含SVG的双馈系统切换型次同步振荡及其非光滑分岔特性分析

研究表明,改善电压稳定的无功补偿装置SVG (static var generator)可与双馈风机作用,形成次同步振荡,威胁电网安全。但其机理尚未完全明晰。有鉴于此,研究了含SVG的双馈系统的次同步振荡,说明其机理之一为限幅饱和引起的切换型振荡,并从非光滑分岔角度,分析切换型振荡随参数变化特性。具体的,首先介绍了切换型振荡和非光滑分岔,以及含SVG的双馈系统及其限幅环节;其次分析了含有SVG的双馈系统的切换型次同步振荡现象,并说明其是由限幅饱和引起的切换型振荡;然后分析了SVG不同控制参数对切换型次同步振荡的影响,确定与系统振荡相关的主要因素,给出了切换型振荡对SVG控制参数的非光滑分岔特性;最后分析了系统外部短路容量和故障严重程度对切换型振荡的影响,揭示了外部参数的非光滑分岔特性。     

电力系统超低频频率振荡机理分析与抑制研究现状与展望

现代电力系统中多次发生了超低频频率振荡事故,威胁电网的安全稳定运行。该文根据超低频频率振荡对应的数学模型、振荡轨迹特征,分析归纳超低频频率振荡的数学机理分类,即负阻尼振荡、强迫振荡、切换型振荡和其它复杂振荡4类,并从参数变化角度给出相应的分岔特性;进一步,基于上述机理分类,分别综述相应的分析方法;再次,从改善机组阻尼、改善系统阻尼和调整系统结构3个方面,分析超低频频率振荡抑制的研究现状;最后,针对目前研究较少的切换型超低频频率振荡,从分析模型、分析方法、动力学机理、物理特性、抑制手段、实际验证等角度,讨论未来可能的研究内容与方向。     

风电并网系统次同步振荡稳定性分析与控制方法研究综述

近年来,国内外多次发生并网风电场引发电力系统次同步振荡的事件,风电并网系统次同步振荡稳定性的分析与控制方法成为亟待解决的科学与工程问题。文中首先介绍了目前风电并网系统次同步振荡稳定性的分析方法——阻抗分析法、模式分析法和开环模式分析法,并从对振荡机理的揭示、稳定性评估结论的准确性和工程实用性三个方面进行了对比。其次,从负阻机理和开环模式耦合机理的角度总结归纳了近年来关于风电并网系统次同步振荡机理的研究成果。然后,从柔性输电系统及其附加阻尼控制器、风电机组换流器的控制回路附加控制环节两个方面总结归纳了风电并网系统次同步振荡的控制方法。最后,对目前风电并网系统次同步振荡稳定性分析与控制方法的研究中尚存在的问题以及有待突破的研究方向进行了总结和展望。     

简化单机水电系统负阻尼时频率振荡的类Hopf非光滑分岔分析

该文从切换型振荡角度,分析负阻尼情形下死区或限幅参与的频率振荡,说明负阻尼下超低频频率振荡(ultra-low frequency oscillation,ULFO)的机理之一是切换型振荡,并揭示了含死区和限幅的单机水电系统在突变负荷扰动下的超低频频率振荡可对应分段光滑连续系统的单次穿越型类Hopf非光滑分岔。首先,介绍分段光滑连续系统边界平衡点分岔(boundary equilibrium bifurcation,BEB)、类Hopf分岔和单次穿越型类Hopf分岔;其次,给出单水电机组电力系统的非光滑动力系统模型;然后,对比分析有/无死区和限幅(切换边界)时,单机系统负阻尼时频率振荡的差异,初步说明稳定的持续振荡与限幅和死区切换边界相关,无法单纯使用负阻尼或传统Hopf分岔来解释;进一步,借助广义Jacobi矩阵,说明有死区或限幅边界作用的切换型振荡对应的是发生单次穿越型类Hopf分岔;最后,分析突变负荷扰动下单机系统的平衡点、扰动后轨迹的非光滑分岔特性,说明单次穿越型类Hopf分岔是伴随着稳定结点穿越边界变为不稳定焦点的类Hopf分岔。     

基于阻抗频域灵敏度的双馈风电机组次同步振 荡抑制措施

随着风力发电技术的快速发展以及风电出力占比的持续增加,电力系统中出现了一种由风电机组与线路相互作用产生的新型次同步振荡现象。风电引发的次同步振荡不同于传统的次同步振荡,电力电子变换器参与了振荡的形成,其机理及抑制措施有待进一步的研究。针对双馈风电机组接入含串补电容系统引发的次同步振荡问题进行研究,首先建立了双馈风电系统的频域阻抗模型,然后引入阻抗频域灵敏度这一概念,分析了双馈风电机组控制参数对于系统次同步振荡的影响程度,并根据灵敏度分析结果提出了次同步振荡的抑制措施,最后通过时域仿真验证了所提抑制措施的有效性。     

双馈风机系统的切换型混沌振荡及其非光滑分岔特性

新能源电力系统含限幅或控制切换等非线性环节,本质上为非光滑系统,其稳定性和失稳形式复杂。对此,研究了大扰动下双馈风机并网系统中由限幅饱和导致的混沌振荡失稳机理,在数学上对应着非光滑系统轨迹发生从收敛至平衡点到混沌的非光滑分岔。首先,介绍了切换动力系统(非光滑系统)的非光滑分岔和切换型混沌;其次,分析了交流故障后双馈风机系统发生的复杂振荡现象,利用功率谱和Lyapunov指数确认其为混沌振荡,并分析了其拟周期的频率漂移特性;然后,分析了混沌振荡与限幅饱和间的关系,揭示了该混沌是由多个限幅饱和(非光滑系统切换)引起的,本质上为切换型混沌振荡;最后,从短路比、故障条件和风速等角度分析了大扰动后的切换型混沌振荡的非光滑分岔特性,结果表明在较低短路比、较大故障冲击下系统更易发生切换型混沌振荡。     

基于测试信号法的电力系统次同步振荡分析

介绍了电力系统次同步振荡的基本原理、产生机理及次同步振荡的常用分析方法。利用电力系统电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对用于次同步振荡研究的IEEE第一标准模型进行时域仿真,并利用测试信号法计算出了系统的电气阻尼转矩系数,根据该系数可知含有串联补偿电容的电力系统发生了次同步振荡失稳。     

风电并入弱交流系统引发次同步振荡的研究方法综述

随着高比例风电接入电力系统的实践日益增多,并网风电系统在弱连接条件下可能会引发次同步振荡,影响系统的安全稳定运行,因此亟需揭示其内在产生机理。现有研究试图从多个角度、采用多种分析方法阐明弱连接条件下并网风电系统的小干扰稳定性机理。这些方法的运用促进了次同步振荡机理研究的深入,同时也导致研究成果的碎片化,需要进一步梳理。针对以上情况,回顾并梳理了近年来国内外的研究成果,从时域分析、模式分析、阻抗分析及复转矩系数分析4个方面,综述了各自方法体系下的机理研究发展脉络以及弱连接条件下的应用现状。对不同分析方法在机理研究中的优势与局限进行了归纳和对比。最后,基于归纳结果,展望了各自方法在未来风电并入弱连接电网的小干扰稳定机理研究中的研究趋势和应用前景,以期为大规模风电的长距离安全稳定输送提供有益的参考。     

含并联直驱风电机组并网的风电场多开环模式谐振

针对电力系统中的次同步振荡问题,采用开环模式谐振分析方法研究了多台具有相同参数的直驱风电机组并联并网后引发电力系统次同步振荡的多开环模式谐振现象,构建了以直驱风电机组为反馈子系统和电力系统其余部分为前馈子系统组成的闭环互联模型。针对网侧换流器直流电压外环和锁相环动态主导的振荡模式,研究2个子系统之间的多开环模式谐振。模式分析计算结果表明,多台直驱风电机组的并网会导致锁相环模式的阻尼降低; 并联并网直驱风电机组的数目增加会导致电力系统的次同步振荡。     

正阻尼PMSG并网系统限幅间歇饱和引起的次/超同步振荡分析

风电并网所引起的次/超同步振荡研究多集中于小信号模型分析,较少考虑遭受大扰动后限幅等非线性影响。基于单边限幅的描述函数与广义Nyquist判据,对正阻尼直驱式永磁同步发电机(PMSG)限幅环节间歇饱和引起的切换型次/超同步振荡进行分析。首先给出并网PMSG状态空间简化模型并分析其小干扰稳定性;其次发现一种大扰动后并网PMSG因不对称单边d轴电流限幅间歇饱和引起的新型切换型振荡现象;再次结合并网PMSG网侧变流器的频域模型以及单边限幅的描述函数,给出含限幅环节的PMSG系统近似分析模型;最后结合广义Nyquist判据,近似分析不同限幅值和参数下的振荡频率,并解释该种振荡频率随限幅上限降低而增加的现象。     

不同输电方式下风电接入对传统火电次/超同步振荡影响研究

随着风电等新能源并网容量的增加,电网中风电的大规模接入为系统的稳定性带来了新的挑战。当风电机组接入火电系统时,风电机组与传统火电因交互影响产生的次同步振荡的机理尚未明确,因此值得进一步来探讨。文中采用特征值分析法建立了风火混合经交流串补及柔性直流输电并网外送系统的状态空间模型,并通过对比分析研究了风机的接入对传统火电固有振荡模式的影响,进一步地,通过改变并网距离等参数来分析系统结构参数对风机与火电交互作用引发的次/超同步振荡模式的影响;在此基础上,揭示了交流输电与直流输电两种不同输电方式下风电接入对传统火电次/超同步振荡的影响机理与因素;并利用PSCAD/EMTDC平台进行时域仿真证实了所建立系统的正确性。     

基于电容能量的模块化多电平换流器次同步振荡抑制及其阻抗分析

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)易与风机和弱电网相互作用导致次同步振荡的情况,文中提出一种基于MMC电容能量控制的次同步振荡抑制方法。该方法通过控制环流的零序分量来调制MMC中储存的电容能量,使得电容能量根据公共连接点频率对次同步振荡进行阻尼。基于谐波状态空间理论建立考虑能量控制的MMC序阻抗模型,从交流侧阻抗角度分析能量控制对MMC动态的影响,并研究MMC与风机和弱电网相互作用导致次同步振荡的机理。分析结果表明,能量阻尼控制抑制了MMC阻抗中次同步频段的谐振峰;风电出力过大或电网短路比过小时,MMC易出现次同步振荡;在MMC采取定交流电压与定功率控制两种情形下,文中提出的能量阻尼控制都能有效阻尼次同步振荡。此外,理论阻抗建模及控制器性能都在电磁暂态仿真中得到验证。     

主站瞬时技术在新疆风电次同步振荡中的应用

大量电力电子元件随着大规模风电并网和交直流混联接入电力系统,产生间谐波引起风电次同步振荡〔1-3〕,导致电力系统处于失稳边缘,严重危害电力系统安全。原有技术需结合人工分析对风电次同步振荡进行分析,耗费大量时间。文章在傅里叶算法和振荡判断方法的基础上,通过对比三种改造方案并选择主站瞬时值。实际表明,本文技术可有效减小次同步振荡损失,提升工作效率,保证内供、外送和新能源消纳任务的完成。     

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。     

适用于系统次同步振荡分析的风电场等值建模方法综述

近年来,风电并网系统次同步振荡事故在全球多地均有报道发生,严重威胁了电力系统安全稳定运行。由于风电机组单机容量较小,一个风电场内通常具有数十台甚至数百台风电机组,造成风电场模型阶数高,风电机组之间耦合复杂,合理有效地对风电场进行等值建模,是研究风电并网系统振荡机理、特性与抑制的基础。本文在现阶段对风电接入引发电力系统次同步振荡原因认识的基础上,分析了现有较为成熟的风电场动态等值方法用于风电并网系统振荡稳定性分析的优势与不足,总结了现有风电场动态等值研究成果中的遗留问题,以期为未来针对风电汇集系统小干扰等值与风电并网系统次同步振荡展开进一步研究提供参考和借鉴。     

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。     

基于谐波阻抗特性的风电次同步振荡分析

近年来,随着风力发电并网容量增加,电力电子技术被广泛使用,从而引发了新型次同步振荡问题。为应对该问题,提出了一种基于谐波阻抗特性的风电次同步振荡分析方法。通过IEEE第一标准模型对该方法的准确性和有效性进行了验证。文章建立了直驱风电场时域仿真系统,对机侧和网侧换流器进行详细建模仿真,并通过谐波阻抗特性对其进行分析,避免公式的推导和计算。结果表明,风机电力电子换流器在振荡频率下呈现较小的负值,即换流器表现为具有电容性的负阻抗,换流器呈现的电容性阻抗与交流电网的电感形成谐振回路,故系统存在次同步振荡的威胁。     

吉林通榆风电基地次同步振荡现象研究

针对吉林省通榆风电基地的次同步振荡现象,首先对风电场的振荡形态进行了归纳,发现其存在突发式短时间振荡、恒幅值长时间振荡和变动的长时间振荡等三种典型的振荡形态。然后,利用现场实验研究了不同因素对系统振荡的影响,结果表明双馈型风力发电机组和固定串补是造成振荡的根源。最后,提出了应对通榆风电基地次同步振荡的对策。     

双馈风电机组并网次同步振荡研究

首先基于次同步振荡理论,研究了双馈风电机组在弱电网并网情况下的机组脱网问题。研究发现,输电线路的串补投入和变流器控制策略对低频振荡敏感的因素导致了次同步振荡的发生;然后提出一种在网侧变流器中加入带阻尼特性的特定滤波器策略,该策略能够有效抑制风电机组与电网之间的振荡;最后,仿真结果验证了该方法的有效性。