应用飞轮储能系统阻尼电力系统低频振荡

飞轮储能系统(FESS)具有独立的有功和无功功率调节能力,通过适当的控制策略补偿系统振荡功率,能快速平息振荡,达到抑制低频振荡的目的.文中应用阻尼转矩法从理论上分析了FESS阻尼系统低频振荡的机理,并在此基础上提出FESS最佳安装地点、阻尼控制器回路、反馈信号的选择及附加阻尼控制参数整定的解决方法.以4机系统为例,特征值计算和时域仿真都表明了分析结果的正确性.     

基于阻尼转矩分析法的储能系统抑制系统低频振荡

对储能系统提高系统低频振荡稳定的机理进行研究。将阻尼转矩分析（DTA）方法扩展至包含储能元件的复杂多机系统,研究了储能元件阻尼转矩的产生、传递、分配及影响模态阻尼的机理,在此基础上提出了基于DTA的储能系统安装定位、附加稳定控制通道选择及稳定器参数配置的整定方法。计算结果和仿真表明,通过DTA方法能正确揭示储能系统抑制低频振荡的机理,同时也验证了储能系统整定方法的可行性。最后给出了该方法在实际大规模电网中应用的实例。     

基于储能控制的低频振荡抑制方法及作用机理

为深入分析储能装置抑制系统低频振荡的作用机理,建立了含储能的单机无穷大系统线性化数学模型,利用阻尼转矩分析法和特征值分析法,分析了有功功率调制的储能稳定控制(P-control)和无功功率调制的储能稳定控制(Q-control)的作用路径及作用机理,并与常规电力系统稳定器(PSS)进行对比。分析结果表明,在改变励磁增益、发电机功角以及线路阻抗变化等情况下,P-control的机电模式阻尼比均保持在较高水平;相比Q-control和传统的PSS,P-control具有更大的稳定运行区间。通过MATLAB/Simulink时域仿真,验证了分析结论的准确性。     

电力系统低频振荡定位与抑制研究

随着电力系统的不断发展,低频振荡问题对电力系统稳定性的影响日益凸显,因此,提出利用TLS-ESPRIT算法首先对低频振荡的振荡模态进行识别,并计算出各发电机组的阻尼转矩系数,进行振荡源识别与定位,然后针对振荡源设计静止无功补偿器(SVC)与电力系统稳定器(PSS)相结合的附加阻尼控制器的方法进行低频振荡抑制,其中阻尼控制器的参数设计经过混沌粒子群算法协调优化处理,起到较好的响应效果。最后通过Matlab搭建了一个四机两区域系统进行仿真分析,其结果表明了此方法能够有效地进行低频的识别与定位,投入阻尼控制器后振荡能够较快平息,验证了此方法的可靠性,提高了电力系统的稳定性。     

虚拟同步发电机接入电力系统的阻尼转矩分析

针对虚拟同步发电机(VSG)控制的电压源型逆变器接入交流系统,建立含VSG的单机无穷大系统的线性化模型,分析VSG控制的新能源接入对电力系统低频振荡的影响。采用阻尼转矩分析法揭示VSG接入对电力系统机电振荡模式的影响机理,并利用DIgSILENT/PowerFactory仿真软件进行仿真验证,结果表明:VSG通过向系统中同步发电机的机电振荡环提供阻尼转矩改变系统的整体阻尼,进而影响电力系统的振荡稳定性。     

利用并联储能型FACTS抑制特高压互联电网功率振荡

大电网互联容易造成电力系统低频振荡,随着我国电力系统规模的不断扩大,区域间低频振荡限制了互联系统间的输电能力,并危及到电力系统安全运行。因此针对互联系统的弱阻尼问题,首先比较了目前抑制低频振荡的常规措施,而特高压交流线路上出现的约0.13 Hz的超低频振荡现象利用有限的电力系统稳定器(PSS)难以抑制,故采用并联储能型柔性交流输电系统(FACTS)装置进行抑制。通过分析并联储能型FACTS装置抑制低频振荡的机理,根据相角补偿原理设计了并联储能型FACTS装置的附加阻尼控制器,并在电力系统分析综合程序(PSASP)环境下进行仿真计算。仿真结果表明,含附加阻尼控制器的并联储能型FACTS装置能有效抑制特高压交流线路的功率振荡,可以增强互联系统阻尼比,能够提高华中电网和华北电网联网的稳定水平。     

基于压缩空气储能附加阻尼控制的电力系统低频振荡抑制策略

随着电力系统中电力电子设备的渗透率大幅提升,在扰动下系统发生低频振荡失稳问题日益凸显。为此,结合压缩空气储能良好的有功调节能力,提出了抑制电网低频振荡的压缩空气储能附加阻尼控制方法。首先,建立了压缩空气储能的数学模型,分析了质量流量对其输出功率的影响。其次,分析压缩空气储能抑制低频振荡的可行性,提出了基于调节阀的附加阻尼控制器,调整质量流量,进而控制压缩空气储能的输出功率,抑制电网的低频振荡。最后,搭建含压缩空气储能的4机2区域电力系统仿真模型,验证所提方法的有效性。仿真结果显示所提方法能够为电网提供正阻尼,可较快抑制电网的低频振荡,有效提高电力系统的稳定性。     

基于阻尼转矩分析的电力系统低频振荡源定位

准确定位低频振荡参与机组并采取有效的控制措施以提高系统阻尼、快速平息系统振荡是大电网安全稳定运行的重要保障。为此,提出了一种基于总体最小二乘-旋转不变技术的信号参数估计(TLS-ESPRIT)和阻尼转矩分析(Damping Torque Analysis,DTA)方法进行低频振荡发生源定位的方法。该方法利用TLS-ESPRIT对发电机组的有功出力、角速度、功角信号进行模式分解,提取发电机高度参与的振荡模式,采用最小二乘拟合方法计算发电机高度参与振荡模式的阻尼转矩系数,然后根据阻尼转矩系数判定发电机是否为该振荡模式的振荡源。分别以4机2区和10机39节点系统为例进行仿真验证。仿真结果表明,所提出的振荡监测方法能够准确定位电力系统低频振荡源,且通过振荡源对其自身的控制能够有效地平息系统中的低频振荡现象。     

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。     

应用储能系统抑制电力系统低频振荡原理研究

基于线性化等面积法则和小干扰分析方法,提出储能系统抑制电力系统低频振荡的原理和方法.通过对装有储能系统的单机无穷大系统进行理论分析和仿真测试,结果表明储能阻尼控制能够提供系统阻尼,且控制储能系统和电力系统之间的有功功率交换获得阻尼的效果比控制无功功率交换获得阻尼的效果要好的多.     

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。     

渝鄂背靠背柔性直流附加阻尼控制策略研究

针对渝鄂异步互联北通道及三峡近区大机组与常规直流和柔性直流强耦合动态问题,建立了包含三峡左一电厂、渝鄂背靠背柔性直流以及龙政直流外送通道的简化等值系统及其详细电磁暂态数学模型。仿真研究了暂态扰动下换流站近区机组的动态稳定特性。提出采用柔性直流有功无功解耦控制回路附加阻尼控制的方法平抑扰动后机组持续缓慢衰减的功率振荡问题,分别设计了基于有功调制和无功调制的阻尼控制控制器,比较研究了两者的作用效果。研究表明,采用有功和无功协同调制的阻尼控制策略可同时快速平抑功率振荡和电压波动,提高系统的动态稳定性,可为工程应用提供参考。     

光伏电站抑制电网机电振荡的物理机制研究

通过2个受控电流源来描述光伏在机电时间尺度下的有功、无功功率输出特性,并据此建立了光伏参与机电振荡抑制时的电网有功功率分布模型,利用电气转矩法分析了光伏在振荡抑制模式下影响同步机电系统惯量水平、阻尼能力、同步特性的物理机制及其影响规律。研究结果表明:若光伏系统根据系统机电振荡过程中的转速、频率、功率、功角等特征量的变化趋势来动态地调控其输出的有功、无功功率,则电网的阻尼能力、同步特性、惯量水平将被等效地改变。因此,光伏系统可以根据电网运行需求主动地调控系统的振荡幅值、振荡周期以及振幅的衰减速度。仿真结果验证了光伏系统抑制电网机电振荡机理分析的正确性。     

双轴励磁发电机功率跟踪励磁控制系统研究

采用传统双通道励磁控制系统的双轴励磁发电机(简称为双励机)动态过程时间长,振荡幅值大,不利于电力系统的稳定运行。为此,在双励机的功率反馈环节增加不完全微分控制,提出了一种具有功率跟踪功能的励磁控制系统。对双励机动态过程中的有功功率、无功功率和励磁电流差值进行不完全微分,进而判断功率的变化趋势,调节d、q轴励磁电流的比例以改变励磁磁动势的方向,进而抑制功率的振荡,最终达到增加系统阻尼的作用。以转矩扰动和无功扰动为例,对比研究了功率跟踪励磁控制系统与双通道励磁控制系统对双励机动态过程振荡幅值和振荡时间的影响,结果表明,采用功率跟踪励磁控制系统可大幅减小系统的振荡幅值和振荡时间,有效提高系统的阻尼,为电力系统的稳定运行提供有力支撑。     

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。     

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。     

系统阻抗对竞比型低励限制控制励磁系统的稳定性影响研究

推导了单机-无穷大系统在竞比型低励限制(UEL)动作后的扩展菲利普斯模型,并基于阻尼转矩法分析了发电机励磁系统阻尼转矩系数及同步转矩系数随系统阻抗的变化特性;采用小干扰稳定性分析法,从特征根分布、阻尼比大小以及参与因子等方面研究了竞比型UEL动作后系统阻抗对系统稳定性的影响。研究结果表明:当竞比型UEL代替励磁主环控制励磁系统时,系统阻抗的增加能够提高系统阻尼,增强系统稳定性,但同时会对无功功率的稳定性产生不利的影响,增加无功功率的波动次数;基于某实际励磁调节器厂家UEL模型详细分析了其与励磁主环发生反复切换的机理,验证了无功功率波动的死区范围配合不当时会引发系统振荡的结论。     

光储联合发电系统的功率振荡特性分析与控制

高渗透光储并网发电系统功率振荡将因缺乏阻尼能力而威胁系统的动态稳定。首先分析通过调节光储系统的有功、无功增加系统阻尼的原理,并在光储联合系统并网功率控制的基础上,提出光储系统基于有功、无功控制的附加阻尼控制策略。该控制策略通过检测光伏侧直流电压变化,实现功率振荡过程中光伏并网逆变器和蓄电池储能系统的控制模式切换,使联合系统具备持续调节注入系统有功、无功功率的能力,并改善电网的阻尼特性。最后,基于渗透率约为30%的光储并网发电仿真系统,验证在系统出现振荡后,光储系统在所提控制策略下,具备通过快速功率调节抑制功率振荡的能力,从而实现多电源协调改善发电系统阻尼的控制目标。     

DFIG Oscillation Modes Causing Strong Dynamic Interactions to Degrade the Damping of Power System Low-Frequency Electromechanical Oscillations

Open-loop modal coupling is the closeness of an open-loop oscillation mode of a grid-connected DFIG to an open-loop electromechanical oscillation mode of a power system on the complex plane. When the open-loop modal coupling occurs, the dynamic interactions between the DFIG and the power system become strong and may degrade the damping of the low-frequency electromechanical oscillations (LEPOs) of the power system. In this article, analysis is carried out to explain why the open-loop modal coupling may cause the damping degradation of the LEPOs. By deriving the simplified open-loop transfer function matrices of the DFIG, existence of open-loop DFIG oscillation modes to cause the open-loop modal coupling is analytically examined. Conclusions of analytical examination are: (1) If the rotor speed is used as the input signal to the active power control outer loop of the rotor side converter (RSC) or the generic type 3 model is adopted by the reactive power control outer loop of the RSC, the DFIG may have an open-loop oscillation mode to cause the open-loop modal coupling; (2) The PLL may also contribute to an open-loop oscillation mode of the DFIG. Study cases are presented to demonstrate and evaluate the analysis and conclusions.