考虑多阻尼状态与限幅环节的新能源电力系统一次调频备用整定

一次调频是电力系统抑制扰动后频率变化的重要手段,该文针对新能源电力系统一次调频备用整定问题开展研究。首先,分析新能源电源渗透率上升对系统频率响应模型阻尼比的影响,建立适用于多阻尼状态的系统频率响应模型。随后,考虑新能源电源调频动态响应的快速性与同步电源调速器限幅值的差异性,提出计及多机调速器限幅环节的系统频率响应改进模型。接着,将构建的系统频率响应改进模型等价转化到时域,建立各类电源一次调频备用与系统扰动后频率最低点的时域解析关系,并进一步提出其线性化表征方法。最后,面向扰动后频率稳定要求,在新能源电力系统经济调度问题中添加一次调频备用约束,建立新能源电力系统一次调频备用整定模型。IEEE 39节点算例仿真结果表明该文提出模型的正确性与有效性。

基于限幅环节动作时间的直驱永磁风电场等值建模

提出基于网侧控制器限幅环节动作时间分群的直驱永磁风电场动态等值建模新方法。分析了直驱永磁风电机组网侧控制器电流限幅环节动作特性的影响因素,指出网侧控制器限幅环节的动作特性主导了风电机组的动态。提出了基于稳态出力以及电压跌落程度的直驱永磁风电机组网侧控制器限幅环节动作时间的快速估算方法,进一步采用K-means方法将网侧控制器限幅环节动作时间相近的直驱永磁风电机组进行分群聚合。以某一风电场接入10机39节点系统为例,比较风电场分别采用详细模型和等值模型下的动态响应结果,以及风电场动态等值前后原系统的小干扰稳定性和暂态稳定性,证明了本文所提动态等值方法的有效性和可行性。

构网型VSC暂态稳定机理及改进限幅策略

针对构网型变流器(grid-forming voltage source converter,GFM-VSC)系统在大扰动下暂态稳定问题,现有研究未能充分考虑电力电子电源暂态快速响应与控制可塑的特点。为此,以GFM-VSC为对象,借助等面积法原理与相平面图法,从能量角度揭示了其暂态响应机制与传统同步机系统的差异,分析了控制塑造下GFM-VSC系统的暂态稳定机理;然后,针对大扰动下易于触发的限幅环节,分析了系统无法自主退出限幅而失稳的机制,并提出了附带电流分配系数的改进限幅策略,有效增强了系统暂态稳定性。最后,通过仿真验证了理论分析与改进方法的正确性。

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.

正阻尼直驱风电系统限幅持续饱和引起的振荡分析

新能源风电接入所引起的振荡研究,现较少考虑稳定系统在大扰动后限幅等非线性环节对系统动态的影响。本文基于时域模型,结合降阶系统,分析大扰动后直驱风电机组PMSG(permanent magnet synchronous generator)限幅持续饱和引起的切换型振荡机理。首先给出大扰动后并网PMSG因d轴电流参考值限幅持续饱和引起的切换型振荡现象;其次从数学降阶系统解的存在性角度分析了振荡原因;然后从限幅饱和后直流电压环失效所获得的物理降阶系统的角度,发现物理降阶系统阻尼为负可解释原系统切换型振荡;最后讨论了原系统和物理降阶系统的振荡关联性。结果表明,d轴电流参考值限幅环节持续饱和会显著影响系统的动态行为。

直流配网中换流站的电流限幅控制研究

针对由冲击负荷等原因导致电压跌落,进而影响直流配网电压稳定性的问题,分析了在直流配网中不同的运行环境下电压源型换流站的运行范围和最大输出容量;并在本地控制的内外环之间设计了一种新型交流电流限幅环节,通过限制电流内环的电流参考值,使换流站在直流电压大幅度跌落时依然可以输出最大功率,以促进直流电压的恢复。最后通过PSCAD/EMTDC数字时域仿真软件进行了新型交流电流限幅环节控制效果的仿真验证。研究结果表明,该交流电流限幅环节能够将交流电流参考值限定在合理范围内;当直流电压大幅度跌落时,可以保证交流系统向直流系统的最大功率输出,有利于直流配网电压的稳定性。

并网变换器的多频率耦合等幅振荡分析

电压源型并网变换器与交流电网相互作用会引发新型电磁振荡现象。受控制器非线性环节的影响,该振荡不能持续发散,最终将形成等幅振荡。目前,已有研究多利用描述函数法对系统的限幅环节进行建模,从而计算振荡的幅值和频率。但是这些模型都忽略了非线性环节导致的高阶振荡分量。对现有方法进行了改进,提出了一种计及高阶振荡分量的并网变换器等幅振荡分析方法,推导了考虑高阶振荡分量后非对称限幅的描述函数,及考虑高阶分量后等幅振荡频率和幅值的计算方法,并将该方法应用于单轴限幅和双轴限幅的振荡分析。最后,利用仿真验证了所提改进方法的准确性。理论分析和仿真验证表明,所提方法提高了并网变换器等幅振荡的分析精度,并且能够计算高阶振荡分量的幅值。

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。

火电机组参与深度调峰对电网频率特性的影响研究

为研究火电机组参与深度调峰对电网频率特性的影响,文章首先分析了新能源接入对系统频率特性的影响;其次定性分析了深度调峰前后系统可调节容量的变化,引入限幅环节建立了可描述该变化的数学模型,通过解析求解模型对比了常规调峰和深度调峰的差异,得出了若不采取其他措施,直接使部分机组参与深度调峰,系统频率特性将会恶化的结论;然后提出了可采取额外增加系统火电机组数量的措施,使系统的调节容量和惯量增加,从而减弱深度调峰对频率特性带来的不利影响;最后通过多机系统数值仿真,验证了结论和应对措施的正确性。

基于聚类分析的直驱永磁风电场动态等值研究

目前针对直驱永磁风电场动态等值的研究相对较少,尤其是在分群时甚少考虑到机组受到扰动后的状态。参照双馈风电场"两维两机"的动态等值思路,探究了稳态维的机组原始功率和暂态维的机端电压跌落幅度对直驱永磁机组网侧控制器电流限幅环节动作时间的影响,限幅环节的动作将影响机组的有功动态特性,提出了用以上"两维"快速估算动作时间,再根据该时间聚类结果进行分群的动态等值方法。最后在仿真算例中比较了风电场分别以详细模型和等值模型表示时的动态响应,检验了动态等值前后全系统的小干扰稳定性和暂态稳定性是否发生变化,证明了该等值方法的有效性。

考虑优化ARIMA模型差分次数的风功率预测

针对现有差分自回归移动平均模型进行风功率预测不具有普遍适用性问题,对差分自回归移动平均模型进行改进,提出了一种确定不同出力特性的风电场风功率时间序列转化为平稳序列所需的最优差分次数的方法。应用增广迪基-福勒检验判断序列的平稳性,分别以赤池信息准则、Yule-Walker方程以及移动平均参数和自协方差方程的关系确定出模型阶数、自回归参数、移动平均参数,并加入限幅环节对预测结果进行修正。以昌图风电场的原始出力数据为例,以图形的形式直观分析了原始风电出力序列的概率分布特性、时间相关性、时间分布特性和波动特性等性质,验证了预测序列满足原序列的性质。以误差、均方差、平均绝对误差为预测评价指标,与原差分自回归移动平均模型相比,所提出的改进差分自回归移动平均模型具有更好的预测效果。

基于非光滑分叉的直驱风机次同步振荡机理分析

新能源大规模并网引发的振荡问题近来得到广泛关注。目前,忽略变流器的限幅等非线性特性,在稳态工作点附近线性化得到的小信号模型是研究上述振荡问题的主流方法。然而,在某些条件下,变流器中的限幅环节对振荡特性的影响不可忽视。结合相图分析方法,揭示直驱风机次同步频段振荡的数学机理之一是与限幅相关的非光滑分叉。首先,介绍了与限幅环节有关的非线性非光滑分叉理论。其次,介绍了直驱风机并网系统的限幅环节及其和限幅相关的次同步频段振荡现象。再次,分析了不同限幅环节对次同步频段振荡特性的影响,揭示了定子直流电压限幅环节饱和是导致系统振荡的原因。进一步,分析了短路比对系统振荡特性的影响,揭示了参数变化导致的非光滑分叉现象。最后,分析了交流故障持续时间、接地电阻对振荡的影响,揭示了初值导致的非光滑分叉现象。分析表明,直驱风机并网系统在故障清除后产生的次同步频段振荡,是在足够大的故障冲击下多个限幅环节共同作用产生的,数学上,也对应着相应的动力学系统发生非光滑分叉。

面向故障暂态建模的光伏并网逆变器控制器参数辨识

为了构建电网故障情况下高可信度的光伏电源暂态等效模型,为含光伏电源的电网故障特性分析和继电保护研究奠定基础,提出了一种面向故障暂态建模的光伏并网逆变器的控制器参数辨识方法。该参数辨识方法以差分进化算法为基础,不仅可以辨识出PI调节器参数,也能准确辨识出限幅环节参数,以弥补现有控制器参数辨识方法的不足,从而确保光伏电源故障暂态建模的准确性。建立了PI调节器参数和限幅环节参数的分阶段辨识流程,并采用理论计算方法确定了初始种群中各解向量的初始值,以加快待辨识参数收敛到真实值的速度,提高控制器参数的辨识效率。

大频差下优化机组调速器参数提高一次调频能力

直流馈入替代常规电源而导致受端“空心化”趋势且调频能力降低已成为一个较为普遍的问题。文中主要介绍了一次调频的原理,仿真分析了优化机组调速器的调差系数、调频死区、限幅环节及前馈系数等主要参数对机组参与一次调频的影响。计算结果表明,优化上述参数可有效提高机组响应效果及系统频率稳定性,同时提出针对电网主力水、火电机组调速器参数逐步优化的建议。研究结果对于保障电网安全稳定运行具有重要的现实意义,对电网规划、电网运行均具有较强的参考价值。

一种非线性滤波器的设计

工业现场中测量信号往往含有大量噪声,直接将这些测量信号引入到闭环控制系统中,可能导致执行机构产生不必要的动作。为此,设计一种包含高频通道和低频通道的非线性滤波器,在高频通道侧增加死区限幅非线性环节,可以实现对高频小幅干扰信号及大幅异常突变信号进行滤波,而对正常变化范围内的信号不进行滤波处理。用这种非线性滤波器分别对火电机组的炉膛压力、汽包水位、磨煤机电流等信号进行滤波处理,在不影响系统控制品质的前提下,能够有效减小执行机构异常动作的幅度和频率。