风电机组附加有功控制参数对系统低频振荡的影响

附加有功控制环节使风机参与至同步机的机电振荡模式中,这使得系统功率振荡特性机理更加复杂,不利于附加有功控制环节的参数设计。为了研究风机附加有功控制对系统稳定性的影响,首先建立了考虑锁相环特性的风机与同步机动态作用的小信号模型;然后基于该模型利用阻尼转矩法分析了风机附加有功控制对系统振荡稳定性的影响机理,并提出了综合考虑系统等效惯性时间常数和阻尼比的附加有功控制环节系数设计方法;最后通过“10机39节点系统”的仿真结果量化分析了各系数对系统低频振荡稳定性的影响规律。结果表明,合理设置风电机组附加有功功率控制系数、滤波时间系数和锁相环带宽均能提升系统频率稳定性;理论分析的正确性也得到了验证。

基于遗传模拟退火算法的SEDC与SSDC控制参数的协调优化

针对高压直流输电系统中出现的次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)问题,利用遗传模拟退火(generation simulated anneal,GASA)算法协调优化了附加励磁阻尼控制器(supplementary excitation damping controller,SEDC)和直流次同步阻尼控制器(sub-synchronous oscillation damping controller,SSDC)的控制参数。首先基于特征值分析法,将控制参数的协同优化抽象为一个非线性规划问题;然后针对所研究的系统,建立包含SEDC和SSDC的系统状态方程,进而运用GASA算法进行求解;最后通过系统特征值分析和PSCAD仿真验证了优化参数的有效性。研究表明:协调优化后的SEDC和SSDC可以显著减小系统特征根的实部,有效抑制SSO,保证电网的安全稳定运行。

采用SEDC和GTSDC抑制SSR的控制参数优化设计

针对串补输电工程的多模态次同步谐振(SSR),阐述了附加励磁阻尼控制器(SEDC)和机端次同步阻尼控制器(GTSDC)抑制SSR的机理。充分考虑了系统的各种运行工况、故障和设备容量,将参数优化设计问题规范为一个约束型非线性规划问题,进而采用遗传—模拟退火(GASA)算法求解得到一组最优的控制参数。以上都电厂三期为例采用特征值分析和时域仿真对比SEDC和GTSDC是否加入对系统低频振荡的抑制效果,验证参数优化的有效性。结果表明:通过参数优化后能够提高系统的扭振阻尼,能有效抑制多模态SSR,从而保证了机组和电网的安全稳定运行。

弱交流系统下光伏经柔直送出系统的稳定运行极限及提升方法

弱交流系统下大规模新能源接入的柔直系统的稳定运行范围影响着系统的新能源消纳能力。建立了弱交流系统下光伏经柔直送出系统的稳态数学模型与状态空间模型,综合考虑了系统稳态运行约束和小信号稳定性约束,提出了系统稳定运行区域的计算方法,定量评估了不同送端交流系统短路容量和光伏出力下系统稳态约束范围与小信号稳定性约束边界的变化特征。研究发现随着送端交流系统短路容量的降低与光伏出力的增大,小信号稳定性约束在稳态约束范围的基础上进一步限制了系统的稳定运行区域。通过特征值分析和参与因子分析,研究了影响弱交流系统下小信号稳定性的关键影响因素,提出了一种附加频率阻尼控制策略,由此在一定程度上扩大了系统稳定运行范围。在PSCAD/EMTDC中搭建了弱交流系统下光伏经柔直送出系统的仿真模型,验证了理论分析和计算结果的正确性。

风火打捆传统直流外送系统中控制环节对轴系-控制交互模式的影响机理研究

风火打捆直流外送系统中风电场和电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)控制系统可能会激发火电机组的轴系扭振。文章首先采用复转矩系数法和特征值分析法识别出LCC-HVDC定电流、风机直流电压外环控制是影响轴系-控制交互模式的关键控制环节。然后,通过推导系统传递函数,提取出反映LCC-HVDC定电流和风机直流电压外环控制对轴系-控制交互模式影响的多条关键控制路径,包括HVDC定电流控制路径、风机直流电压外环控制路径和两者间交互控制路径。进一步,定量计算每条作用路径在轴系-控制交互模式处的阻尼系数,并通过相位补偿在关键控制路径上分别设计附加阻尼控制来提高对应阻尼系数,从而抑制火电机组轴系扭振。最后,基于PSCAD/EMTDC的详细电磁暂态仿真,验证了理论分析的正确性及振荡抑制策略的有效性。

基于UPFC&DC-SDC的交直流电网低频振荡抑制研究

针对交直流混联电网的低频振荡问题,提出一种将统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,UPFC)及直流附加阻尼控制器(DC Supplementary Damping Controller,DC-SDC)相结合的UPFC&DC-SDC综合阻尼控制系统。为使UPFC&DC-SDC综合控制系统发挥最佳控制效果,由UPFC及DC-SDC的状态变量,推导了含UPFC&DC-SDC综合控制系统的基于VSC-HVDC的交直流混联系统特征根增广矩阵。基于该矩阵计算了多运行方式下系统小干扰概率特征值。以该矩阵特征值实部加权后的和最小为目标函数,考虑该矩阵阻尼比、线路传输极限及安全等约束,构建了确定UPFC&DC-SDC综合控制系统参数的优化方程,并通过粒子群优化算法求解。以CEPRI36v7系统为例,验证了所提方法能在不制约直流输电能力的同时抑制低频振荡。

并网DFIG多通道附加阻尼控制器设计及其控制参数整定

针对双馈感应发电机(DFIG)并网电力系统中多低频振荡(LFO)抑制的问题,提出一种基于DFIG的多通道附加阻尼控制器(MBSDC)设计及其参数整定方法,用于增加系统多LFO模式的阻尼。建立DFIG并网系统状态矩阵,由特征值分析筛选出待抑制的LFO模式,并设计了MBSDC控制策略。在DFIG-MBSDC系统线性化模型基础上,推导目标LFO模式对相应抑制通道传递函数灵敏度的解析表达,以量化多LFO模式与MBSDC传递函数间的联系,应用于控制参数整定。特征值分析与时域仿真结果表明,所提DFIG-MBSDC能抑制DFIG系统中多LFO模式。基于传递函数灵敏度对控制参数进行整定,提高多LFO的抑制效果。

基于附加阻尼控制的风电并网系统阻尼转矩分析

针对双馈感应风力发电机组附加阻尼控制器对系统低频振荡阻尼的影响进行了研究。首先建立了双馈风电机组接入区域互联系统的动态模型,并基于风电系统功率控制回路设计附加阻尼控制器,使风电机组能够主动抑制系统的低频振荡。然后通过阻尼转矩分析证明了基于附加阻尼控制器的风电机组可以增强系统的阻尼;并导出系统阻尼转矩系数的解析表达式,进一步分析控制参数和系统运行条件对系统阻尼特性的影响。最后,在算例中对风电机组接入区域互联系统进行了仿真验证,证明了理论分析的结果。

柔性直流输电系统控制研究综述

柔性直流输电作为新一代直流输电技术,目前被认为是实现新能源并网和直流电网的极具潜力的输电方式,也是构建未来智能化输电网络的关键技术。柔性直流输电系统的控制是影响输电系统运行性能的关键因素之一。为此,针对柔性直流输电系统控制进行研究,首先概述了两端柔性直流输电系统接线及控制方式,着重分析了多端柔性直流输电系统的拓扑结构及其优缺点,介绍了多端柔性直流系统协调控制和功率优化控制的主要方法。然后讨论了柔性直流输电系统附加控制的多种方法,并分析了风电接入下柔性直流输电系统的控制。最后对未来直流电网构建中柔性直流输电控制技术的研究方向提出了一些建议,为后续的研究工作提供参考。

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。

上都电厂SEDC提高次同步扭振阻尼的现场试验

在上都电厂4号机上进行了附加励磁阻尼控制(SEDC)提高次同步扭振阻尼的现场试验,介绍了试验的基本原理、运行环境、主要内容和试验数据分析。试验结果表明:采用励磁注入法可安全、可靠地激发轴系次同步扭振并精确测定其特征频率,SEDC能有效改善各扭振模态的阻尼且不会对励磁系统常规调节功能(自动电压调节器/电力系统稳定器)造成不利影响。作为中国第1次以现场试验方式实证SEDC提高次同步扭振模态阻尼的效果,为自主研发和应用SEDC抑制次同步振荡/谐振奠定了基础。

附加励磁阻尼控制抑制多模态SSR的机理及其关键技术

一些新建的大型煤电基地由于采用较高固定串补度的厂对网远距离大容量输电模式,所引发的多模态次同步谐振(SSR)正成为威胁机组安全和电网稳定的现实难题。以上都电厂串补输电工程(二期)为例,阐述多模态SSR的发生机理,分析采用附加励磁阻尼控制(SEDC)抑制多模态SSR的基本原理及其相对于其他措施的特点和优势,并重点探讨SEDC研发中面临的关键技术问题及其解决思路,为中国自主研发和应用SEDC设备解决SSR问题奠定基础。

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。

基于遗传算法的HVDC附加次同步阻尼控制器的设计

利用HVDC系统的快速响应能力,可以在不增加附加设备的条件下,有效抑制交直流联合输电系统中发生的次同步振荡。该文以特征值尽可能位于远离虚轴的左半平面为目标,提出应用遗传算法解决控制器参数优化中的极大极小值问题,以适应动态系统运行条件大范围的变化。与传统的基于极点配置的设计方法 相 比 较,该 文 提 出 的 方 法具有设计简便、智能化程度高、控制器鲁棒性好的优点。将所提出的方法应用于一个典型的带串联电容补偿的AC/DC联合输电系统次同步阻尼控制器的设计,特征值法和时域仿真结果都表明所设计的HVDC附加次同步阻尼控制器能在较大范围内变化的负荷条件和补偿度下有效阻尼次同步振荡。

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。

应用附加励磁阻尼控制抑制HVDC引起的次同步振荡

大型汽轮发电机组经交直流混合送出的系统中,当高压直流输电(HVDC)控制与机组之间相互作用较强时,可能引发机组轴系的次同步振荡(SSO)问题。对此,研究了附加励磁阻尼控制(SEDC)抑制HVDC-SSO的有效性。在PSCAD/EMTDC仿真平台构建了典型的交直流混合输电系统模型,研究了HVDC引起SSO的系统运行条件,进而设计了多模式SEDC控制器,分别在大/小扰动下分析了SEDC改善模式阻尼和暂态响应的效果。结果表明:SEDC能大幅提高机组轴系多个模式的阻尼,在大/小扰动下均能有效抑制SSO,避免出现SSO发散风险,保障机组和电网的安全稳定运行。SEDC可望成为解决HVDC-SSO问题的有效方法之一。

基于射影定理分层控制的次同步阻尼控制器设计

火电机组经高压直流输电有可能引起轴系振荡,严重影响电力系统的稳定性,故为高压直流输电系统设计次同步阻尼控制器尤为重要。从系统状态方程的角度出发,基于系统状态方程,通过滤波器提取轴系各固有扭振模态,进而提出基于TLS-ESPRIT和射影定理设计直流附加次同步阻尼控制器,最终实现各个模态的分层控制。射影控制可保留系统的主导特征根,能够在保留系统实际信息的同时降低控制器的阶数。以某电网直流系统作为实例仿真模型,仿真结果表明,基于TLS-ESPRIT和射影定理分层控制的阻尼控制器可有效增大系统阻尼,实现次同步振荡的快速抑制,且控制器阶数较低,便于工程实现。

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。

考虑时变时滞影响的直流广域阻尼自适应控制

针对交直流系统区间低频振荡问题,尤其是广域测量系统引入的时滞影响问题,利用递归最小二乘法在线辨识区间振荡主导模态,在直流附加控制抑制低频振荡机理的基础上,通过在线计算利用交流联络线功率信号进行阻尼控制的滞后相位与时变时滞造成低频振荡模态信号的滞后相位,将时域信号转化为二维旋转坐标体系中的向量信号,经过参考坐标体系的角度旋转,分别进行阻尼与时滞滞后相角的自适应补偿,结合增益放大,通过时域反变换后可得到最终补偿后的直流附加控制量。8机36节点系统仿真表明,所提设计方法能够消除时变时滞的影响,有效阻尼系统低频振荡,并且具有鲁棒性,适合在线应用。

基于本地测量信号的TCSC抑制次同步振荡附加控制

越来越多的柔性交流输电系统(FACTS)装置应用于电网,成为可能的次同步振荡激发源,严重的次同步振荡将直接导致大型汽轮发电机组转子轴系的严重破坏,危及电力系统的安全运行。为了有效抑制次同步振荡,文中设计了基于测量阻抗提升系数(本地测量信号)的可控串联补偿(TCSC)控制次同步振荡方法,并通过建立包含火电机组的TCSC系统仿真模型,对该方法的有效性进行了验证。由仿真结果可知,与采用转速偏差信号的附加控制方式相比,所提出的控制方法具有同样的抑制效果,并且简单、容易实现,更有利于电网应用。