FACTS装置对含风电互联系统低频振荡特性分析

随着电力系统互联加强,风电并网容量的增加对电网的稳定运行影响越来越大。构建了以UPFC(Unified Power Flow Controller, UPFC)和SVC(Static Var Compensator, SVC)为代表的FACTS装置与含风电系统的数学模型。采用留数指标定位FACTS装置,设计了附加阻尼控制器(Additional Damping Controller, ADC)。基于IEEE 2区域4机互联系统,从特征根分析和时域仿真两个方面分析了FACTS装置对含风电互联系统低频振荡特性的影响。研究结果表明,加装附加阻尼控制器的FACTS装置能够维持母线电压以及发电机转速的稳定,增加互联系统联络线功率传输范围,抑制低频振荡引起的电网参数波动,改善了含风电电力系统的低频振荡特性。     

并网统一潮流控制器影响系统机电振荡模式的阻尼转矩分析

区别于传统统一潮流控制器(UPFC)的附加阻尼控制,从UPFC的电压源换流器的控制特性角度,研究并网UPFC对系统机电振荡模式的动态影响。并网UPFC能够改变系统潮流分布,并与电力系统发生动态交互。UPFC影响系统机电模式主要有两个方面:一是UPFC调节系统潮流分布,影响系统机电模式;二是UPFC与系统同步机之间的动态交互作用影响系统机电模式。新建立的一种含UPFC的多机电力系统"闭环控制系统"型线性化状态空间模型,该模型将UPFC在电力系统中视为多输入—多输出的"功率—电压"型反馈控制器。在所提出该模型的基础上,应用阻尼转矩分析理论量化分析了UPFC与系统的动态交互作用对电力系统机电振荡模式的影响。采用经典的新英格兰10机算例系统,详细分析了UPFC稳态潮流调节、UPFC控制系统动态特性对系统机电模式的影响。非线性仿真验证了所得结论的正确性。     

双馈风机改善电力系统阻尼特性的研究

风电装机容量的快速增长使其对电力系统的影响更加显著,因此,研究风电对电力系统阻尼特性的影响具有重要意义。文中建立了含双馈风机的多机系统小干扰稳定分析模型,提出了在双馈风机转子侧控制器中引入附加阻尼控制环节用以改善电力系统阻尼。最后以WSCC 3机9节点系统为算例,采用特征值分析法对附加阻尼控制环节引入前后系统的阻尼特性进行了分析,并给出了时域仿真验证。研究结果表明附加阻尼控制环节对系统阻尼特性具有良好地改善作用。     

统一潮流控制器在风电机组并网运行中的应用

大规模风电并网改变了原来电网的潮流分布、线路传输功率以及电网故障时的暂态特性。将统一潮流控制器(UPFC)应用于异步风电机组并网的环形输电网络模型中,研究UPFC改善风电并网的性能。通过设计UPFC并联侧的双闭环反馈控制,设置风电输出线路三相短路故障来研究UPFC提高风电场低电压穿越能力。再建立UPFC串联侧有功与无功的独立控制系统,向输电线路输出补偿电压,研究其优化风电并网系统的潮流分布能力。在Matlab/Simulink软件中建立模型,仿真结果表明基于UPFC强大的无功补偿能力与潮流控制能力,UPFC能够显著提高风电并网的低电压穿越能力和优化潮流分布。     

风电场并网对互联系统小干扰稳定及低频振荡特性的影响

为研究风电并网对互联系统低频振荡的影响,基于完整的双馈风电机组模型,定性分析了两区域互联系统在风电机组并网前后阻尼特性的变化情况.从双馈风电机组并网输送距离、并网容量、互联系统联络线传送功率、是否加装电力系统稳定器等多个方面,多角度分析了风电场并网对互联系统小干扰稳定及低频振荡特性的影响.之后,以两个包括两个区域的电力系统为例,进行了系统的计算分析和比较.结果表明,有双馈风电机组接入的互联电力系统,在不同运行模式下,双馈风电机组的并网输送距离、出力水平、联络线传送功率对低频振荡模式的影响在趋势和程度上均有显著差异,这样在对风电场进行入网规划、设计和运行时就需要综合考虑这些因素的影响.     

UPFC稳定控制器的研究及应用

在统一潮流控制器(UPFC)上加装稳定控制器,可以提高弱阻尼系统的阻尼水平,但是稳定控制器安装位置及反馈信号的选择对控制效果影响较大.建立了包含稳定控制器的UPFC的9阶数学模型,该模型考虑了直流电容的动态响应,并且包括了并联侧的电压控制及串联侧的功率控制,可比较详细地反映稳定控制器对UPFC性能的影响,稳定控制器可根据需要安装在UPFC的并联侧或串联侧.基于该UPFC数学模型,在装设了UPFC的弱阻尼连接多机系统中,推导全系统的状态方程,利用全系统状态方程的信息计算UPFC稳定控制器的最佳安装位置及有效的反馈信号,然后使用计算结果设计相应的UPFC稳定控制器.使用EMTDC对一个装设有UPFC两区域弱阻尼连接系统进行了仿真计算,仿真结果表明,利用所提方法设计的UPFC稳定控制器可以明显提高该系统的阻尼水平.     

风电场中STATCOM抑制系统功率振荡

含虚拟惯量控制的风电场给系统的小干扰稳定带来了新的影响,在此背景下,研究利用风电场配置的静止同步补偿器(STATCOM)附加阻尼控制对电力系统低频振荡的抑制。利用阻尼转矩法分析了虚拟惯量控制对风电并网系统阻尼特性的影响,提出利用风电场中配置的STATCOM增强系统动态稳定的控制策略。基于自抗扰理论设计了STATCOM附加阻尼控制器,以改善系统阻尼特性。基于DIg SILENT平台搭建典型的4机2区域系统进行仿真,仿真结果验证了具有附加自抗扰阻尼控制作用的STATCOM能有效地阻尼系统功率振荡。     

含储能型虚拟同步发电机的直驱风机并网系统自适应协调阻尼控制策略

储能型虚拟同步发电机(VSG)的灵活控制特性能够为风电并网系统提供有效的频率和电压支撑,然而系统振荡特性会受到一定程度的影响,同时风电时变出力特性导致的运行点变化也将使得定参数阻尼控制表现出适应性不足的问题.为此,提出了适应风电出力时变特性的自适应协调阻尼控制策略.首先,在风电并网系统状态空间模型的基础上推导线性变参数模型,以直驱风机的有功功率为调度变量,根据稳定域确定运行空间范围;然后,利用间隙度量对运行空间进行划分,确定各子运行空间的典型运行点并将其作为多胞形顶点,建立调度增益与系统运行工况以及控制器的映射关系;最后,针对不同频率振荡模式协调设计自适应控制器.测试系统的仿真结果表明,所设计的自适应协调阻尼控制器不仅能够同时阻尼含储能型VSG并网系统中的次同步振荡和低频振荡,也能在风电出力大范围时变工况下保持良好的阻尼水平.     

风力发电对电力系统小干扰稳定性影响述评

随着风力发电技术的不断进步,风电装机容量逐步增加,在电力系统中的渗透率随之提高,其对电力系统稳定性的影响越来越显著。在此背景下,系统地综述了风力发电对电力系统小干扰稳定性的影响。概述了目前常用风力发电机组类型、结构原理及特点,总结了国内外就风电并网后对小干扰稳定性影响方面的研究热点,阐述了风电对系统振荡特性和阻尼特性的影响,指出了有待进一步研究的问题。最后,简述了改善风电并网后的系统阻尼特性的基本思路和控制策略。     

含风电的互联电力系统时滞相关稳定性分析与鲁棒阻尼控制

针对大区电网互联和风电接入互联电力系统后面临不同区域电网间的低频振荡问题,提出一种利用广域测量信号来增强互联电力系统区域间功率振荡阻尼的设计方法。基于自由权矩阵方法表示牛顿–莱布尼茨公式,公式可以由线性矩阵不等式进行求解,可以克服利用固定权矩阵带来的保守性。在利用自由权矩阵方法推导得到的时滞相关稳定性判据基础上,设计了广域时滞状态反馈控制器。结合状态观测理论设计了一种新型广域时滞输出反馈控制器。采用平衡截断技术对原系统和控制器进行降阶,实现了对互联电力系统的广域时滞阻尼控制。基于新英格兰测试系统建立了含风电接入的互联电力系统研究模型。时域仿真表明,所提出的广域时滞阻尼控制器能有效地阻尼系统区间振荡。     

利用多端统一潮流控制器阻尼多模态振荡

研究了多机系统中使用统一潮流控制器(UPFC)抑制电力系统多模态振荡的可行性.首先推导了作为UPFC概念延伸的多端统一潮流控制器(MUPFC)的非线性动态模型和线性化的Phillips-Heffron模型.利用UPFC和MUPFC具有多个控制回路的特点,提出在其多个控制回路上附加多个阻尼控制器来阻尼多模态振荡.通过模态分析,采用可控性指标对系统中的各个弱阻尼模态选取有效的控制回路,并设计了附加阻尼控制器.仿真结果表明,通过该方法确定的在一个UPFC或MUPFC上设置的多个附加阻尼控制器能够成功实现对电力系统多模态振荡的抑制.     

考虑决策风险的含UPFC多目标最优潮流计算

随着大规模风电场的并网,其不确定性会给电力系统的稳定性带来极大的挑战,而统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)作为最全面的柔性交流输电(flexible AC transmission system,FACTS)装置,具有强大的潮流控制能力。文中利用UPFC协调风电的不确定性,建立考虑决策风险的含UPFC多目标最优潮流模型,并对IEEE-14节点系统进行算例分析。结果表明,所提模型能够得到各时段各场景下的较好决策并减少发电机来不及调整的风险性。     

基于迭代辨识方法的含风电多干扰电力系统阻尼控制

风电接入电力系统后的低频振荡控制是保证电网稳定运行的关键。随着风电场联网规模的不断扩大,当风电接入由于电网结构、负荷潮流、发电机励磁控制等因素导致的阻尼不足形成的多干扰环境下电力系统后,模型辨识误差因素给电力系统的辨识与阻尼控制带来了很大的难题,常常会恶化阻尼控制效果。针对此问题,首先以风电功率波动信号作为辨识信号,建立风电接入多干扰环境下电力系统闭环模型;然后基于递推最小二乘法和Vinnicombe距离理论,提出一种迭代辨识方法,并给出方法实现的整个步骤,该方法充分考虑辨识误差因素,可以实时辨识出电力系统最优电力系统模型和最优阻尼控制器模型;最后,以风电接入四机两区域间降阶模型为例,采用提出的方法进行仿真,并与传统迭代辨识方法进行了对比。仿真结果表明,所提方法可以有效抑制风电接入下多干扰电力系统的低频振荡,实现稳定的阻尼控制。     

统一潮流控制器的自适应校正稳定控制器设计

在装设了统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)的弱阻尼连接多机系统中,综合利用全系统的线性化状态方程和传递函数的信息,设计了线性化的UPFC稳定控制器。为使该稳定控制器能在系统大范围内的运行点提供有效阻尼,文中在UPFC稳定控制器中加入一可调的超前(滞后)环节,利用Prony分析在线辨析系统低频振荡特性。利用在线辨析的结果对稳定控制器的可调环节进行微调,使之针对系统具体运行工况进行自适应校正,从而持续工作在最佳状态。最后利用电磁暂态仿真程序对一个装设有UPFC的两区域弱阻尼连接系统进行了仿真计算。仿真结果表明,文中设计的自适应校正UPFC稳定控制器能够明显提高该系统的阻尼水平。     

统一潮流控制器(UPFC)对次同步振荡的影响及抑制策略

FACTS等快速控制装置在一定条件下可能激发电力系统的次同步振荡问题,导致发电机轴系失稳,造成重大事故,危害电力系统的安全稳定运行。UPFC作为一种新型FACTS元件,虽然能实现母线电压控制和线路有功、无功功率的调节,但对次同步振荡影响的研究较少。同时,目前的UPFC阻尼控制器多针对低频振荡模态。故在搭建UPFC模型的基础上,运用测试信号法,研究了系统运行参数和UPFC电压有功控制等对次同步振荡的影响,并设计了相应的UPFC附加阻尼控制器。在IEEE第二标准测试系统上的计算机仿真说明,该控制器能有效提高多个扭振模态的电气阻尼,抑制系统的次同步振荡。     

大容量风电场对电力系统小干扰稳定和阻尼特性的影响

建立了异步风力发电机组的小干扰稳定数学模型，研究了风电场接入电网后电力系统的小干扰稳定分析方法并实现了其工程应用。通过对含有大容量高比例风力发电的实际电网的计算分析表明，风电场的运行状态对电网的低频振荡模式和振荡特性有一定影响。风电机组出力的变化，使网内常规机组的运行方式发生变化，从而导致一些局部振荡模式出现或消失。网内和网间各大机群间的振荡模式没有发生变化，但振荡特性发生变化，且增加了与风电场强相关的振荡模式，这些振荡模式一般具有较好的阻尼特性。     

统一潮流控制器附加阻尼抑制次同步谐振的理论与仿真

随着串联电容补偿输电的推广应用,中国电力系统面临着严峻的次同步谐振(SSR)问题。针对SSR问题,文中基于采用电流控制模式的统一潮流控制器(UPFC),提出了一种UPFC附加阻尼控制抑制SSR的方法;首先选择了附加阻尼控制信号接入UPFC控制器的位置,然后设计了UPFC附加次同步阻尼控制器(SSDC),并推导了其抑制系统SSR的机理,且所设计的SSDC采用了模态分离控制以达到抑制多模态SSR的目的。最后,综合利用复转矩系数和时域仿真的方法,对所设计的UPFC装置SSDC抑制SSR的有效性进行了分析和仿真。结果表明,所设计的SSDC在有效抑制SSR的同时,不会影响系统和UPFC装置的正常运行。     

UPFC提高异步风电机组故障穿越能力的分析

针对并网风电场故障期间无功不足的问题,采用新型动态无功补偿装置是必然趋势。根据异步风力发电机模型、统一潮流控制器（UPFC）的工作原理与控制策略,建立了含UPFC装置的风电场并网系统仿真模型。仿真对比分析了异步风电场安装SVC和安装UPFC装置时发生短路故障后的故障穿越能力;分析了暂态过程风电机组超速的原因,并研究了异步风力电机组成的风电场故障前后电压、功率和转速变化情况。仿真结果表明,与SVC相比,新型无功补偿装置UPFC作为风电场无功电源,其响应速度更快,风电场暂态稳定性得到更好地改善。     

UPFC抑制电力系统低频振荡的参数优化研究

为研究统一潮流控制器(UPFC)用于抑制电力系统低频振荡的效果,采用PID控制策略设计了UPFC,并利用遗传算法(GA)和粒子群算法(PSO)分别对UPFC参数进行了优化。对含UPFC的单机无穷大系统进行仿真,仿真结果显示,UPFC对阻尼电力系统低频振荡起到一定的作用,经过参数优化后系统的暂态变短,相关量的波动降低,且粒子群优化算法用于抑制阻尼电力系统低频振荡的效果优于遗传算法。