含STATCOM的不同阻尼控制器对次同步振荡抑制的影响

电力系统输电过程中有一定概率产生次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO),这种振荡极易造成汽轮发电机组的大轴损毁,准确分析系统的次同步振荡特性对其防止和抑制有重要意义。研究了静止同步补偿器(STATCOM)的基本结构以及抑制SSO的基本方法,根据不同滤波器设计对次同步阻尼控制器的抑制效果不同,设计了3种次同步阻尼控制器。其中,提出一种新的控制器设计方法,利用该方法设计了窄带通次同步阻尼控制器;最后基于IEEE第一谐振模型,采用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件以及数值计算软件MATLAB,仿真验证3种不同控制器的有效性。     

H_∞控制理论在次同步阻尼控制器设计中的应用

电力系统次同步振荡阻尼控制器设计中,系统等值简化的准确度和控制器的鲁棒性对控制器的效果影响很大。通过对输出信号动态时域数据Prony辨识求得2008年南方电网贵广Ⅱ直流系统的等值降阶线性模型,利用基于时域仿真的复数力矩系数分析出该系统在弱连接和孤岛两种运行方式下易发生次同步振荡的模式,并针对监测出的振荡模式,采用H∞最优控制理论设计出抑制次同步振荡的附加直流阻尼控制器,最后电磁暂态时域仿真结果验证了该控制器抑制次同步振荡模式的效果明显,并具有一定的鲁棒性。     

基于Prony辨识的VSC-HVDC附加次同步阻尼控制器研究

基于电压源换流器的高压直流输电技术(VSC-HVDC)能够实现有功、无功解耦,具有控制响应迅速等特点。利用其附加次同步阻尼控制(SSDC)可以抑制交流系统中出现的次同步振荡(SSO)现象。本文通过Prony辨识得到含VSC-HVDC的交直流混合系统等值降阶模型,进而利用极点配置法设计VSC-HVDC附加次同步阻尼控制器。最后在PSCAD/EMTDC中建立了并联VSC-HVDC的次同步振荡系统模型进行时域仿真,验证了所设计附加次同步阻尼控制器的有效性。     

基于输出反馈控制理论的HVDC附加次同步阻尼控制器

通过在直流输电系统的整流站装设附加次同步阻尼控制器可以削弱交直流并联输电系统中发生的次同步振荡。利用输出反馈线性最优控制理论设计附加次同步阻尼控制器,选取与控制器密切相关的反馈信号Δω5、ΔαR,求解有约束条件的Levine-Athans方程,得出附加控制器的输出反馈增量。特征值分析和时域仿真结果表明:所设计的附加次同步阻尼控制器在很宽的串联补偿条件下能有效地抑制交直流并联输电系统中发生的次同步振荡。     

基于模糊免疫方法的次同步阻尼控制器设计

高压直流输电系统在一定条件下可能引发系统的次同步振荡。基于复数力矩系数原理与模糊免疫的方法设计了次同步阻尼控制器。该控制器检测到系统的次同步振荡信号后，能根据振荡情况对控制器参数进行自适应调整，整个控制器结构简单、稳定性强且易于工程实现。以2008年南方电网贵广Ⅱ直流系统为例，电磁暂态时域仿真结果表明了该方法应用于次同步阻尼控制器设计的有效性。     

改进的人工鱼群算法设计次同步阻尼控制器

为了抑制次同步振荡SSO(subsynchronous oscillation),提出了一种改进人工鱼群算法,并基于该算法利用美国电力研究院EPRI(electric power research institute)提出的抑制直流系统次同步振荡的基本原理,设计次同步阻尼控制器。将控制器参数视为自适应参数,以阻尼比为自适应函数,通过改进人工鱼群算法,计算出最优的控制器参数,达到抑制SSO的目的。以2012年四川电网向家坝-上海直流系统的送端交直流混合输电系统为例,验证了该阻尼控制器的有效性。     

TCSC次同步谐振阻尼控制器设计

输电线路采用串联电容补偿存在引起电力系统次同步谐振的危险,TCSC常用来解决这一问题。基于提升系统电气阻尼的思想,设计了TCSC附加阻尼控制器,该控制器针对分模态控制方法存在的不足进行了改进。基于IEEE SSR第一标准测试模型的分析表明改进后的控制器能将系统在几乎整个次同步频段内的电气阻尼提高为正,从而消除了该频段内的SSR危险。     

高压直流输电系统次同步振荡Hopf分叉现象仿真研究

基于CIGRE高压直流输电基准模型和IEEE SSR第一基准模型,利用PSCAD/EMTDC软件构造了仿真模型,研究次同步振荡及Hopf分叉现象。应用MATLAB软件,实现自动判别系统相对稳定性的功能。仿真说明:HVDC输电系统次同步振荡与HVDC控制器特性参数有内在联系。存在一个系统临界稳定参数,当参数超过该临界值时,系统失稳;当参数低于该临界值时,系统稳定。     

基于混沌优化算法的高压直流次同步阻尼控制器的设计

高压直流输电系统在一定条件下可能引发系统的次同步振荡。基于混沌优化算法可用于控制器参数寻优,且可避免陷入局部最优的特点,提出利用此算法设计附加次同步阻尼控制器。通过此算法,以阻尼比为目标函数,寻找出系统在不同运行方式下的控制器最优参数,从而达到抑制次同步振荡的作用。以南方电网贵广II号直流输电工程作为实例模型,分别利用PSCAD/EMTDC仿真程序和矩阵束算法验证此阻尼控制器的有效性。     

多直驱永磁同步发电机并联风电场次同步阻尼控制器降阶设计方法

多直驱永磁同步发电机(PMSG)并联风电场并网电力系统中可能出现次同步振荡现象。为了保证系统稳定运行,提出了一种多PMSG并联风电场次同步阻尼控制器降阶设计方法。文中次同步阻尼控制器以风电场集中母线电压幅值为输入信号,并将输出信号分配到风电场中每台PMSG电网侧换流器控制回路上,次同步阻尼控制器参数在多PMSG并联风电场并网系统降阶模型的基础上由全局搜索算法优化得到。次同步阻尼控制器降阶设计方法可以降低状态矩阵维度,大大减少参数优化时间。最后,基于Matlab软件对20台PMSG并联风电场并网电力系统进行模态分析和非线性仿真分析,结果显示,降阶设计的风电场次同步阻尼控制器在不同场景下均能够抑制多PMSG并联风电场次同步振荡,提升系统的稳定性。     

Sub-synchronous Oscillations Caused by Grid-connected PMSGs under the Condition of Near Strong Open-Loop Modal Resonance

Abstract

This article examines the modal condition under which a grid-connected PMSG may cause the sub-synchronous oscillations (SSOs) in a power system. The examination is based on a closed-loop interconnected model of the power system, wherein, the PMSG and the remainder of power system (ROPS) are modeled as two separate but interconnected open-loop subsystems. The model condition being examined is that an SSO mode of the open-loop PMSG subsystem is close to an SSO mode of the open-loop ROPS subsystem on the complex plane. Analysis in the article indicates that the modal condition is the near strong open-loop modal resonance (NSOMR), under which damping of one corresponding closed-loop SSO mode may very likely degrade. The damping degradation can be estimated by an SSO index derived in the article. Hence, study presented in the article reveals the mechanism about why the SSOs may be caused by the grid-connected PMSG from the perspective of the NSOMR. In addition, it is proposed that by applying the modal analysis to the open-loop subsystems, the SSO instability risk brought about by the PMSG can be detected and the risk-contributing PMSGs and synchronous generators in the power system can be identified.     

风电参与的电力系统次同步振荡机理研究综述和展望

风电参与的新型次同步振荡事故频发,严重影响了新能源电力系统的安全稳定运行。结合次同步振荡所对应的数学动力学模型、轨线特征,分析归纳风电参与的电力系统次同步振荡的机理分类,即负阻尼振荡、强迫振荡、切换型振荡和其他复杂振荡,并从参数变化角度给出对应的分岔类型;进一步地,基于上述风电参与的新型次同步振荡机理分类,分别阐述对应上述机理的分析方法研究现状;最后,针对目前研究较少的风电参与的切换型次同步振荡,从分段光滑模型及其动力学机理、非光滑分岔分析方法、物理特性、实测验证等角度,给出其研究展望。     

托克托电厂发电机组轴系扭振参数测试

近年来,为了提高电网的输送能力,串联电容补偿技术被广泛采用。借鉴发达国家电网运行经验,在串联电容补偿的输电系统中发电机组轴系与电网之间的次同步谐振问题(即SSR)引起了广泛关注。为了准确评估托克托电厂的SSR问题,进行了托克托电厂发电机组轴系扭振参数测试试验。2007年1月12日~13日在国内首次完成该试验。介绍了试验方案、现场试验结果、仿真分析以及结论。     

弱联系电网中SVC引起的次同步振荡分析及其抑制措施研究

藏中联网工程多站点布置了SVC以改善长链式电网的电压调节性能。经过电磁暂态仿真发现,在藏中联网这类具有长链式、弱联系特征的电网中,SVC控制参数不当可能引发次同步振荡。为了深入研究此类振荡特性及抑制方法,建立了线性化的SVC和输电网络的电磁暂态模型。采用特征分析的方法,在两个算例中分析了这种新型次同步振荡的特点。结果表明,此类次同步振荡是在系统已有的次同步模式当中,不当的SVC控制削弱了次同步阻尼,从而引发了振荡的产生。且系统中的多台SVC对系统振荡阻尼的削弱作用会叠加,进一步增加次同步振荡风险。最后,根据此类次同步振荡的特点,针对性地提出了抑制此类新型次同步振荡的措施。     

基于SC的光伏发电并网系统次同步振荡抑制方法

在“双碳”和“构建以新能源为主体的新型电力系统”目标推动下,高比例新能源并网将使电力系统振荡失稳加剧。综合考虑光伏电池、变换器、逆变器及同步调相机等电力系统各部分,建立了光伏发电并网系统的精确化整体模型;基于模式分析法探究同步调相机（SC）抑制电力系统次同步振荡方法,并通过IEEE次同步振荡第一标准型仿真验证该方法的正确性和可行性;最后,在Matlab软件平台进行仿真分析与验证。结果表明,所提方法能有效消除振荡,提升系统稳定性。     

呼辽直流工程次同步振荡的数模混合仿真

直流输电可能引发整流站附近的火电机组产生次同步振荡现象。为确保呼辽交直流系统运行的安全稳定性,采用数模混合实时仿真的方法,对呼辽直流输电系统可能引发呼盟汽轮机组次同步振荡的问题进行了研究。通过仿真研究,深入分析了呼辽交直流输电系统在不同运行方式下发生次同步振荡的风险,研究了直流系统运行工况对次同步振荡的影响,验证了直流...     

基于状态空间的阻抗分析法在次同步振荡中的应用

随着新能源的大量接入,阻抗分析法在新能源并网次同步振荡中得到了广泛应用,但是针对新能源与火电打捆系统,现有方法在机电耦合的阻抗建模方面仍存在模型适用性问题。为此,提出了一种基于状态空间的阻抗分析法(IMBSM),将电力系统非电气元件耦合到电气元件的动态特性,以导纳函数的形式统一建模。为配合IMBSM的应用,提出了一种新的串联谐振判据,该判据通过拾取源、网子系统的视在谐振点,计算系统的谐振频率。IMBSM不仅包含了系统特征值等关键信息,并且具有比阻抗扫描法更高的精度。最后,基于IEEE次同步振荡第一标准模型及风火打捆经串补送出系统模型,验证了IMBSM及所提串联谐振判据在次同步振荡分析中的准确性和可行性。     

混合型补偿装置抑制风电次同步振荡的研究

传统风电经固定串补(FSC)外送系统常引发次同步振荡(SSO)问题,威胁系统的安全运行.基于风电串补系统SSO的发生机理,提出一种由静止同步串联补偿器(SSSC)与FSC组成的混合串联补偿(HSC)装置结构的附加控制策略.充分利用SSSC的控制灵活性,使其输出次同步电压与线路次同步电流同相位,SSSC等效为系统振荡频率下的正电阻.通过HSC装置提升系统总电阻处于正值区间,进而避免系统发生SSO.介绍了HSC附加阻尼控制(SSDC)策略的结构及原理,并给出了参数整定方法.在PSCAD/EMTDC平台上搭建了华北某实际风电经HSC外送系统时域仿真模型;仿真结果表明:HSC装置可以有效抑制SSO,保证系统稳定运行;保持线路串补度不变,提高SSSC补偿度可增强系统稳定性.     

天广可控硅控制串联补偿暂态稳定及次同步谐振初步研究

结合2003年计划投产的我国第1个TCSC工程--天广可控硅控制串联补偿（TCSC）工程，对其提高南方电网稳定水平的作用进行分析。还对一种在工程中应用的次同步谐振分析方法进行介绍。     

构网型直驱风电机组间控制相互作用研究

构网型风电控制技术具有很好的弱电网适应性,可以有效避免风电并网次超同步振荡问题。但是虚拟同步控制引入固有的低频特征模式,接入强电网时会发生低频振荡,同时多台构网型风电机组并联运行时存在控制器相互作用。针对此问题,采用特征模式分析方法,研究了基于虚拟同步控制方法的构网型直驱风电机组并联运行时的控制相互作用及主导低频特征模式稳定性。揭示了虚拟惯量控制参数及系统运行方式对构网型风电机组并联运行低频振荡特性的影响。通过详细时域仿真验证了分析结果的正确性。