑制SSO的原理进行分析,提出一种基于相位补偿原理的TCSC次同步振荡附加阻尼控制方法。针对某一实际串补系统,基于动态相量法对其建模,通过小干扰稳定分析,比较TCSC附加阻尼控制加入前后的模态阻尼比。分析结果表明:在该控制下,系统阻尼增强,并在各模态扭振频率下均呈现正阻尼,时域仿真也验证了控制的有效性。

引入故障恢复信号的VSC-HVDC附加阻尼控制研究

基于电压源型换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)具有快速、灵活的有功功率和无功功率控制能力。VSCHVDC附加阻尼控制能有效地抑制交流系统的低频振荡。讨论了附加阻尼控制器的限幅环节对控制效果的影响,然后提出了引入故障恢复信号的附加阻尼控制。故障恢复信号为指数规律衰减信号,将其与附加阻尼控制器输出信号叠加,作为直流功率调制的参考信号,以减小直流功率调制前期的直流功率幅值。并在直流电压波动的允许范围内,使直流功率调制过程趋于理想的自由衰减振荡,比无故障恢复信号的附加阻尼控制衰减更快,从而显著减小限幅环节的影响。还给出了直流电压波动随直流功率波动变化的关系曲线。仿真结果验证了所提附加阻尼控制方法的有效性。

抑制次同步谐振的可控串补底层附加阻尼控制算法

基于可控串补(thyristor controlled series compensation,TCSC)控制器的分层控制结构,提出一种抑制次同步谐振(sub-synchronous resonance,SSR)的底层附加阻尼控制结构,并设计了一种实现算法。该算法采用从线路电流信号中提取次同步频率振荡模式特征的方法,从而避免采用远方量作为控制输入的种种不便。通过分析附加控制环节产生阻尼转矩的传递过程,基于相位补偿原理提出附加阻尼控制的参数设计方法。以IEEE第一基准模型为测试系统进行仿真分析,结果表明所提附加阻尼控制结构是合理的,通过线路电流提取次同步频率振荡模式特征的方法是可行的,基于相位补偿原理的参数设计方法是有效的。

基于线性最优控制的交直流低频振荡附加阻尼控制器设计

对于低频振荡抑制问题,提出了一种新的电力系统稳定器(PSS)及直流附加控制的设计方法。通过改进的总体最小二乘-旋转不变(TLS-ESPRIT)辨识技术分析系统振荡特性,再对各个振荡模态分别辨识出相应的被控传递函数,最后利用带观测器的线性最优控制(LQR)方法设计出相应控制器,达到抑制低频振荡的目的。在设计过程中,利用基于LQR的PSS抑制区域内低频振荡,区域间低频振荡通过基于LQR的直流附加控制完成。

TCSC次同步谐振附加阻尼控制器

针对晶闸管控制的串联补偿电容器(TCSC)无法彻底消除系统次同步谐振(SSR)的问题,基于相位补偿原理设计了TCSC的附加阻尼控制器。通过对发电机转速差信号进行适当的放大和移相,产生附加控制信号来调节TCSC的触发角,使TCSC能够在整个次同步频段提供正的电气阻尼来抑制次同步谐振。基于IEEE SSR第一标准测试系统的频域和时域仿真表明,所设计的TCSC附加控制器能够有效抑制SSR。

基于线性变参数方法的VSC-HVDC变增益附加阻尼控制器设计

电压源型高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)系统的直流附加阻尼控制器能够提高交/直流并联输电系统的稳定性,增大系统区域间的阻尼,但VSC-HVDC的非线性特性,使附加阻尼控制器的性能受到影响。为解决这个问题,文中通过选取并联交流线路的有功功率作为变参数向量,应用线性变参数(linear parameter varying,LPV)方法,设计了VSC-HVDC的变增益附加阻尼控制器。仿真系统的特征值分析和时域仿真结果均表明:在系统运行方式大范围变化的情况下,文中所设计的LPV附加阻尼控制器能有效抑制交流系统区域间的低频振荡。

基于无模型自适应控制的双馈风机次同步振荡附加阻尼控制方法

双馈风机并网系统易发生次同步振荡,受制于建模精度及控制器本身参数结构的固定性,传统的附加阻尼控制器可能存在适应性不强的问题。该文设计一种基于无模型自适应控制的次同步阻尼控制方法,依托动态线性化技术从系统输入输出数据中提取动态特征,以摆脱控制方法对建模准确性的依赖,增强控制器自适应性。首先,基于无模型控制方法设计控制器结构,并提出一种适用于阻尼控制的一步向前加权预测控制算法;进一步地,从理论上证明改进控制算法下闭环系统的跟踪误差一致最终有界性及有界输入–有界输出稳定性,并提出控制器参数的优化方法。最终,在综合考虑风速、风电场有功/无功出力、风机台数、线路串补度等影响因素的情况下,验证所提控制方法的抑制效果,结果表明,该方法具备很强的自适应性,在多种工况下均能有效抑制次同步振荡。

基于模态控制的附加阻尼控制器的设计

使用换流器的开关函数分析了HVDC交直流侧次同步电气量相互传递的关系,从次同步频率层面深入阐述了由HVDC控制系统引起系统次同步振荡(subsynchronous oscillations,SSO)的机制。基于时域仿真的复转矩系数法详细地研究了交直流电力系统次同步阻尼特性,并对次同步阻尼控制器(supplementary subsynchronous damping controller,SSDC)抑制SSO的原理进行了重点论述,提出了基于模态控制的SSDC的设计方法。针对国内一个实际次同步振荡问题设计了SSDC,通过时域仿真验证了该SSDC原理的正确性和抑制SSO的有效性。

附加阻尼控制静止无功补偿器对含风电互联系统阻尼特性的影响

静止无功补偿器(SVC)通常用于改善系统电压稳定性,但采用附加阻尼控制(ADC)后也可以抑制系统低频振荡。当互联电力系统中并网风电场装机渗透率达到一定水平后,区域间低频振荡就成为制约区域间电力传输能力和容纳风电能力的瓶颈,采用有ADC的SVC(简称ADC-SVC)有助于增加系统阻尼进而在相当程度上解决这一问题。在此背景下,研究ADC-SVC对含双馈感应风力发电机组(DFIG)的互联电力系统阻尼特性的影响。首先,简要介绍了DFIG的数学模型,导出了在转子电流限制条件下DFIG的无功功率极限。之后,分析了在含SVC的互联系统中与区域模式振荡相关的暂态能量。在上述工作基础上,针对SVC设计了用于改善系统阻尼特性的ADC,并采用特征根灵敏度法确定控制器参数。最后,以IEEE 2区域4机系统为例,分析了SVC电压控制增益与ADC增益对系统阻尼的影响,研究了ADC采用不同输入信号时的系统阻尼特性,并对比分析了不采用SVC、采用传统SVC和ADC-SVC的效果。仿真结果表明,ADC-SVC能有效提高互联系统的动态稳定性水平,对不同的系统运行方式和区域间振荡模式具有较好的鲁棒性。

基于多级线性最优方法的多频段直流附加阻尼控制器设计

通过总体最小二乘-旋转不变技术辨识出系统振荡模式和降阶模型,对应系统的不同振荡模式,利用巴特沃斯带通滤波器将控制器分解为多个频段,基于多级线性最优方法控制和阿克曼公式,设计出带状态观测器的多频段高压直流附加阻尼控制器,为不同频段的振荡模式提供阻尼,实现同时抑制低频振荡和次同步振荡的功能。同时,在PSCAD实际系统中进行了仿真实验,并对比线性二次型最优控制和比例积分控制,证明了本文所设计控制器的有效性和鲁棒性,对于工程实践具有一定意义。

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。

考虑时变时滞影响的大型双馈风力发电系统附加阻尼控制

大规模双馈风机并网后,由于风电输出功率波动性及远距离输电,互联电力系统将面临不同区域电网间的低频振荡问题,为此提出了一种附加阻尼控制策略。首先基于风力发电系统模型,建立了含风电场的互联电力系统线性化模型;再根据系统状态空间模型特征根分析理论,结合相位偏移补偿环节与反馈增益环节,提出了基于经典PSS结构的时滞广域阻尼器参数计算方法;然后考虑实际时滞呈现莱斯概率分布特性,设计了针对时变时滞的自适应策略;最后,通过含大型风电场的四机两区域系统时域仿真验证了所提出的附加阻尼控制策略不仅适应随机时变时滞,而且在较大的时滞范围和鲁棒性方面性能良好。