基于反步自适应准谐振控制的双馈风机次同步振荡抑制策略

随着电力系统容量和规模的不断扩大,常采取串补电容的方式提升输电线路的输电能力,但这加剧了电力系统中出现次同步振荡（SSO）的风险。SSO的产生会影响双馈感应发电机（DFIG）转子侧变流器（RSC）的控制,进而引起定子电流的振荡发散,严重时将会导致风机解列脱网。因此,为解决SSO对RSC控制产生扰动的问题,该文提出了基于自适应准谐振控制的RSC反步次同步振荡抑制策略。首先对SSO在RSC控制系统中的传播路径及其频率变化对控制的影响等内容展开研究;然后通过反步控制器与自适应准谐振控制器的协同控制,对DFIG定子中宽频带SSO电流进行抑制,避免发电系统输出受到SSO的影响;最后通过搭建仿真模型与实验平台,验证所提理论与控制策略的有效性。该文分别对在10 Hz、20 Hz、30 Hz及频率变化时SSO影响下的DFIG定子振荡电流抑制效果进行验证。实验结果表明,所提策略对DFIG系统中宽频带SSO具有良好的抑制效果。     

用于鄂温克电厂送出系统的SSDC设计与分析

针对鄂温克电厂送出系统存在的SSO风险,设计了基于PLL次同步信号提取方法的宽带SSDC,并通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真分析了SSDC的SSO抑制效果。基于PLL提取HVDC整流侧交流母线电压信号中的次同步分量作为SSDC控制器的输入信号,采用频域校正法设计SSDC控制器传递函数,使其在幅频—相频特性上满足在较宽次同步频率范围内抑制SSO的相应要求。时域仿真结果表明,大扰动和小扰动下SSDC对SSO都具有明显的抑制效果,验证了设计的有效性。     

高压直流输电系统附加次同步振荡阻尼控制器的设计与实现

针对抑制由HVDC引起的次同步振荡问题,阐述了附加次同步振荡阻尼控制器(SSDC)抑制次同步振荡(SSO)的原理。对SSDC设计中的控制器结构、输入信号的选取、相位补偿和增益调整等方面进行了重点论述,分析了不同方案的优缺点。从工程应用的角度,提出了一种便于工程实现的SSDC设计方案。在此基础上,针对东北-华北联网的高岭背靠背换流站附近绥中发电机组的次同步振荡问题,设计了相应的SSDC。实时数字仿真(RTDS)和实际控制器的闭环试验验证了所设计的SSDC能有效地抑制SSO,并对HVDC的动态特性影响较小。     

含双馈机组转子侧附加控制的风电场次同步振荡抑制方法

针对含双馈机组风电场通过串联补偿外送功率时产生的次同步振荡(sub-synchronous oscillations,SSO)问题,建立了包含两质量块轴系、d-q解耦控制回路等的详细模型。采用测试信号法绘制分析阻尼曲线。该曲线显示,串联补偿的加入改变了电气阻尼特性。如果控制器参数不合理,较低串补度下也有发生振荡的风险;随着串补度的加大,电气谐振点的负阻尼越大,对应于转子侧的电气谐振频率越低。当轴系参数耦合时会发生轴系扭振。针对双馈机组转子变换器控制回路的特点,在转子侧注入次同步电流,以激发次同步电磁转矩阻尼振荡,设计附加功率控制的次同步阻尼控制器(sub-synchronous damping controller,SSDC)对次同步振荡予以抑制,并给出了控制器参数的整定方法。时域仿真结果表明:采用该SSDC方案,能够有效抑制串补引发的风电场SSO问题。     

基于自适应准谐振控制的储能抑制广义强迫振荡传播方法

针对新能源随机激励引发特高压联络线功率振荡向外部电网传播的问题,提出一种基于自适应准谐振控制的储能抑制广义强迫振荡传播方法。首先,建立了含有储能系统(energy storage system, ESS)的电力系统等效模型,分析了在随机激励下,ESS输出功率对广义强迫振荡通过特高压联络线向外部电网传播的影响机理。其次,利用自适应准谐振控制器对广义强迫振荡信号进行无差跟踪,并对ESS有功功率指令进行修正。在此基础上,利用系统功率传播的传递函数,分析了自适应准谐振控制对广义强迫振荡传播的抑制机理,并将其与传统谐振控制进行对比。最后通过仿真验证了分析的准确性,结果表明：在控制方向与振荡传播方向相同时,自适应准谐振控制能够有效阻断广义强迫振荡的传播;反之,则无法完全抑制广义强迫振荡,但能够显著降低振荡的幅值。     

混合串补抑制双馈风电场次同步振荡研究

随着串联电容补偿输电在风电并网工程中的推广应用,国内外部分双馈风电场(doubly fed induction generator,DFIG)面临着严峻的次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)问题。为抑制DFIG风电场所面临的SSO问题,文中利用由静态同步串联补偿器(static synchronous series compensatory,SSSC)和固定电容器组成的混合串联补偿装置来实现风电场的并网,并提出了一种混合串补装置换流器附加控制抑制风电场SSO的方法;最后,采用时域仿真的方法验证了混合串补装置附加控制抑制DFIG风电场SSO的有效性,仿真结果同时表明,所设计的附加控制器不会对混合串补装置的运行产生不利影响。文中研究可为DFIG风电场并网系统的设计及SSO抑制提供参考。     

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。     

基于一阶LADRC控制的直驱风机次同步振荡抑制策略

针对直驱式风电机组接入弱交流电网诱发次同步振荡 (subsynchronous oscillation, SSO) 问题,提出一阶线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control, LADRC)策略抑制该现象,从而提高系统稳定性。首先,建立直驱式风电机组的并网数学模型,分析次同步振荡频率扰动分量的传播机理;然后,进行一阶LADRC电流内环控制器设计以及参数优化整定,分析表明：控制器对于次同步频率扰动分量有较强的抑制作用。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件,建立传统PI和一阶LADRC控制的直驱式风电机组电磁暂态仿真模型。结果表明：所提方法能够阻断次同步频率扰动分量传播,有效抑制SSO。     

基于测试信号法的HVDC附加次同步阻尼控制器设计

针对汽轮发电机组的次同步振荡(SSO)问题,从系统电气阻尼角度阐述了附加次同步阻尼控制器(SSDC)抑制次同步振荡的机理,进而提出一种基于测试信号法相位补偿原理的SSDC设计方法。对SSDC的结构、输入信号的选取、相位补偿等方面进行了论述和设计。在PSCAD/EMTDC中构建SSO的测试系统,基于测试信号法计算,该系统电气阻尼系数为负,表明测试系统会引发SSO。采用所设计的SSDC控制后,电气阻尼系数均为正。时域仿真也验证了所设计的SSDC能够有效抑制直流控制引起的SSO。     

基于振荡能量下降原理的UPFC模糊控制器设计

研究了自适应统一潮流控制器(U PFC)模糊逻辑辅助阻尼控制器的设计方法。从振荡能量函数角度分析了U PFC安装线路的功率振荡特性,提出了以降低振荡能量为控制目标的阻尼控制策略。控制器以U PFC线路的功率为输入信号,通过对系统运行状态和控制效果进行评判,应用模糊规则自适应地调节控制参数,实现对系统功率振荡的有效抑制。控制器设计不需要系统的精确模型和参数。在10机新英格兰测试系统上的仿真研究表明,该控制器控制效果明显优于线性控制器,能有效抑制系统低频振荡,提高电力系统的动态稳定性水平,且具有较强的鲁棒性。     

D-PMSG经LCC-HVDC送出系统的次同步振荡特性分析

当直驱风机(direct-drive permanent magnet synchronous generator, D-PMSG)位于电网换相换流器高压直流输电(line-commutated-converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)整流站近区时,系统的次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)特性尚不清晰,相关研究有待开展。针对上述问题,基于D-PMSG经LCC-HVDC送出系统,利用模块化分块建模法建立小信号模型,用特征值与参与因子研究了系统SSO模式中D-PMSG与LCC-HVDC的参与情况,并用特征值分析了系统参数对SSO阻尼的影响。研究结果表明：存在D-PMSG与LCC-HVDC共同参与的SSO模式,且LCC-HVDC接入为系统SSO提供负阻尼;当D-PMSG输电线路阻抗、GSC控制器外环积分系数增大时,SSO模式阻尼减小;当GSC控制器外环比例系数、D-PMSG直流侧电容、D-PMSG的风速、LCC-HVDC定电流控制器的比例系数增大时,SSO模式阻尼增大。基于PSCAD/E...     

基于加窗FFT的风电场自适应振荡抑制策略

大规模风电送出系统会出现振荡现象,现有抑制策略在振荡频率变化时难以快速、有效地抑制振荡。针对该问题,以直驱风场送出系统为研究对象,提出一种基于加窗快速傅立叶变换(FFT)和附加准比例谐振控制器相结合的振荡自适应抑制方法。首先,基于谐波线性化方法建立直驱风机(permanent magnet synchronous generator, PMSG)阻抗模型,分析PMSG发生振荡的机理以及采用附加准比例谐振控制器抑制振荡的有效性;然后,设计一种基于加窗FFT的振荡频率快速检测和提取方法,并给出相关参数的设计原则。最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真对比基于加窗FFT和传统FFT的控制器对振荡的抑制效果。结果表明：基于加窗FFT的控制器对振荡的抑制速度和效果具有显著优势,验证了所提振荡抑制策略的有效性。     

双馈风机附加次同步阻尼控制器抑制方法分析与优化设计

次同步阻尼控制器(SSDC)抑制次同步振荡(SSO)因具有良好的抑制效果和低廉的成本而得到广泛的认可,但是现有SSDC种类众多,缺乏系统性比较。为此梳理了常见的SSDC结构及其参数设计方法,在对动态性能、鲁棒性等指标的对比中发现转子电流反馈型SSDC具有最佳的抑制效果。进一步深入研究了该SSDC参数对SSO抑制性能的影响,从而优化了参数设计,并提出基于固有时间尺度分解算法的自适应振荡频率选取方法,实现SSDC的SSO精准抑制。对附加改进后SSDC系统进行根轨迹分析和硬件在环实验,结果表明,通过增加自适应振荡频率选取环节和优化设计参数,改进的SSDC具有更优的SSO抑制效果,且不会影响双馈风机的正常运行。     

基于自适应准谐振控制的变频器并联VF开环均流控制策略

针对采用VF开环控制的变频器机组并联中出现的环流问题,提出了一种引入频率自适应准谐振控制器的VF开环控制策略,利用准谐振控制器在谐振频率处增益无穷大的特点消除系统不平衡扰动分量,同时根据电机负载的输出频率时变的特性,构建了频率自适应的准谐振控制器。仿真和实验证明,在保留VF开环控制对负载强适应性的基础上,该策略能很好的实现变频器机组并联均流控制。     

基于准谐振控制器的零序环流抑制

针对三相逆变器直接并联运行时存在零序环流的问题,提出一种基于准谐振控制器的零序环流闭环控制方法。通过分别建立并分析逆变器独立工作和两台并联工作时零序环流闭环控制模型可知,PWM零序调制电压为主要扰动。理想的谐振控制器在谐振频率处增益无穷大,可以消除与谐振频率相同频率的扰动分量对闭环系统的影响。针对扰动为频谱离散的周期性信号的特性,控制器采用多谐振控制器并联的控制结构。在推导零序环流闭环控制等效模型和扰动传递函数的基础上,提出准谐振控制器设计方法。仿真和实验结果表明,该方法能够有效抑制零序环流。     

DFIG三相四开关网侧变流器预测功率控制策略

针对双馈感应发电机（DFIG）网侧变流器（GSC）采用三相四开关拓扑时的运行控制问题,设计了一种新型预测功率控制器。新型控制方案中采用了三个电压矢量来确保GSC开关频率保持恒定,同时使GSC有功和无功功率纹波最小化。同时,控制器可计算出补偿功率以消除直流侧中点电位波动,无需使用低通滤波器。利用DFIG测试平台开展了实验,结果表明新型预测控制能有效抑制直流母线电压失衡,并具有快速动态响应特性,且GSC电流总谐波失真较低。     

PSS和SVC联合抑制次同步振荡

针对静止无功补偿器(SVC)的附加次同步阻尼控制器(SSDC)无法抑制所有扭振模式的振荡,在励磁系统阻尼控制器(SEDC)基础上设计双输入多通道结构的改进电力系统稳定器(PSS).由于PSS无法解决大扰动下的次同步振荡问题,提出利用PSS和SVC联合抑制次同步振荡的方案:SVC抑制主谐振点的振荡,其他扭振模式用改进PSS来解决.复转矩系数法、时域仿真法和Prony分析结果均表明两者联合抑制次同步振荡能够弥补双方的缺陷,在较宽频带内提高系统阻尼,对次同步振荡取得理想的抑制效果.     

采用主备方式的TCSC次同步振荡附加阻尼控制策略

为能完全可靠地抑制次同步振荡(SSO),有必要研究可控串联补偿(TCSC)对SSO的主动抑制策略,为其本身已有的对SSO的自然抑制作用增加保障.文中通过分析抑制SSO的原理,提出一种主动阻尼控制策略--TCSC次同步振荡附加阻尼控制.该控制通过测量远端或本地具有振荡特征的信号,利用相位补偿原理,结合TCSC原有控制提供附加电磁转矩,增大电气阻尼;并以基于远端转速偏差信号的阻尼控制为主,以基于本地电气量信号的控制为备用,从而兼顾阻尼效果和控制可靠性.针对某一实际串联补偿系统,通过小干扰稳定分析和时域仿真,比较TCSC附加阻尼控制加入前后的振荡变化、不同输入信号对阻尼效果的影响以及有无备用控制的区别.结果表明基于该控制原理,无论采用远端信号抑或本地信号,系统阻尼均得以增强;就阻尼效果而言,远端的转速偏差信号明显优于本地的功率偏差信号.     

DFIG风电机组协同SVG抑制电网低频振荡方法

随着风电渗透率的日益增加,电力系统阻尼不足时易发生低频振荡,双馈风电机组（DFIG）可解耦控制有无功和无功输出,有利于增强系统阻尼。提出一种DFIG协同静止无功发生器（SVG）并网的方法,采用附加阻尼的控制策略,接入控制系统的功率控制节点,改变参考装置的有功和无功参考电流,实现装置动态输出功率,抵消功率增量,对系统中产生的功率振荡进行抑制。搭建DFIG协同SVG并网的4机2区域系统的控制系统模型,添加附加阻尼控制信号,控制DFIG输出的有功功率和SVG输出的无功功率,改变系统的特征根,并基于Prony方法分析振荡信号各模态。结果表明：该方法能够有效提供正阻尼,抑制系统低频振荡,加速振荡波形平息,提高电力系统的小干扰稳定性。     

双馈感应风机分数阶自抗扰广域阻尼控制器设计

针对含双馈风力发电系统(doubly fed induction generator,DFIG)互联电网强非线性和模型不确定性的特点,设计了一种非线性鲁棒分数阶自抗扰(fractional order auto disturbance rejection controller,FADRC)广域阻尼控制器,以增强互联电网阻尼控制能力,抑制功率振荡。首先,对系统状态方程进行微分同胚映射得到系统分数阶的映射模型,进而构造扩张状态观测器(extended state observer,ESO)估计双馈风力发电系统的模型误差与外部扰动等不确定因素,以实现非线性模型动态补偿线性化,其次,利用自抗扰控制理论中的非线性状态误差反馈律控制理论设计DFIG阻尼控制器。仿真结果表明,大、小扰动下该方法动态特性良好,具有响应迅速、对参数变化及扰动不敏感等优点。该设计方法比传统PI控制具有更好的鲁棒性,能够增强DFIG阻尼控制能力,抑制互联电网功率振荡。