基于角频率暂态前馈的VSG控制策略

针对虚拟同步发电机(VSG)并网时,输出功率的稳态性能与动态性能之间存在耦合,无法同时满足抑制有功振荡和电网一次调频的需求,提出基于角频率暂态前馈的控制策略,通过补偿输出功率,减小Δω,进而减小振荡过程。该控制策略可以有效抑制有功振荡,并且实现了稳态性能与动态性能间的解耦,不会影响一次调频特性,同时提高了响应速度。首先建立VSG有功闭环小信号模型,分析了输出功率稳态性能与动态性能之间的矛盾,并根据同步发电机功角特性分析了有功振荡机理;在此基础上提出了基于角频率暂态前馈的控制策略,利用闭环零极点与Bode图分析了所提控制策略对系统的影响;最后通过仿真和RT-LAB半实物平台验证了所提控制策略的可行性与优越性。

大规模风电接入场景下的失步振荡中心定位方法

振荡中心的准确定位是失步保护正确动作的基础,大规模风电并网导致系统阻抗参数发生变化,使得传统基于阻抗轨迹的失步定位方法的适应性严重下降。针对该问题,提出基于节点频差的失步振荡中心定位方法。首先分析大规模风电并网对系统总阻抗的影响。进一步根据发电机功角,计算其曼哈顿距离相似度并构建启动判据。最后,通过移动平均法对广域测量频率进行平滑处理,提出基于节点频差的失步振荡中心定位方法。仿真验证表明,所提基于节点频差的失步振荡中心定位方法受噪声影响较小,不受风电渗透率的影响,能够准确定位失步振荡中心位置。

基于高频振荡的变流器杂散电感多参数提取方法

针对变流器不同位置杂散电感准确获取困难的问题,提出一种基于LC高频振荡原理的杂散电感多参数提取方法,充分利用变流器自身结构,通过3个现场实验主动构建不同的谐振电路,并根据它们的振荡频率计算变流器不同位置的杂散电感。首先阐述了高频振荡法的基本原理,建立了不同谐振实验的等值电路模型。然后,以1700 V/450 A IGBT变流器系统为例,通过仿真与实验进行了可行性与有效性验证。最后,通过实验与传统双脉冲法进行了对比分析。研究表明:所提出的方法可有效提取变流器内不同位置的杂散电感参数,与双脉冲法提取开关杂散电感结果基本一致,精度可达纳亨级。

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。

基于虚拟惯量控制的新型电力系统功率差前馈振荡抑制方法

为了解决新型电力系统的低惯量、弱阻尼问题,虚拟同步发电机技术备受关注。但虚拟同步发电机在为系统提供惯量和阻尼的同时,也使得系统在受扰动影响时产生有功振荡问题,并且容易产生稳态误差。为此,提出基于虚拟惯量控制的新型电力系统功率差额前馈振荡抑制方法,优化虚拟同步发电机控制,有效地减小了系统在扰动下产生的有功功率和频率冲击,改善了系统的动态稳定性。同时,分别建立常规控制、普通微分前馈控制和功率差前馈控制等控制策略的有功闭环小信号模型,并给出相关参数设计方法。仿真验证表明,所提策略对解决动态振荡、稳态误差问题的有效性与优越性。

混流式水轮机压力脉动诱发有功振荡的机理分析

以水电为调节电源的多能互补系统中,要求机组在全容量范围内进行负荷调节,混流式水轮机尾水管压力脉动诱发的有功振荡问题越显突出。通过对机组有功振荡与压力脉动之间的关系分析,得出压力脉动频率与机组有功振荡固有频率之间的动力学机理。结合水电机组实际参数,研究机组有功振荡频率的变化及其影响因素,分析给出压力脉动频率与机组有功振荡固有频率共振区的计算方法,可为解决压力脉动诱发有功振荡问题提供参考。

基于有功前馈补偿的储能VSG并网有功振荡抑制策略

为解决传统储能虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)的并网有功由于其一次调频系数与虚拟阻尼系数相互耦合而存在稳态偏差与动态振荡难以兼顾的问题,提出一种基于有功前馈补偿的储能VSG并网有功动态振荡抑制策略。该策略利用有功经一阶低通滤波器后前馈至并网有功闭环控制回路,通过调节前馈系数优化储能VSG并网有功的动态性能且无需进行微分运算,同时不影响储能VSG的一次调频特性。然后,建立基于有功前馈补偿的储能VSG并网有功闭环的小信号模型,并给出前馈系数的整定方法。最后,利用仿真与实验测试对比结果共同验证了所述策略在有功指令与电网频率2种阶跃扰动下可有效消除储能VSG并网有功的稳态偏差及其动态振荡,且不存在频率过冲的风险。

基于Buck变换器的单相逆变器有源功率解耦控制策略

单相光伏并网逆变器直流侧与交流侧功率不平衡会导致直流侧产生二倍频功率脉动,附加有源功率解耦(APD)电路虽可以有效抑制二次纹波,但由于附加了额外的元件,必然会导致单相逆变器的系统工作效率降低。对此,提出了一种基于Buck变换器的可以降低解耦电路功率损耗的控制策略,通过对解耦电路功率损耗的计算及其工作约束条件的分析,得到功率损耗与解耦电容平均电压值之间的关系,进而提出一种直接控制解耦电容平均电压的控制策略。仿真验证表明,所提控制策略有效抑制了直流侧电压纹波,并降低了解耦电路的功率损耗。

风电并网系统低频振荡抑制策略研究

随着日渐提高的风电渗透率,电力系统中低频振荡问题日益严重。为此,基于模糊逻辑设计了一种应用于双馈风机有功控制环节的阻尼控制器。首先,建立双馈风力发电机的转子侧换流器数学模型;其次,定性分析双馈风电机组输出有功对系统阻尼特性的影响;最后,基于模糊逻辑设计了一种应用于转子侧换流器的附加控制环节的阻尼控制器,并采用时域仿真法对其控制效果进行了仿真验证。结果表明,所设计的控制器有效地抑制了系统的低频振荡。

印度尼西亚电网频率波动对机组运行影响分析

通过录波文件及仿真结果详细分析了印度尼西亚电网机组跳闸后引起爪哇7号项目1号机组有功变化过程,以及对DCS、DEH、继电保护装置、励磁系统运行的影响,提出在有功功率变送器、一次调频、保护装置采取防范措施,以及频率保护与FCB功能、甩负荷试验配合等优化建议,以适应印度尼西亚电网特点,提高机组运行可靠性,防止非计划停运。同时将为印度尼西亚已建及后续新建电厂提供参考资料。

基于多机协同调频的双馈风力发电机组频率控制方法

在对双馈风力发电机组频率进行控制阶段,由于对运行参数的跟踪缺乏实时性,导致控制结果的超调量较大,针对此,提出基于多机协同调频的双馈风力发电机组频率控制方法.文中分析了双馈风电机组的调频机制,确定了有功功率输出的设置要求,结合分析结果,利用多机协同调频的方式对有功功率输出进行控制,利用不同的跟踪曲线实现对运行参数的跟踪,并通过对不同机组的最大功率追踪曲线系数进行个性化设置,确保最终有功功率输出控制的精度,保障双馈风力发电机组频率与额定值实现高度拟合.在测试结果中,设计控制方法对应的超调量始终处于较低水平,且并未受到阶跃负荷扰动程度的明显影响.

电力系统一次调频过程的超低频振荡分析

实际系统中多次发生一次调频过程不稳定导致的超低频频率振荡事件,在机理和表现上与传统的低频振荡存在显著区别。超低频频率振荡属于频率稳定的范畴,单机单负荷系统是研究该问题的最简系统。基于单机单负荷系统研究了超低频频率振荡的振荡频率、阻尼、振荡表现等关键特征。解析推导了简化模型下的振荡频率和阻尼并分析其影响因素。引入伯德图方法分析详细模型下的振荡频率和阻尼,幅值交接频率、相角裕度分别与振荡频率、阻尼比对应。证明了阻尼转矩法在分析原动系统阻尼特性时的适用性。采用相量图方法说明超低频频率振荡中机械功率的振荡幅度大于电磁功率。

多机系统超低频振荡分析与等值方法

实际电力系统中多次发生的超低频频率振荡在振荡形式及机理上与低频振荡存在显著区别。在多机系统中对超低频频率振荡问题进行了分析。超低频频率振荡中,所有发电机转速同调变化,系统频率整体振荡。提出一种适用于超低频频率振荡分析的系统等值方法,将多机系统等值为单机单负荷系统进行分析,提高计算效率。各发电机原动系统的阻尼转矩相互解耦,和电磁功率中的阻尼转矩加和后共同影响系统阻尼比。研究结果可为实际系统超低频频率振荡的分析与控制提供指导。

利用暂态能量流的超低频振荡在线分析与紧急控制方法

发电机原动系统阻尼转矩系数为负是导致超低频频率振荡的重要原因,退出负阻尼机组的一次调频可增加系统阻尼平息振荡,因此紧急控制的关键是在线评估机组原动系统阻尼。文中提出了利用暂态能量流的超低频频率振荡在线分析与紧急控制方法,将低频振荡分析中的暂态能量流法拓展应用至超低频频率振荡分析,证明了能量流法与阻尼转矩法在分析原动系统阻尼时的一致性,根据现有广域测量系统数据情况,提出了原动系统阻尼转矩系数的在线评估方法,以及超低频频率振荡紧急控制的流程。仿真结果验证了文中方法的有效性,为超低频频率振荡的在线防控提供了技术手段。

有功型PSS抑制低频振荡机理及反调特性

介绍了MEC5220型励磁调节器的原理及系统产生低频振荡的原因,分析了励磁调节器的阻尼特性。通过对有功型电力系统稳定器(PSS)的研究发现,PSS虽能抑制振荡,但有功型PSS使用的前提是机械功率变化相对电气功率变化近似不变,当调节发电机原动机出力时,PSS得到的信号远大于需要的信号,就会造成励磁电压和无功功率大幅变化,即反调。通过实例证实了有功型PSS反调特性,并提出了防止其危害的对策。

一种基于自抗扰控制的多机低频振荡本地控制方法

电力系统低频振荡严重威胁着电网的安全稳定,主要表现为弱(负)阻尼振荡及强迫振荡。针对低频振荡抑制问题,引入基于自抗扰的多目标非线性控制方法,并采用本地控制信号实现多机电力系统低频振荡抑制。首先介绍自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)的基本理论,并进一步研究扩张状态观测器对低频振荡的观测能力。其次,结合非线性控制理论,采用微分几何线性化方法建立包含励磁及调速附加控制的电力系统模型,并将自抗扰控制与多性能指标非线性综合控制方法结合,采用分散的本地控制实现低频振荡抑制。最后,通过4机2区系统和新英格兰10机系统案例验证所提方法的有效性。理论分析和仿真结果表明本文所提方法具有良好的低频振荡抑制能力。

大型光伏电站抑制低频振荡的有功阻尼控制策略

日益增大的光伏并网容量和光伏发电比重可能会对电力系统的低频振荡特性产生不良影响,大型光伏电站应该具备抑制低频振荡的能力。论文以大型光伏电站并入单机无穷大系统为研究对象,提出采用广域输电线路有功微分信号调节大型光伏电站最大有功输出的自适应阻尼控制策略,该控制策略能够尽可能多地输出有功并且确保光伏电站低频振荡抑制模式与最大功率跟踪模式之间的平滑切换。同时,考虑到相关标准对无功调压能力的要求,大型光伏电站无功控制沿用现有光伏系统无功调压的控制方法,进而形成大型光伏电站的功率控制策略。理论分析和仿真结果验证大型光伏电站有功阻尼控制策略能够显著提高系统抑制低频振荡的能力,保障系统安全稳定运行。

基于广域测量信号的双馈风电机组阻尼控制策略

为了抑制电力系统的区域间低频振荡,本文提出了一种应用于双馈风电机组(DFIG)的附加阻尼控制策略。首先,建立了双馈风电机组的动态模型及其控制策略。然后阐明了动态有功功率注入和动态无功功率注入提高系统阻尼的原理,在此原理的基础上提出了双馈风电机组附加阻尼控制器的设计方法。阻尼控制器基于电力系统稳定器(PSS),将广域测量信号区域间同步机组电压相角差作为输入信号。考虑到DFIG有功功率和无功功率可解耦控制,控制器输出信号附加到DFIG有功功率控制环和无功功率控制环。最后,建立了四机两区域电力系统仿真模型,通过特征值分析和时域仿真分析验证了附加阻尼控制策略的有效性及动态功率注入提高系统阻尼原理的正确性。

并网型双馈式风力发电系统广域阻尼控制器设计

随着接入电力系统的风电规模越来越大,风电场发出的电能需要经过远距离输送到负荷中心。由于风电场输出功率的波动性及远距离输电等原因,大规模风电场接入互联电力系统后会面临不同区域电网间的低频振荡。为此,设计了广域阻尼控制器以有效抑制双馈风力发电系统并网带来的互联系统的低频振荡问题。首先,建立了大型双馈风力发电系统的小信号动态模型,该模型包括风力机及传动系统动态方程、异步发电机动态方程、变频器动态方程3个部分,具有一般性。以双馈式异步发电机(DFIG)转子侧变流器有功功率参考值为输入,然后,以互联电力系统区域间同步发电机功角差值为输出,通过系统辨识方法得到二者间的开环传递函数。最后在此基础上,利用极点配置方法,设计了双馈风力发电机的广域阻尼控制器。非线性时域仿真表明,配备了阻尼控制器的大规模风电场能够有效抑制互联系统的低频振荡,增加系统的阻尼。

交错降压式全桥有源电力滤波器

传统全桥有源电力滤波器(active power filter,APF)正常工作时开关管驱动信号中要加入死区时间,这样就会产生死区效应,降低APF的补偿性能。为了解决这个问题,提出一种交错降压式全桥APF,其最大的特点是没有直通隐患,可靠性高,无需设置死区,补偿性能好。针对新型APF电感数目较多的缺陷,采用半波倍频正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM),有效地减小了单个电感的感值,从而减弱电感数量增加而带来的体积重量影响。仿真和实验验证了理论分析的正确性和新型APF的可行性。