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。

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。

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。

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。

HVDC附加次同步阻尼控制器设计及其相位补偿分析

附加次同步阻尼控制器(supplementary subsynchronous damping controller,SSDC)是解决由直流输电引起次同步振荡的一种有效措施。通过建立交直流系统发电机转速到电气转矩环节解耦传递函数结构分析了附加次同步阻尼控制器抑制次同步振荡原理,提出一种新型窄带通多通道SSDC结构及其相位校正计算方法,并设计开发了一套基于MATLAB图形用户界面(graphical user interfaces,GUI)的高压直流输电SSDC参数整定与分析软件。呼辽直流输电工程引起伊敏电厂三期两台汽轮发电机组次同步振荡的EMTDC/PSCAD实例仿真验证了所提出新结构与方法的可行性和有效性。

基于特征值法的次同步阻尼守恒特性分析

运用特征值分析法,分别对含有串联补偿电容的交流系统和含有附加次同步阻尼控制器(supplemental subsynchronous damping controller,SSDC)的HVDC系统的次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)特性进行了研究。分析了在含有串联补偿电容的交流系统中,补偿度改变时系统总阻尼守恒的机制,以及在含有SSDC的HVDC系统中,SSDC放大倍数改变时系统总阻尼守恒的机制,揭示了系统各振荡模态阻尼的变化规律。

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。

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。

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PID控制和改进粒子群优化算法的特高压直流附加次同步振荡阻尼控制器设计

以高压直流输电系统快速可控为出发点,采用极大极小值原理和改进粒子群优化算法相结合的新方法,针对向家坝—上海±800 k V特高压直流输电系统送端可能发生的次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)问题,建立一种基于比例积分微分控制的UHVDC附加次同步振荡阻尼控制器(subsynchronous oscillation damping controller,SSDC)模型。对不同方式的时域仿真结果表明,该SSDC控制器能够有效抑制交直流互联电网送端系统汽轮机组的轴系扭振,可在相当大范围内保证系统的SSO稳定性,具有较强的鲁棒性。

含串补的交直流输电系统次同步谐振抑制

以含串补的交直流混合输电系统为研究对象,通过在交流系统中采取有效措施削弱次同步谐振。首先用可控串联电容补偿器(thyristor-controlled series capacitor,TCSC)代替部分固定串补;然后进行TCSC主电路参数选择和基于相位补偿法的TCSC附加次同步阻尼控制器设计;最后用PSCAD/EMTDC软件进行仿真验证。结果表明,该策略可以提高系统阻尼,有效抑制系统的次同步谐振,改善系统的稳定性。

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。

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。

电力系统次同步谐振抑制措施综述

在远距离大容量的输电线路中加入串补电容可以提高系统的输送能力,但是会出现次同步谐振问题,危及发电机组轴系安全和电力系统的稳定。阐述了次同步谐振问题产生的机理及现有的抑制措施。并对工程实际中常用的几种抑制措施的原理、功能及经济性进行了分析和比较,指出了各种措施的优缺点。最后根据经济技术比较的结果,给出了具有较好应用前景的抑制方案。

基于改进粒子群算法的附加励磁阻尼控制器设计

汽轮发电机组附加励磁阻尼控制器(SEDC)是为固定串补输电系统次同步谐振(SSR)提供有效阻尼的一种措施。文中采用的SEDC模型,在实现分离模态控制的同时,可使移相补偿和比例放大2个环节相互独立、互不影响。采用并行处理能力强、具有学习机制的粒子群优化(PSO)算法对SEDC参数进行寻优。同时,为防止算法陷入局部最优,引入变异机制以提高全局搜索能力。通过对一个有实际背景的研究算例的特征值分析和时域仿真分析,验证了文中基于改进PSO算法设计的SEDC鲁棒性强,能够为多模态SSR提供有效的阻尼。

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。

大扰动下次同步谐振仿真分析的模型改进及应用

结合实际工程需求及实践经验,对次同步谐振(sub synchronous resonance,SSR)仿真研究几个重要方面,即机组轴系、串补及附加励磁阻尼控制(supplementary excitation damping control,SEDC)建模和RTDS仿真进行了精细化研究,使其适用于大扰动时的SSR模式稳定性、暂态扭矩和疲劳损耗的精确分析。将改进仿真方法应用于实际串补输电工程,通过上都电厂送出系统一次短路故障情况下SSR事件的仿真分析,并与实际结果进行对比,验证了所述方法在实际工程SSR分析中的适用性、准确性和有效性。SSR仿真与实际大扰动事件对比分析在国内外应属首次,具有重要的参考价值。

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。

风火打捆外送系统次同步振荡的改进自抗扰直流附加阻尼控制

针对送端电网大规模风电接入可能加剧火电机组次同步振荡的问题,提出一种基于改进遗传算法的自抗扰附加阻尼控制方法。利用基于总体最小二乘法-旋转不变技术的信号参数估计(TLS-ESPRIT)算法对系统进行次同步振荡特性辨识,根据主模比指标选择合适的控制反馈信号,得到系统在次同步频段内各振荡模式对应的低阶传递函数;结合时间乘绝对误差积分准则(ITAE)指标与极大极小值原理确定被控系统控制目标,并利用改进遗传算法寻优确定多通道自抗扰控制器参数。在PSCAD上搭建含大规模风电的测试系统模型,仿真结果表明基于改进自抗扰控制的附加次同步阻尼控制器在送端电网多种运行方式和不同故障情况下都能有效抑制汽轮发电机组的次同步振荡,鲁棒性较强,同时低阶自抗扰控制器也具有令人满意的控制效果。

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。