调速系统频率模态对电网低频振荡的影响

随着调速系统技术的不断发展,调速系统对电网低频振荡(low frequency oscillation,LFO)的影响越来越引起人们的关注。现有理论研究表明,调速系统不仅会影响电网LFO阻尼特性,还会向电网引入一个独特的比LFO频率更低的振荡模态,该文称为频率模态,该模态会在调速系统动作时出现。该文首先采用转矩分析理论研究了调速系统对电网LFO阻尼特性的影响。然后以4机2区域系统为例,重点分析了频率模态的特点及其对LFO的影响,分析结果表明:频率模态是调速系统自身的一种控制模态,其阻尼比主要受调速比例–积分–微分控制器的参数影响;考虑到调速系统动作死区影响,在系统发生LFO且调速系统使该LFO阻尼为负的情况下,当频率模态阻尼较强时,电网功率LFO发散后会逐渐变为等幅振荡;而当频率模态阻尼较弱,电网功率LFO将会呈现出类似"拍频"的特性。最后,通过某实际互联电力系统仿真验证了上述分析结果的有效性。     

汽轮发电机参数对电力系统阻尼的影响

基于小信号分析理论,构建了用于电力系统次同步振荡和低频振荡分析的统一系统线性化模型,并进行了适当简化,主要包含轴系、汽轮机及其调速系统、发电机及其励磁系统和输电线路模型,并采用复转矩系数法对机械阻尼和电气阻尼特性进行了分析。不同参数配置对系统阻尼的影响不同,重点考虑了调速系统参数(油动机行程反馈时间常数T_2、调速器转速前馈系数K_2、汽轮机高压容积时间常数T_(cs)及再热器蒸汽容积时间常数T_(rhs))和电气参数对系统阻尼的影响。结果表明:调速系统参数对系统阻尼的影响主要集中在低频段内,并会提供较大的负阻尼;而电气参数对系统阻尼的影响则主要在次同步频段内。研究结果可为电力系统低频振荡和次同步振荡的抑制提供依据。     

汽轮机调速系统参数对电力系统阻尼特性的影响

建立了电力系统稳定计算用汽轮机及调速系统的数学模型并对其进行了适当的简化.频域分析和时域仿真表明,不同参数配置下的汽轮机调速系统对电力系统的影响不一样,它可能增加系统的阻尼,也可能减小系统阻尼.放大倍数不改变系统的分界频率,但阻尼大小、时间常数和纯延时等非线性环节是影响分界频率的主要因素.汽轮机调速系统对电力系统阻尼特...     

汽轮机调速系统引起电力系统共振机理低频振荡扰动分析

共振机理是解释电力系统发生低频振荡的理论之一.根据汽轮机功率扰动引起电力系统低频振荡的共振机理.研究了汽轮机功率变化的原因.应用MATLAB建立了汽轮机及其调速系统和电力系统相互作用的机网耦合模型,详细分析了汽轮机调速系统扰动能否引起调节汽门开度变化,进而影响汽轮机功率变化;仿真分析表明,如果汽轮机调速系统速度变动率局部过小,转子角速度偏差扰动将引起较大的调节汽门开度变化;当转子角速度偏差扰动频率与电力系统自然振荡频率接近时,可能引起电力系统发生共振机理的低频振荡.全液压调速系统的油压容易产生脉动,如果油压脉动的频率与电力系统固有频率接近时也可能引发电力系统共振机理的低频振荡.     

原动机调速系统参数对低频振荡的影响

应用MATLAB建立原动机调速系统和电力系统相互作用的机网耦合模型,分析机网耦合是否能引发电力系统低频振荡。仿真分析表明,如果水轮机调速系统微分增益偏大且水轮机输出功率对水头的偏导数随负荷变化时,在扰动下可能出现功率的低频振荡。对于汽轮机调速系统,在系统的阻尼不太强时,汽轮机控制器参数对小信号系统稳定性具有重要影响。采用比例积分微分(proportional-integral-derivative,PID)控制器时,系统在小干扰下振荡衰减;采用PI控制器时,系统小干扰下出现幅值增大的低频振荡。     

水轮机及其调速系统对电力系统低频振荡的影响

传统上在对电力系统低频振荡的研究中,励磁系统被认为是造成低频振荡的主要原因。而目前认为,水轮机及其调速系统对电力系统低频振荡的影响也不能忽略。对低频振荡的研究主要从水轮机及其调速系统的作用着手,通过对实例的计算得出特征值、相关因子等,通过相关性分析等方法得出水轮机及其调速系统对电力系统低频振荡有影响的结论。     

一种可用于监测调速系统对低频振荡影响的方法

受制于机械功率难以测量的实际情况,调速系统对低频振荡影响的在线分析较为困难。通过转矩分析分别研究了在不考虑和考虑调速2种情况下转速偏差、电磁功率偏差与机械功率偏差在功角-转速平面上的关系,发现:若调速系统提供了负阻尼转矩,则电磁功率偏差与转速偏差的夹角θ_2将小于π/2与低频振荡阻尼比ξ之差;若调速系统提供了正阻尼转矩,则θ_2将大于π/2-ξ。基于上述分析结果,提出一种基于监测量在线判断调速系统对低频振荡影响的方法。该方法通过在线辨识ξ和监测θ_2来判断θ_2与π/2-ξ的大小关系,即可确定调速系统是否对低频振荡提供负阻尼。4机2区域系统和某实际互联电力系统的仿真结果表明,在判断调速系统为低频振荡提供负阻尼后,通过使调速器进入开环控制模式能够有效提升振荡阻尼比,从而验证了所提方法的有效性和实用性。     

含双馈风电场的电力系统低频振荡模态分析

大规模风电场接入电网可能增加区域间和局部区域低频振荡和风电机组轴系扭振的风险。研究了含双馈风电场的电力系统低频振荡特性;在考虑风力机传动链、变桨控制和双馈发电机动态模型及其控制策略的情况下,建立含双馈风电场的电力系统小信号稳定性分析的详细模型;采用模态分析方法,分析了IEEE两区域四机的双馈风电系统低频振荡模态,并通过时域仿真验证了模型和模态分析的正确性。针对风电接入潮流不变和改变两种情况,研究了风电场不同运行工况、接入容量以及是否参与无功调度对系统区域间、局部振荡模态以及风电机组轴系振荡模态的影响。结果表明,含双馈风电场的系统低频振荡特性不仅受风电场运行控制及其容量大小的影响,而且与接入系统潮流变化情况密切相关,采用同步电机协调控制方式使得系统潮流不变时将有助于改善系统区域间振荡模态的阻尼。     

基于非光滑分岔的单机水电系统超低频频率振荡机理分析

针对单水电机组的电力系统,结合相图法分析水电机组调速系统限幅对超低频频率振荡的影响,揭示其发生超低频频率振荡的数学机理之一是非光滑分岔。首先,介绍限幅环节饱和导致的非光滑系统的振荡现象,说明了一般动力系统振荡的原因之一是限幅环节饱和相关的非光滑分岔;其次,给出含限幅环节的单水电机组电力系统的简单数学模型、状态方程及其平衡点特性;再次,分析不同初始条件、有/无限幅时,系统相图有/无极限环的动力学特性,说明了调速系统限幅环节作用和足够大的初值是系统发生超低频频率振荡的原因之一,揭示了系统对初值的非光滑分岔特性;最后,分析了不同系统参数对系统有/无极限环的动力学性质影响,揭示了在一定初值下的单水电机组电力系统的参数非光滑分岔特性。     

基于EMD和SSI的电力系统低频振荡模态参数识别方法

针对目前引发电力系统低频振荡的多重机理的实际情况,提出基于 EMD 和随机子空间 (Stochastic SubspaceIdentification,SSI) 的识别电力系统低频振荡模态参数的新方法.该方法直接根据端部量测数据识别出系统的低频振荡模态参数.在系统正常运行或者小扰动下可直接用 SSI 识别系统的弱阻尼模式、频率、阻尼和振型;在系统处于异常运行或者故障状态时,运用 EMD 对量测数据进行时空滤波和平稳化处理,由 SSI 辨识出相应的系统状态矩阵,经过模态分析得出低频振荡的上述模态参数.数值仿真及实例分析均表明该方法运行速度快,参数识别精度高,为电力系统低频振荡问题的研究提供了新的思路与方法.     

汽轮机中不同扰动源对共振机理低频振荡的影响

汽轮机输出的功率扰动可能引发共振机理的低频振荡,威胁电力系统的安全稳定运行.文中比较了扰动位于汽轮机本身机械部分和位于调速器部分对共振机理低频振荡的影响.首先介绍了共振机理的基本原理,在此基础上推导证明了汽轮机对其调速器内扰动信号具有较强地抑制作用.然后在单机无穷大系统中分别对扰动位于汽轮机本身机械部分和位于调速器部分时对低频振荡的影响进行仿真,仿真结果表明相同幅值和频率的扰动信号分别位于上述2种位置时,后者比前者产生更大的低频振荡幅值,验证了理论分析的有效性,为实际应用中共振机理低频振荡的抑制措施提供了参考.     

原动机调节系统对电力系统动态稳定的影响

随着电网的发展、互联系统的形成和发展,电力系统动态稳定问题日渐突出。原动机调节系统作为电力系统中的一个重要部分,在维护系统稳定和提高电能质量等方面有重要的作用。为了更好地开展区域互联电网稳定性分析,研究原动机调节系统对电力系统动态稳定的影响十分必要。该文从机理上研究原动机调节系统对电力系统动态稳定的影响。从时域和频域2方面对机理分析结论进行了验证。建立了Dw-Dd坐标系,研究得出了原动机调节系统提供正阻尼或负阻尼的区间。在Phillips-Heffron模型中引入了原动机调节系统传递函数模型,对其进行了频率响应特性及阻尼特性分析,提出了分界频率的概念,并得出了一般性结论。在单机无穷大系统和多机系统中,研究了原动机调节系统主要参数对电力系统动态稳定的影响,通过频域小干扰计算和时域Prony分析,验证了机理分析结论的正确性。原动机调节系统对电力系统动态稳定的影响,除了与调节系统本身参数有关外,还与系统振荡频率以及机组对某个振荡模式的相关程度有关。     

云广特高压直流送端孤岛运行超低频振荡与措施

大容量特高压直流输电系统与配套大型水电站构成的直流送端孤岛运行系统存在着较严重的调速器控制稳定问题。云广特高压直流送端孤岛系统也存在水电机组调速器与直流控制不协调而出现的超低频振荡现象。分析了电网超低频振荡过程中所有机组的同调特征,提出了电网超低频振荡分析模型。基于频域分析法指出了水轮机调节系统在超低频范围内存在负阻尼频带,水轮机调节系统的时间常数越大、调速器前向通道增益越大,负阻尼越显著。提出了通过退出部分机组一次调频功能或协调机组一次调频与直流频率限制控制器(FLC)动作死区设置,以直流FLC调频为主的直流孤岛频率控制策略能有效抑制孤岛系统的超低频振荡。基于实时数字仿真器(RTDS)的机网协调控制实时仿真结果验证了该策略的有效性。     

水轮发电机组低频振荡机理与稳定特性

为深入探究水轮发电机组低频振荡机理,揭示系统稳定性规律,本文利用压力引水管道弹性模型、调速器模型和三阶发电机模型,建立水轮发电机组非线性数学模型。通过数值模拟来验证所建水轮发电机组模型与实际系统的一致性和正确性。进一步地,根据水轮发电机组阻尼特性,优化PID参数,系统分析了随调速器参数变化水轮发电机组的低频振荡机理及稳定特性。此外,为了定量探究关键参数对系统稳定性的影响规律,对处于稳定振荡模式下的系统进行阻尼灵敏度分析,得到了对系统稳定性影响较为显著的关键参数。研究成果为机组稳定运行提供理论依据和技术支撑。     

汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响及其控制策略

汽轮机阀门流量特性是影响电力系统稳定性的重要因素,通过建立电网汽轮机及其调速系统、发电机、励磁系统的数学模型,研究了汽轮机调节阀门流量特性对电网安全稳定性的影响机制。数学分析和仿真结果表明,当汽轮机阀门流量特性不佳时,会引起原动机有功功率的周期性波动。针对此现象,提出了调整后的汽轮机调速系统控制策略,该策略能够抑制功率控制方式下的比例—积分—微分控制器的过度调节,有效增加系统阻尼,抑制原动机的功率波动。     

低频振荡时的汽轮机调速控制方式在线调整策略

现场运行证明,若汽轮发电机组发生低频振荡,则可尝试改变调速系统控制方式以抑制振荡。已有研究表明,若电网侧的低频电功率振荡扰动引起机械功率共振,会使转子角振幅大幅增加。因此,分析了汽轮发电机组调速系统在串级比例—积分（PI）和2种单级PI控制方式下的阻尼特性和频率特性,提出了控制方式的调整策略,以避开共振频率点。仿真表明,发生共振时,通过调整调速系统的控制方式,能有效地降低转子振幅。该方法依托调速系统的现有功能进行低频振荡抑制,便捷有效且能在线调整,对系统的稳定运行具有现实意义。     

汽轮机涉网模型参数不确定性的频域分析研究

汽轮机涉网模型的参数存在着不确定性,对于不同频率的电网扰动,同一参数的不确定性对该频段的影响不同。从频域的角度,在电力系统低频振荡的频段范围内,分析包括蒸汽容积时间常数,再热容积时间常数,回热器惯性时间常数,不等率,主蒸汽压力等的汽轮机涉网特性参数对电网稳定性的影响。     

风火打捆外送系统次同步振荡的改进自抗扰直流附加阻尼控制

针对送端电网大规模风电接入可能加剧火电机组次同步振荡的问题,提出一种基于改进遗传算法的自抗扰附加阻尼控制方法。利用基于总体最小二乘法-旋转不变技术的信号参数估计(TLS-ESPRIT)算法对系统进行次同步振荡特性辨识,根据主模比指标选择合适的控制反馈信号,得到系统在次同步频段内各振荡模式对应的低阶传递函数;结合时间乘绝对误差积分准则(ITAE)指标与极大极小值原理确定被控系统控制目标,并利用改进遗传算法寻优确定多通道自抗扰控制器参数。在PSCAD上搭建含大规模风电的测试系统模型,仿真结果表明基于改进自抗扰控制的附加次同步阻尼控制器在送端电网多种运行方式和不同故障情况下都能有效抑制汽轮发电机组的次同步振荡,鲁棒性较强,同时低阶自抗扰控制器也具有令人满意的控制效果。     

利用暂态能量分析同步发电机调速控制对稳定性的控制效果

故障期间形成的暂态能量造成发电机的摇摆振荡，故障切除后，该暂态能量（TE）是增加还是减少将决定发电机的振荡是增幅还是减幅，TE反映了发电机稳定性受到危害的程度.以单机无穷大系统为例，给出了不同故障类型下TE随时间变化的曲线，分析了汽轮机模型、水轮机模型以及调速系统附加鲁棒控制（GAHC）对TE的影响.通过理论分析和对比仿真实验得到的TE和转速曲线表明：汽轮机调速系统有助于TE衰减，水轮机的水锤效应在故障开始后的一段时间内不利于TE的衰减;从理论上证明了GAHC加快TE衰减提高同步发电机稳定性的作用;利用TE能够定量直观地评价控制方法对发电机稳定性的控制效果。