高压直流系统附加次同步阻尼控制器的综合设计

交直流混联电力系统中由于高压直流系统(HVDC)的快速可控性,可能导致系统产生次同步振荡,附加次同步阻尼控制器(SSDC)是解决这一问题的有效方法。以含HVDC电力系统的小干扰数学模型为基础,结合经典自动控制理论,提出了一种基于最佳相位补偿和模态分离的SSDC设计方法。结合贵广II回直流输电系统,从特征值和电气阻尼曲线两方面验证了SSDC抑制次同步振荡(SSO)的效果,同时还分析了控制器参数对电气阻尼改善效果的影响。     

基于并联电压源型换流器的次同步振荡抑制策略研究

基于电力电子装置的次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)抑制措施能够快速有效地消除火电机组的次同步振荡问题。该文基于复转矩系数法的原理,推导和分析了采用并联电压源型换流器(voltage source converter,VSC)阻尼和阻断次同步振荡的机理,并提出了一种阻尼与阻断相结合的次同步振荡抑制策略。针对实际工程中存在的次同步振荡问题,构建了实际系统的电磁暂态仿真模型,对所提出的方法进行了仿真验证。仿真结果表明,与以往抑制策略相比,所提出的抑制策略的抑制效果更加有效。     

基于SEDC和SSDC抑制HVDC系统SSO的研究

基于交直流系统按相同的设计原理设计了附加励磁阻尼控制器(SEDC)和次同步阻尼控制器(SSDC),采用测试信号法比较了两者对于轴系自然扭振频率处电气阻尼的补偿能力,用时域仿真的方法验证了比较的结果.结果表明:SSDC比SEDC在补偿点处能提供更大的电气阻尼,从而更利于抑制SSO.对此结果进行了定性的物理解释.以SEDC为研究对象,分析了其参数对抑制SSO的影响.SEDC放大倍数的电气阻尼补偿具有阻尼转移现象,只有在次同步振荡自然扭振频率不偏移的条件下才能发挥提高放大倍数对于抑制SSO的正面作用.对附加阻尼控制器设置适当的滤波器品质因数和阶数参数才能在固有振荡频率处有明显的正阻尼.     

直流输电次同步阻尼控制器的设计

次同步阻尼控制器(subsynchronous damping controller,SSDC)是解决由直流输电引起的次同步振荡(subsynchronous oscillations,SSO)的一种有效措施。在分析直流输电引发SSO机理的基础上,对抑制SSO的原理进行深度剖析,进而提出根据相位补偿原理设计SSDC的方法,该方法物理概念清晰,实现方便。将IEEE 次同步谐振标准测试系统和CIGRE直流输电标准测试系统相结合,构造了一个用于研究HVDC引发SSO的测试系统。对该测试系统的电气阻尼计算结果表明,在所设计SSDC的控制下,次同步频段内的电气阻尼大大增加,且在适当的比例系数下,电气阻尼均为正阻尼。时域仿真也验证了所设计的SSDC的有 效性。     

由直流输电引起的次同步振荡的阻尼特性分析

直流输电系统在次同步频率范围内的数学模型较难获得，这使得采用解析方法计算系统阻尼变得十分困难。文中采用时域仿真实现的复转矩系数一测试信号法，对直流输电系统的次同步振荡问题进行研究，通过频率扫描计算出了发电机组在次同步频率范围内的电气阻尼特性曲线，并同时考察了机组耦合程度、直流功率水平、触发角以及控制器参数等因素对电气阻尼的影响。还分析了直流输电换流器逆变运行时对附近发电机组次同步振荡阻尼的影响。表明由直流输电引起的次同步振荡问题只需要考虑整流站附近的发电机组，而不必考虑逆变站附近的发电机组。     

直驱风电场经HVDC送出系统的次同步阻尼控制器优化设计

直驱型风电场经高压直流输电工程送出系统曾发生由于次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)导致的事故。首先通过分析直驱风电场经HVDC送出系统主导模态的参与因子,确定了次同步阻尼控制器(subsynchronous damping controller,SSDC)的最佳安装位置。另外,提出了SSDC的参数设计方法,研究了SSDC的结构和时域性能指标,基于遗传算法(genetic algorithm,GA)设计了参数优化算法。在PSCAD/EMTDC仿真平台的验证结果表明,本文设计方法可有效抑制次同步振荡。     

复杂交直流系统次同步振荡模态辨识及仿真验证

交直流输电线路的电力系统次同步振荡(SSO)可能起因于交流线路中的串联电容补偿或HVDC控制系统,当串补交流线路与HVDC系统并存时,其相互作用使得SSO问题更加复杂。研究对象为呼辽±500kV高压直流输电系统与合串补伊冯500kV交流输电系统并存的复杂交直流系统,通过Prony算法得到可能引发该系统次同步振荡的模态,由轴系振荡模态衰减系数对比分析了不同运行方式下的SSO特性,并结合基于PSCAD/EMT-DC的时域仿真法验证了Prony算法应用于次同步振荡模态分析的有效性。研究表明,交直流系统中采用联网运行带可控串补的方式能同时抑制高压直流输电系统和交流输电线路中固定串补引起的SSO问题。     

基于测试信号法的HVDC附加次同步阻尼控制器设计

针对汽轮发电机组的次同步振荡(SSO)问题,从系统电气阻尼角度阐述了附加次同步阻尼控制器(SSDC)抑制次同步振荡的机理,进而提出一种基于测试信号法相位补偿原理的SSDC设计方法。对SSDC的结构、输入信号的选取、相位补偿等方面进行了论述和设计。在PSCAD/EMTDC中构建SSO的测试系统,基于测试信号法计算,该系统电气阻尼系数为负,表明测试系统会引发SSO。采用所设计的SSDC控制后,电气阻尼系数均为正。时域仿真也验证了所设计的SSDC能够有效抑制直流控制引起的SSO。     

基于一阶LADRC控制的直驱风机次同步振荡抑制策略

针对直驱式风电机组接入弱交流电网诱发次同步振荡 (subsynchronous oscillation, SSO) 问题,提出一阶线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control, LADRC)策略抑制该现象,从而提高系统稳定性。首先,建立直驱式风电机组的并网数学模型,分析次同步振荡频率扰动分量的传播机理;然后,进行一阶LADRC电流内环控制器设计以及参数优化整定,分析表明：控制器对于次同步频率扰动分量有较强的抑制作用。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件,建立传统PI和一阶LADRC控制的直驱式风电机组电磁暂态仿真模型。结果表明：所提方法能够阻断次同步频率扰动分量传播,有效抑制SSO。     

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。     

Sub-Synchronous Resonance damping via Doubly Fed Induction Generator

Interests of low frequency oscillation damping with the Doubly Fed Induction Generator (DFIG) has been increased recently. In addition, it is widely accepted that, the Sub-Synchronous Resonance (SSR) is another unfavorable dynamical phenomenon in power systems. In this study, the implementation of the DFIG in SSR mitigation will be investigated. The IEEE second benchmark model aggregated with a DFIG based wind farm is employed as the case study. Two different control methodologies are proposed: a Fuzzy Logic Damping Controller (FLDC) and a conventional damping controller (CDC) that are added to the main control loop of the DFIG in order to damp the SSR. To validate the results of SSR suppression via DFIG, several case studies are introduced based on changing the operation point of the system and duration of the fault. It has been shown that the DFIG can damp the SSR through both proposed methodologies, but when the system operating point or fault duration is changed, the FLDC can present a cost-effective solution for SSR damping. The Fast Fourier Transform (FFT), simulation results, and a method based on performance index (PI) are conducted to compare two controllers through various cases in Matlab.     

基于事件触发的DFIG次同步附加阻尼控制方法

为快速、准确判断和有效抑制双馈感应发电机(double fed induction generator,DFIG)并网经串补输电系统送出发生的次同步控制互作用(sub-synchronous control interaction,SSCI)问题,首先分析了DFIG经串补送出系统SSCI的作用路径,并经数学推导给出了SSCI发生判据。然后,基于该判据,进一步提出了一种基于SSCI事件触发的DFIG次同步附加阻尼控制方法,提出了适用于快速检测需求的次同步频率提取方法;引入了迟滞环节来解决电机参数不确定导致的误判问题,提高方法的鲁棒性;设计了相频特性平滑的带通滤波器,增强了控制方法对频率变化SSCI问题的适用性。最后,进行PSCAD/EMTDC仿真验证,结果表明所提控制方法能够在风速变化、串补度变化及风机参数不确定情况下较好地阻尼SSCI,且由于引入了SSCI事件判断机制,附加控制在未出现SSCI风险时退出运行,不影响风机变流器的主控制功能。与已有的附加阻尼控制方法相比,所提控制方法在较高串补度下仍然具有较好的抑制效果。     

多运行方式下风电机组变频器参与次同步相互作用的分析与抑制

大规模风电经串补线路进行远距离传送存在引发次同步相互作用的风险,系统运行方式、串补度及变频器控制参数为主要影响因素。采用概率法和模式分析相结合,分别在含双馈感应型和永磁同步型风电场系统中,研究多运行方式下风电串补系统的次同步相互作用。利用参与因子进行模式识别,研究了串补度对次同步振荡模式及概率稳定性的影响,引入概率灵敏度指标分析起主导作用的变频器PI控制参数,并基于风电机组变频器提出一种鲁棒抑制次同步相互作用的附加阻尼控制策略。仿真结果表明,双馈风电串补系统中易产生次同步控制相互作用,在网侧变频器加装鲁棒DFIG-PSS能实现其有效抑制,而永磁同步风电机组对这一相互作用具有免疫特性。     

一种基于全闭环实时数字物理仿真的次同步振荡阻尼控制

为解决呼盟系统火电机组存在的次同步振荡问题,提出一种基于静止无功补偿器的次同步振荡阻尼控制。采用RTDS实时仿真工具与实际系统控制器搭建全闭环实时数字物理仿真平台,实现验证控制策略、优化控制参数及检验控制器有效性等工作。通过频率扫描法仿真实验寻找次同步振荡中心频率,大扰动仿真实验表明,静止无功补偿器能有效抑制火电机组轴系次同步振荡,验证了控制策略正确性及可行性,为现场调试提供指导。     

SEDC与TCSC联合抑制次同步振荡的研究

可控串联补偿(TCSC)工作在调节模式时,可以连续调节线路串补度,从而改变次同步振荡的条件;此外,TCSC所产生的谐波频带非常宽,足以使次同步频率的信号通过,在某些情况下可能激发次同步振荡。因此,当系统中包含TCSC时,次同步振荡问题的研究尤为复杂。本文提出使用附加励磁阻尼控制器(SEDC)与TCSC联合运行抑制次同步振荡,分析了TCSC不同运行状态对次同步振荡产生的影响,针对TCSC的运行特性,分段设计了两组SEDC参数,并模拟实现了SEDC参数间的切换。结果表明:通过切换控制参数,SEDC获得了更好的鲁棒性,TCSC的安全运行范围大大增加。     

宁夏多直流外送系统SSO特性分析及次同步阻尼控制器设计

针对宁夏电网近电气距离耦合的火电机群与多直流输电的简化等值送端系统,利用基于复频域端口等效导纳矩阵的复转矩系数法对其进行次同步振荡(SSO)特性分析。研究表明,降低宁夏电网直流输电外送功率,加强宁夏电网送端交流系统,增强直流换流站之间电气耦合强度等均有利于改善系统SSO阻尼特性。其次,针对存在SSO风险的灵武二期电厂机组,开展直流输电附加次同步阻尼控制器设计,并通过仿真证明了其有效性。该文研究成果可为宁夏电力外送系统的运行、规划及SSO抑制提供技术支撑和参考。     

基于RSC反馈线性化的含SVG双馈风机系统次同步振荡抑制

针对含静止无功发生器(SVG)的双馈风机(DFIG)系统中的次同步振荡,提出了一种针对转子侧变流器(RSC)的反馈线性化控制方法,并分析验证了其在小/大扰动下的振荡抑制效果。首先,建立了含SVG的双馈系统22阶时域模型;其次,结合反馈线性化原理,针对RSC内环控制设计了相应的控制方法。再次,对比了小扰动下,不同参数变化时,PI控制与反馈线性化控制对系统稳定性的影响。最后,考虑限幅环节作用,分析了大扰动下,系统RSC内环采用PI控制和反馈线性化控制时的稳定性。结果表明,反馈线性化控制能有效增大平衡点的吸引域,提升系统稳定性。     

基于PRONY辨识的附加最优次同步阻尼控制器设计

在电力系统的次同步振荡分析当中,以往提出的基于系统线性化方程求解的小扰动分析方法极易形成“维数灾”,在实际复杂系统中的应用非常困难。利用Prony方法来辨识系统模型,较好的解决了电力大系统建模困难的问题。在实际系统中,不是所有状态变量都能采取利用,所以采用了状态观测器来重构系统状态,并在此基础上,利用线性最优控制理论设计了附加次同步阻尼控制器。在南方电网的实际模型中,对该控制器进行了时域仿真验证,证明了该控制的有效性和快速性。     

云南交直流系统的次同步振荡研究

以PSCAD／EMTDC软件为分析工具,对±800kV云广直流整流侧附近发电机组的次同步振荡问题进行详细的时域仿真分析,探讨了大理-和平500kV线路固定串补工程与±800kV直流输电系统共同作用对周边机组轴系扭振的影响。