超导储能装置提高风电场暂态稳定性的研究

对风电场安装使用超导磁储能装置增强风电场暂态稳定性进行了研究.在建立超导磁储能装置模型的基础上,提出了改善并网风电场暂态稳定性的超导磁储能装置控制策略,采用以网侧电压定向的矢量控制方案并通过附加前馈项实现其输出有功功率、无功功率的解耦控制.在电力系统分析软件DIgSILENT/PowerFactory中建立了超导磁储能装置及其控制的仿真模型,基于实际电网及风电场的仿真结果验证了所建模型的正确性、控制策略的可行性.简要介绍了超导磁储能装置在并网风力发电系统的应用前景.     

超导储能装置提高风电场暂态稳定性的研究

对风电场安装使用超导磁储能装置增强风电场暂态稳定性进行了研究。在建立超导磁储能装置模型的基础上,提出了改善并网风电场暂态稳定性的超导磁储能装置控制策略,采用以网侧电压定向的矢量控制方案并通过附加前馈项实现其输出有功功率、无功功率的解耦控制。在电力系统分析软件DIgSILENT/PowerFactory中建立了超导磁储能装置及其控制的仿真模型,基于实际电网及风电场的仿真结果验证了所建模型的正确性、控制策略的可行性。简要介绍了超导磁储能装置在并网风力发电系统的应用前景。     

电压型超导储能系统的统一直接功率控制方法

将PWM整流器的直接功率控制方法用于电压型超导储能系统的电压源型换流器，给出了新的开关矢量表，并提出了斩波器的直接功率控制方法。文中的电压源型换流器和斩波器的直接功率控制方法以有功功率为纽带，可对超导储能系统进行一体化的功率控制。仿真结果表明，该控制方法具有良好的控制性能，十分适用于电压型超导储能系统。     

应用于超导储能的功率调节系统

讨论了一种适用于超导储能(Superconducting Magnetic Energy Storage,简称SMES)的电流型功率调节系统.主电路设计采用了模块化结构,易于扩容;控制电路采用以主控DSP和MCU为核心的两级结构.利用瞬时功率检测方法所得到的有功功率和无功功率进行功率闭环控制.实验结果说明.功率调节系统能够在四象限内快速、独立地控制有功功率和无功功率.单机无穷大系统的三相短路实验表明,超导储能系统能够显著抑制发电机的功率振荡.     

超导磁储能装置的功率控制

以电流源型和电压源型变流器作为研究对象,探讨了可对电流源型变流器和电压源型变流器交流侧电流的幅值和相位进行有效控制的SPWM开关策略。在此基础上,研究了能够按照系统要求对2种超导磁储能装置进行有功和无功功率调节的功率控制方法。仿真结果表明所研究的功率调节方法能够在四象限内进行超导磁储能装置输入输出有功和无功功率的快速解耦控制,仿真同时验证了所研究的功率控制策略的正确性和可行性。     

超导储能系统提高风电场暂态稳定性研究

应用超导储能系统(SMES) 对提高风电场的暂态稳定性进行了研究。在深入研究超导储能系统运行原理的基础上,建立了基于电压型换流器(VSC)的超导储能系统模型,实现了有功功率和无功功率的解耦控制,并提出了有功、无功功率综合控制策略。利用PSCAD/EMTDC软件进行了仿真计算,结果说明超导储能系统不但能够在风速波动时平滑风电场的功率输出,而且能够提高风电系统的暂态稳定性。     

一种利用超级电容储能系统实现直驱风电机组高电压穿越的新方案

传统的风电机组高电压穿越方法大多采用直流母线加装卸荷装置,以热能形式消耗多余的能量,降低了发电机组效率,增加了机组散热。为解决该问题,以直驱风电机组高电压穿越为研究对象,提出一种基于超级电容器储能系统的高电压穿越方案。利用超级电容器快速充放电的特点,实现高电压故障中风电机组波动功率的控制;给出了超级电容储能装置详细方案,以及风电机组在高电压穿越期间有功功率、无功功率协调控制方法。仿真结果表明,超级电容储能系统能够更好地提升机组高电压穿越能力,并加速系统有功恢复。     

超导储能系统用四模块组合变流器功率控制设计和实验研究

讨论了超导储能系统用四模块组合变流器的有功功率、无功功率四象限控制的设计问题。为了适应大功率变流器的需要主电路结构采用四模块电流型变流器直接并联,在调试方式上采用载波相移SPWM控制,在较低的开关频率实现大功率变流器SPWM技术,以扩大容量和抑制网侧谐波;在计算功率时采用的瞬时功率理论实时的计算出变流器的有功和无功功率进行闭环控制。同时结合了863项目研制了23kVA的变流器实验样机,对超导储能系统用电流型变流器四象限功率控制方法进行了验证。实验结果表明超导储能系统用组合变流器能独立快速地控制有功功率和无功功率。     

基于超导储能的直驱风电系统功率平滑控制

针对并网运行直驱风力发电系统输出有功功率的波动问题,对变换器直流环节并联超导储能系统的控制方式在计及风速模型的基础上做进一步的分析,并对超导储能系统斩波器提出双闭环加脉冲判断的控制策略,确保超导磁体线圈电流水平,使超导储能系统可以快速、准确地吞吐能量,保证直驱风力发电系统在最大限度捕获风能的同时,向电网输送较为平滑的有功功率。对增加超导储能系统的直驱风力发电系统的建模仿真结果,说明了该方法的正确性和有效性。     

超导储能在并网直驱风电系统中的应用研究

针对直驱风电系统并网运行过程中存在的输出有功功率波动和低电压穿越问题,在变换器的直流环节并联超导储能系统。对超导储能系统的斩波器提出双闭环加脉冲判断的控制策略,确保超导磁体线圈电流水平,使超导储能系统可以快速、准确地充放电,从而稳定直流环节功率。同时,通过引入谐振控制器的方法,对网侧变换器的控制策略进行改进,实现电网电压不对称跌落情况下,负序分量引起波动的有效控制。仿真结果表明,采用上述方案后直驱风电系统向电网输送较为平滑的有功功率、低电压穿越能力得到了提升。     

A robust SMES controller design for stabilization of inter-area oscillations based on wide area synchronized phasor measurements

This paper proposes a robust power controller design of superconducting magnetic energy storage (SMES) based on wide area synchronized phasor measurement units (PMUs) for stabilization of inter-area oscillation. The structure of active and reactive power controllers of SMES is the first-order lead/lag compensator. Assuming multiple PMUs are located in an interconnected power system, the steady state phasor data are obtained by applying the small load perturbation. Using the phasor data, the simplified oscillation model (SOM) included with SMES power controllers can be identified and applied to estimate the dominant inter-area oscillation modes. In the robust control design, unstructured system uncertainties such as various operating conditions, system parameters variation, etc., are represented by the inverse additive perturbation and included in the SOM. To enhance the system robust stability margin, the optimization of SMES control parameters is solved by genetic algorithm in the SOM. Simulation studies in the West Japan 6-machine power system confirm that the robustness of the proposed SMES is much superior to the conventional SMES against various operating conditions and fault locations.     

Nonlinear controller design of thyristor controlled series compensation for damping inter-area power oscillation

A design method of nonlinear controllers of thyristor controlled series compensation (TCSC) for damping inter-area power oscillation based on direct feedback linearization (DFL) is presented in this paper. To damp inter-area power oscillation of power systems, the power modulation action of the TCSC is illustrated firstly. Then the nonlinear model of a two-area power system with the TCSC control is constructed, and is linearized by the DFL. Finally, the design of the nonlinear optimal controller of the TCSC has been completed using the criterion of integration for time and absolute error (ITAE). The digital simulation results using NETOMAC program and detail models show that the presented controller of the TCSC can efficiently improve inter-area power oscillation damping of power systems.     

抑制区域间低频振荡的UPFC模糊滑模控制器

低频振荡是区域互联电力系统面对的重要问题。从暂态能量的角度对区域间低频振荡进行了分析,并以暂态能量函数下降为目标,分析了统一潮流控制器(UPFC)抑制区域间低频振荡的原理。进而设计了UPFC抑制区域间低频振荡的模糊滑模控制策略。该策略采用区域联络线电气量作为输入信号,构造滑模控制的切换函数,然后通过模糊控制器输出控制信号,改变UPFC串联侧输出电压,抑制低频振荡。该方法兼具滑模控制与模糊控制的优点,经四机两区域系统仿真分析,验证了所提抑制策略的有效性。     

基于变结构控制的VSC-HVDC非线性附加控制器的设计

一种新型高压直流输电(HVDC)系统是以电压源换流器(VSC)和脉宽调制(PWM)技术为基础的,具有快速、灵活的有功功率和无功功率控制能力,能改善系统的稳定性。对VSC-HVDC系统的附加控制器进行了研究,使其达到抑制系统中区域间的低频振荡的目的。将并联的多机系统等值为两机两区域系统,直流线路功率调节用一阶惯性环节等效,建立了考虑机电振荡的三阶模型;用非线性控制理论设计了基于变结构控制的VSC-HVDC附加阻尼控制器。仿真结果表明VSC-HVDC配备该阻尼控制器后,可显著增加系统振荡阻尼,迅速恢复系统稳定。     

抑制区域间低频振荡的FACTS阻尼控制

随着电力系统规模的不断扩大,区域间低频振荡正成为限制电网传输能力的瓶颈。对少数发电机组安装PSS来抑制区域间低频振荡很难有好的效果。但FACTS因其安装地点的灵活性及良好的动态性能而给抑制区域间振荡提供了新的手段。为此,利用相角补偿原理,设计控制器持续减小区域间的振荡能量,以此来实现区域间阻尼控制。以SVC为例详细说明附加阻尼控制器的设计,通过PSASP软件下的仿真结果表明,具有附加阻尼控制作用的SVC能有效地抑制区域间低频振荡。另外,对其它几种常用的FACTS器件也设计了阻尼控制器,并同样通过了PSASP下的仿真验证,阻尼效果很好。以上结果证明利用FACTS可实现区域间低频振荡的阻尼控制。     

基于超导储能系统的风电场功率控制系统设计

风电场输出功率的波动性和间歇性会给电网带来不利的影响。为了降低风电场并网对电能质量的影响,文中阐述了一种基于超导储能系统的抑制风电场功率波动的间接控制方法。利用超导储能系统的四象限功率运行能力来补偿风电场输出的有功和无功功率波动,并抑制由此产生的电网电压波动;通过合理设计超导储能系统功率调节器的带宽来优化储能量。通过对风电场连接于弱电网的仿真,验证了所提出的功率控制策略的有效性。     

基于VSC-HVDC的统一附加阻尼最优控制方法

相比于传统发电机的电力系统稳定器（PSS）,柔性直流输电（VSC-HVDC）系统可以有效控制区域间的低频振荡。考虑到VSC-HVDC系统有功无功均能对交流系统进行独立控制,提出了基于有功无功双环控制的统一低频振荡控制器,并基于VSC的有功功率和无功功率控制分别设计附加控制回路来增加控制器的控制效果。首先采用最小二乘旋转不变（TLS-ESPRIT）辨识方法获得系统小信号模型和振荡特性,然后基于辨识出的模型,利用基于最优控制理论对控制器进行设计,并将最终所设计控制器分别附加于有功控制回路与无功控制回路。PSCAD的仿真结果表明,相比于常规的有功附加控制器,所提统一控制方法能达到更好的控制效果,并能保证鲁棒性。     

Optimal location of PWM based series compensator in a power system

This paper proposes a new approach for optimal placement of PWM based Series Compensator (PWMSC) in large power systems. The proposed approach is based on the Selective Modal Analysis (SMA) and dynamics index to damp out the inter-area oscillation modes. For this reason, first, SMA is used to calculate the low frequency modes of oscillation, and then Most Dominant Line (MDL) Table based on the dynamic index is proposed which shows the influence of active power flows of the transmission lines on inter-area modes of the power system. The parameters of the PWMSC damping controller are designed by optimization based approach for the purpose of damping inter-area oscillations in practical system. Optimal PWMSC placement is validated by comparing different candidate placements based on the total damping that they provide for system. The effectiveness of the proposed method is demonstrated on the 16-machine five-area power system for various network conditions.     

Optimal location and signal selection of UPFC device for damping oscillation

Unified power flow controller (UPFC) is used for controlling the real and reactive power in transmission line and bus voltage simultaneously and independently. An additional task of UPFC is to increase transmission capacity as result of power oscillation damping. The effectiveness of this controller depends on its optimal location and proper signal selection in the power system network. A residue factor has been proposed to find the optimal location of the UPFC controllers and eigenvalue analyses are used to assess the most appropriate input signals (stabilizing signal) for supplementary damping control of UPFC to damp out the inter-area mode of oscillations. The proposed residue factor is based on the relative participation of the parameters of UPFC controller to the critical mode. A simple approach of computing the residue factor has been proposed, which combines the linearized differential algebraic equation model of the power system and the UPFC output equations. While for signal selection a right-half plane zeros (RHP zeros) and Hankel singular value (HSV) is used as tools to select the most receptive signal to a mode of the inter-area oscillation. The placements of UPFC controllers have been obtained for the base case and for the dynamic critical contingences. The effectiveness of the proposed method of placement and selection of signals are demonstrated on practical network of TNB 25 bus system of south Malaysian network and New England 39 bus system.