考虑用电和馈电模式的变流器电驱系统建模与稳定性分析

由大量异步电机驱动设备构成的电力电子化交流配用电系统存在严重的次/超同步振荡问题。电驱系统正常工作时具有用电和馈电2种运行模式,现场振荡现象表明不同的运行模式对系统的稳定性影响也不同。建立了含机侧系统的电驱系统详细阻抗模型,利用阻抗分析法揭示了电驱系统接入电网的次/超同步振荡机理,分析了运行模式、电网强度、控制参数、交流电压幅值等因素对系统次/超同步稳定性的影响,并基于相位裕度灵敏度明确了主导影响因素。基于实际系统数据,搭建了时域仿真模型,仿真复现了振荡现象,并验证了理论分析的正确性。

不同输电方式下风电接入对传统火电次/超同步振荡影响研究

随着风电等新能源并网容量的增加,电网中风电的大规模接入为系统的稳定性带来了新的挑战。当风电机组接入火电系统时,风电机组与传统火电因交互影响产生的次同步振荡的机理尚未明确,因此值得进一步来探讨。文中采用特征值分析法建立了风火混合经交流串补及柔性直流输电并网外送系统的状态空间模型,并通过对比分析研究了风机的接入对传统火电固有振荡模式的影响,进一步地,通过改变并网距离等参数来分析系统结构参数对风机与火电交互作用引发的次/超同步振荡模式的影响;在此基础上,揭示了交流输电与直流输电两种不同输电方式下风电接入对传统火电次/超同步振荡的影响机理与因素;并利用PSCAD/EMTDC平台进行时域仿真证实了所建立系统的正确性。

构网型控制改善跟网型变流器次/超同步振荡稳定性的机理和特性分析

构网型(grid-forming,GFM)并网变流器具有良好的弱电网稳定性,同时能够改善跟网型变流器的次/超同步振荡稳定性。为明确GFM控制改善振荡稳定性的机理和特性,首先推导了GFM变流器电路特性与每个控制环节的关系,并分别从变流器自身电路特性、变流器并网系统整体阻抗特性角度揭示了GFM控制改善振荡稳定性的电路机理。然后,基于阻抗模型定量分析了GFM变流器占比提升对系统振荡频率、阻尼的影响。最后,利用电磁暂态仿真进行了验证。结果表明:GFM变流器在无功控制环节、电压外环作用下表现为“正电阻”,能够削弱跟网型变流器控制环节引入的负阻尼特性,进而改善系统次/超同步振荡稳定性;此外,GFM变流器占比提升能够显著改善系统振荡阻尼,但对振荡频率影响较小。

一种基于储能的次/超同步振荡抑制方法研究

双馈异步风力发电机(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)也称双馈感应发电机,其凭借变速恒频的优点在风电场中得到了广泛应用。随着大量风电能源并网,远距离高压输电使用串补电容技术容易引起电网发生次同步振荡(Subsynchronous Oscillation,SSO)。DFIG的定子绕组直连电网,因此在运行过程中极易受到电网SSO的影响。针对DFIG的SSO及抑制策略进行研究。提出了一种采用储能装置附加阻尼控制环节的方式来重塑风电场阻抗并抑制次/超同步振荡。通过电磁暂态仿真验证了该方案的性能,能成功地抑制不同频率的次同步电流,以提高目标系统的稳定性。

抑制直驱风电并网系统次/超同步振荡的储能变流器有源阻尼控制方法

为应对直驱风电并网系统接入弱电网引发的次/超同步振荡问题,针对储能变流器提出了一种改进的有源阻尼控制方法,建立了考虑所提有源阻尼控制方法的储能变流器序阻抗模型,并分析了含储能变流器的直驱风电并网系统阻抗特性。在次/超同步振荡频段,并网系统阻抗幅值较低且部分呈容性,当输出功率增大、电网短路比降低或锁相环带宽减小时,容易与感性电网阻抗发生交互,从而诱发次/超同步振荡。然后,考虑不同有源阻尼控制参数对系统稳定性的影响,并给出选取参数的方法,使直驱风电并网系统的正负序相角裕度大于零或幅频特性不与电网阻抗发生交截。分析结果表明,所提有源阻尼控制方法能够有效改善直驱风电并网系统的阻抗特性,在更为复杂恶劣的条件下,耗散振荡能量,抑制次/超同步振荡,增强系统的稳定性。最后,通过仿真验证分析的正确性。

基于RA-CNN和同步相量的风电场次/超同步振荡参数智能辨识方法

近年来风电并网比例大幅提高,由此引发的次/超同步振荡的发生概率也大大提高,严重威胁系统的安全稳定性。准确辨识次/超同步振荡参数是抑制振荡的基础,提出基于注意力机制的残差卷积神经网络的辨识方法。卷积神经网络的局部相关性和权值共享决定了其具有更强的特征学习和表达能力,通过结合注意力机制可以更准确地辨识振荡参数。同时,引入残差连接,用以解决深层卷积神经网络存在的梯度消失和网络退化问题。仿真结果表明:相较于传统方法,该方法不仅能在较短时间窗数据上完整地辨识次/超同步振荡的参数,且能规避传统方法因主观因素带来的辨识误差,降低振荡参数辨识的复杂度。

基于同步相量数据幅频特征的次超同步振荡模式辨识

随着可再生能源和高压直流输电的快速发展,次超同步振荡事故频发,对现有电力系统振荡的在线监测提出了更高要求。为此,提出了一种基于同步相量数据幅频特征的次超同步振荡模式辨识方法。首先分析了次同步振荡和超同步振荡对同步相量测量装置(phasor measurement unit, PMU)数据的影响机制,结果表明,PMU数据的正负频谱与次超同步振荡的模态线性相关。其次利用多点PMU数据相干谱判别振荡与噪声,有效减少了噪声引起的误判断。然后对次超同步振荡下的PMU数据开展频谱分析,建立了4个幅频特征量,并将振荡数据的特征集合作为输入训练并优化极限梯度提升树(extreme gradient boosting, XGBoost)模型,建立幅频特征与振荡模式的映射关系。所提方法利用振荡环境下PMU数据的固有幅频特征以及XGBoost算法强大的泛化性与计算效率,实现了噪声环境下次超同步振荡模式的快速、准确辨识。最后,利用仿真数据和实测数据验证了所提方法的有效性和实用性。

新能源基地经LCC-HVDC送出系统振荡机理分析与抑制策略(一):计及受端影响的阻抗建模

新能源基地经电网换相换流器型高压直流(line commutated converter-based high voltage direct current,LCC-HVDC)送出系统次/超同步振荡风险严重制约系统安全运行。阻抗模型逐渐成为大规模新能源并网振荡问题分析和解决的有效方法。现有LCC-HVDC阻抗建模将受端换流站等效为理想电压源,未考虑受端换流站和受端电网强度等因素。该文首先建立计及受端换流站及受端电网强度的LCC-HVDC阻抗解析模型,分析换流站交流侧与直流侧间、送端换流站与受端换流站间的阻抗耦合关系。然后,基于送受端耦合小信号模型,揭示受端电网强度、受端换流站锁相环与直流电压环控制、送端换流站直流电流环控制对LCC-HVDC送端交流端口阻抗特性的影响机理。最后,基于新能源发电和LCC-HVDC输电控制保护装置,构建新能源基地经LCC-HVDC送出系统全电磁暂态实时仿真平台,开展系统振荡阻抗分析与时域仿真,验证LCC-HVDC受端对送端系统振荡特性的影响。

基于频域振荡模式的次/超同步分量可观可控分析

直驱风电机组接入弱交流电网时会引发电力系统的次/超同步振荡,产生的超同步分量幅值一般不同于次同步分量,具体产生机理缺少清晰解释。文中基于频域正负序耦合阻抗回路的振荡模式,定量分析了次/超同步分量的可观可控度,解释了次/超同步分量的可观可控规律。首先,建立直驱风电机组并网系统的频域正负序回路耦合阻抗方程,分析了次/超同步分量与正负序分量、dq分量之间的关系,解释了次/超同步分量幅值不相等的成因。然后,从定量的角度推导了次/超同步振荡模式在正负序分量、次/超同步分量上的可观可控度表达式,实现了次/超同步分量可观可控分析。最后,应用灵敏度的方法分析了影响次/超同步分量大小的参数,并针对理论分析结果进行了仿真验证。

张北工程风电柔直汇集系统次、超同步振荡分析

张北可再生能源柔性直流电网工程投运以来,交直流系统中数次出现次、超同步振荡问题。对2022年某日振荡发生时现场录波采集到的交直流振荡波形数据进行分析,录波数据分析表明,交流侧的次同步(43.75 Hz)、超同步(56.25 Hz)振荡,在dq坐标系下均表现为6.25 Hz振荡,同时在直流电压和直流电流中也出现了6.25 Hz的振荡频率。初步判断振荡发生的原因是:风电场功率快速变化时,站间骤然变化的直流电压引起了直流电流发生振荡,直流电流通过直流通路造成MMC子模块电容电压产生振荡,最终通过MMC基本运行原理耦合到了交流系统。最后,通过电磁暂态仿真对风电柔直汇集系统次、超同步振荡产生原因进验证。

基于深度子领域自适应的直驱风机次/超同步振荡源定位

直驱风机接入弱交流系统会引发形态较复杂的次/超同步振荡,为了更加精准有效地抑制振荡,亟须及时定位引发振荡的风电机组。考虑到电力系统实际振荡数据匮乏的现状,文中提出了一种基于深度子领域自适应的振荡源定位方法。该方法将仿真系统中的强迫振荡泛化到实际次/超同步振荡领域,通过输入样本与迁移模型的构建,实现次/超同步振荡源在线定位,为振荡数据匮乏导致机器学习困难提供了一种新的解决方案。此外,设计了含直驱风机并网的仿真系统测试算例,并将所提方法与不同振荡源定位方法进行了对比。结果表明,所提方法能够在较短的时间内给出更为准确的定位信息,为进一步实现振荡源在线识别奠定了基础。

基于阻抗特性的次/超同步振荡风电场振荡源识别及切机策略

风电场接入弱电网或经串补线路并网受扰后易引发电力系统的次/超同步振荡,切除有功率振荡的风电场是从源头上抑制系统振荡的重要控制措施。首先给出了振荡源的识别方法,分析了次/超同步振荡期间风机阻抗特性以证明识别方法的正确性,分析了次/超同步振荡期间风电场阻抗特性,然后提出了优先切除振荡源策略。最终,通过实例仿真验证了所提风电场振荡源识别及切机策略能高效抑制次/超同步振荡,保障电网安全稳定运行。

我国电网支撑可再生能源发展的实践与挑战

结合我国电网近年来运行实践,对复杂互联电网特性进行了深入分析,概括当前电网主要特点,包括:故障影响呈现全局化、电网调节能力不断下降、电网抗扰动能力持续恶化、电力系统稳定形态更加复杂。对电网支撑可再生能源发展面临形势与存在问题进行了深入思考,包括关于未来电力系统构建、提升大电网仿真能力、优化系统运行控制策略和技术支撑手段、研究解决电力电子装置大规模并网引发的新稳定问题。文章旨在为新能源高比例接入情况下电力系统运行、分析、控制等研究提供思路和方向。

模块化多电平中压变流器阻抗分析及次/超同步振荡抑制

模块化多电平换流器适合作为中高压电网的并网接口,针对光伏中压直流汇集系统潜在次/超同步振荡问题,从频域出发,系统地建立了送端电流源型并网模块化多电平变流器的正负序阻抗模型,对并网时互联系统的稳定性作出分析。频域正负序阻抗与电网阻抗交叠预测了串联补偿下光伏中压直流汇集系统次/超同步振荡现象,并验证了频域阻抗与时域波形分析的一致性。通过控制参数优化,有效抑制了模块化多电平换流器串联补偿时次/超同步振荡现象。

基于状态空间方法的频域阻抗计算及其灵敏度分析方法

风机并网造成的故障问题频发,尤其是风机并网次超同步振荡现象还没有很好的机理解释。而阻抗法是一种常用的分析次同步振荡的方法。提出了一种基于状态空间的直驱风机阻抗求解方法,以单机无穷大的简单风机系统为例,考虑锁相环影响,建立dq坐标系下的全系统数学模型,并通过Park变换与abc坐标系联系,通过列写全系统状态空间方程,计算电压电流时域表达式的扰动频率分量,解释了单一频率扰动下次超同步分量同时产生的原因;根据电压电流表达式得到扰动频率下直驱风机系统阻抗。在此基础上提出了特征值与阻抗的灵敏度分析方法。最后通过算例验证了上述方法的正确性,以及阻抗法和特征值法在判定除工频振荡以外的其余稳定性问题效果是一致的。

风电次/超同步振荡的安全域分析

风电大规模接入电网引发了多起次/超同步振荡事件。为了分析风电并网系统在不同工况下的振荡稳定性以及安全裕度,亟需建立风电次/超同步振荡安全域。为此,该文首先基于阻抗网络模型,在功率注入空间给出风电次/超同步振荡安全域的定义;然后,提出基于聚合阻抗频率特性的次/超同步振荡模式获取方法,并通过预测-校正技术高效搜索安全域边界;最后,根据所提方法,构建了某实际风电并网系统的次/超同步振荡安全域,并通过时域仿真验证所提方法的有效性。

风电并网系统次/超同步振荡的动态监测方法研究

近年来,我国大规模风电基地中出现了新型次/超同步振荡问题,其频率具有时变特性。已有的同步相量测量单元(PMU)和广域测量系统无法准确监测其动态发展过程。鉴于此,本文首先探讨了次/超同步谐波对传统PMU算法的不良影响,剖析谐波引起基频相量测量误差的根源。其次,提出一种具有频率自适应控制能力的次/超同步谐波相量检测方法,能够准确判断系统中是否出现次同步振荡,并检测出基波相量和次/超同步谐波相量。最后,通过搭建实际系统的电磁暂态仿真模型分析验证了改进算法的有效性和精确性。

基于阻抗特性多项式拟合的直驱风电机组次同步振荡稳定判据

近年来,阻抗分析法已成为分析新能源发电并网系统稳定性问题的一种主要研究方法。以直驱风电机组并网系统为例,分析了现有的奈奎斯特(Nyquist)稳定判据的特点和适用范围。为了弥补现有阻抗稳定判据的不足,提出了一种基于阻抗特性分式多项式函数拟合的量化稳定判据,采用分式多项式函数等效拟合理论推导或实测的风电机组端口阻抗特性,在拟合频段内分式多项式与原阻抗特性等价。通过求取拟合多项式零点获得了系统振荡频率和阻尼水平,量化分析了系统稳定特性,拓展了阻抗稳定判据的适用范围。最后,通过理论分析和时域仿真验证了分式多项式拟合判据的正确性和有效性。

改进PNN神经网络在电力系统次/超同步振荡监测中的应用

电力系统次/超同步振荡的常用的检测(标题用的是监测,让作者再看看)方法是:首先对实测数据进行滤波得到次/超同步振荡信号分量,再根据对各分量信号进行参数辨识的结果,来确认是否发生次/超同步振荡。这样,振荡判断的准确性就受到滤波器的效果和参数辨识方法准确性的双重影响。为了解决上述问题,提出将同步压缩小波变换(SST)和深度学习方法—概率神经网络(PNN神经网络)相结合应用于次/超同步振荡的监测。首先,用SST变换替代传统滤波器实现滤波的功能,得到次同步频率、工频频率和超同步频率的信号分量。然后,不再进行参数辨识,而是直接将得到的各类信号分量数据直接交于PNN神经网络进行分类,直接挖掘次/超同步振荡数据的特点,达到在线监测的目的。仿真和实例均验证了方法的可靠性。

双液压马达驱动沉桩系统的自同步理论

提出了一种双液压马达驱动振动沉桩机构,具有待机和沉桩两种自同步状态.介绍了其结构及工作原理,并建立了振动系统的动力学模型.推导出两激振器的无量纲耦合方程以及实现同步和同步稳定性判据,确定出两种状态的系统动力学参数范围.当桩机处于待机时,激振器处于远超共振状态,广义动态对称角为π,两偏心转子的激振力相互抵消;当桩机处于沉桩时,激振器处于亚共振状态,广义动态对称角为0,两偏心转子的激振力叠加.最终通过数值仿真进行了验证.