控制系统扰动下并网变流器广义阻抗测量方法

基于广义阻抗的频域分析方法可以将变流器并网系统的振荡问题转化为原–对偶电路中广义阻抗之间的串并联谐振问题。基于原–对偶电路,增加外界激励实现广义阻抗的测量具有可行性。为此,该文提出一种在控制系统注入扰动的广义阻抗测量方法。首先,针对主动注入扰动后的变流器系统建立其等效原–对偶电路,并分析系统在主动注入扰动后的响应;其次,给出在控制系统注入扰动的广义阻抗测量原理和计算方法;最后,比较了控制系统注入扰动与一次高压侧注入扰动以及理论值的测量误差。研究表明,在控制器的带宽范围内,在控制系统注入扰动的测量方法不仅可以有效测量出变流器的广义阻抗值,而且具有一次高压侧注入扰动的测量精度。     

抑制直驱风电并网系统次/超同步振荡的储能变流器有源阻尼控制方法

为应对直驱风电并网系统接入弱电网引发的次/超同步振荡问题,针对储能变流器提出了一种改进的有源阻尼控制方法,建立了考虑所提有源阻尼控制方法的储能变流器序阻抗模型,并分析了含储能变流器的直驱风电并网系统阻抗特性。在次/超同步振荡频段,并网系统阻抗幅值较低且部分呈容性,当输出功率增大、电网短路比降低或锁相环带宽减小时,容易与感性电网阻抗发生交互,从而诱发次/超同步振荡。然后,考虑不同有源阻尼控制参数对系统稳定性的影响,并给出选取参数的方法,使直驱风电并网系统的正负序相角裕度大于零或幅频特性不与电网阻抗发生交截。分析结果表明,所提有源阻尼控制方法能够有效改善直驱风电并网系统的阻抗特性,在更为复杂恶劣的条件下,耗散振荡能量,抑制次/超同步振荡,增强系统的稳定性。最后,通过仿真验证分析的正确性。     

基于Sobol拟随机脉宽调制的电网阻抗测量方法

利用并网逆变器获取的实时电网阻抗信息可用于电网状态监测、故障诊断、并网设备稳定控制等领域,提高并网设备和电网调控的智能化水平。由于注入的扰动信号常施加于逆变器电流控制环路,阻抗测量频段受限于控制器带宽。为了提高高频阻抗测量的准确性,文中利用随机脉宽调制的频谱搬移和Sobol拟随机序列的均匀性,提出了一种基于Sobol拟随机脉宽调制(SQRPWM)的电网阻抗测量方法,并根据系统带宽和稳定性约束等条件优化设计了SQRPWM频率边界。在Starsim的实验平台上验证了所提出的SQRPWM阻抗测量方案以及单脉冲+SQRPWM混合阻抗测量方案的可行性,结果表明所提阻抗测量方案具有扰动小、高频段测量精度高的优点,并可与基于电流扰动的阻抗测量方案联合,扩展电网阻抗测量的频段,获取宽频阻抗信息。     

双模式扰动下新能源发电装备的宽频带序阻抗在线精确测量方法

宽频带阻抗测量是验证及修正新能源发电装备宽频带阻抗模型的重要方法。当待测新能源并网逆变器阻抗与电网阻抗在测量频段内的相对大小改变时,仅采用单一的电流并联注入型阻抗测量系统或者单一的电压串联注入型阻抗测量系统不能精确地测量该待测装备的宽频域(10Hz～10kHz)阻抗。该文首先分析了单一电流扰动或单一电压扰动注入方式下宽频带阻抗测量精度不高的主要原因;然后,以新能源并网逆变器的阻抗测量为研究对象,提出了双模式扰动下新能源发电装备的宽频带序阻抗在线精确测量方法,实现电网阻抗高于待测装置阻抗时注入电流扰动、电网阻抗低于待测装置阻抗时注入电压扰动的工作模式,使扰动高比例分布在待测装置侧,提高了阻抗测量精度;最后通过对阻感负载及新能源并网逆变器的阻抗在线测量,验证所提双模式扰动注入方式下阻抗在线测量方法的有效性。     

直驱风电场中SVG电压前馈阻抗重构抑制次/超同步振荡方法

直驱风电场在中低频段内呈现负阻值容性的阻抗外特性,当接入呈感性的弱电网时会相互耦合引起次/超同步振荡,不利于新能源的稳定消纳与电网的安全运行。为抑制风电场的次/超同步振荡,提出一种直驱风电场中静止无功发生器(SVG)阻抗重构控制方法。通过在风电场中的SVG控制系统内加入带通滤波器的电压前馈控制进行阻抗重构,提高风电场并网稳定性。利用谐波线性化方法,建立含所提阻抗重构控制SVG的直驱风电场序阻抗模型。基于所建立的阻抗模型和所提出的阻抗稳定性判据,对比分析未采用SVG阻抗重构控制和所提控制方法的直驱风电场的稳定性。结果表明当采用所提控制方法时,风电场在40~100 Hz频段内呈现正阻值特性,且降低了系统的容性特性,抑制了风电场次/超同步振荡,同时可以改善风电场中因并网风电机组数量增加所带来的振荡问题。最后,通过仿真验证了所提方法对抑制风电场次/超同步振荡的有效性与正确性。     

基于电压扰动源的并网逆变器输出阻抗测量方法

并网逆变器输出阻抗是判定其并网运行稳定性的重要参数,通常采用谐波电流注入法测量。但由于并网逆变器本身存在背景谐波,会影响测量结果的准确性,采用非整数谐波的偏频电流注入方法能够有效避免该问题。然而,由于实际电网运行频率在一定范围内波动,采用谐波电流源注入非整数次谐波电流时存在难以同步的问题,从而造成测量误差。针对以上问题,该文利用电压扰动与电流扰动两种阻抗测量方法的等效性,提出通过同一台电压扰动源产生基频及非整数次谐波电压进行逆变器阻抗测量的方法,以提高阻抗测量的准确性,最后通过插值获取逆变器全频段阻抗。实时数字仿真结果证明了所提测量方法的有效性和可行性。     

基于扰动电压定向的自适应电流源侵入式序阻抗测量

变流器宽频阻抗特性复杂、待测系统谐振点难以预测,增加了阻抗测量难度。为精确且稳定地实测变流器输出阻抗,提出了一种基于扰动电压定向的自适应电流源侵入式序阻抗测量方法。通过扰动电压定向控制,结合所提出的抗饱和策略,有效地实现了扰动电流自适应调整。结合阻抗测量装置的可测阻抗范围,优化设计了抗饱和策略的控制参数。仿真和实验结果表明,所提控制方法既可有效避免待测系统固有谐振点诱发的阻抗测量装置调制饱和问题,又能规避待测系统在测量过程中的潜在失稳风险。     

并网变流器序导纳模型的解耦控制方法

针对变流器中存在的频率耦合导致序阻抗法判断系统稳定性不准确的问题，提出了一种基于变流器序导纳模型的解耦控制方法。该方法在控制中引入解耦因子，并比较引入解耦因子前后变流器序导纳和耦合电流的变化。结果表明，引入解耦因子能在中低频段使序导纳的耦合项近似为0，变流器呈现出单输入单输出特性，耦合电流明显减小，从而序阻抗法能较准确地分析变流器的稳定性和系统的次同步和超同步振荡，同时解耦因子对系统的动态性能影响很小。Matlab仿真和实物实验验证了该解耦方法的正确性。     

基于阻抗辨识的沽源地区风电并网系统次同步振荡控制策略

大规模风电集群与系统交互作用引发的次同步振荡严重威胁电网运行安全。文中提出一种基于系统阻抗辨识的次同步振荡控制实现框架及计算方法。通过辨识电网侧和风场支路阻抗得到系统序阻抗，基于系统序阻抗实部值的变化来判定稳控系统切除不同风场馈线的有效性，考虑不同风场对系统阻抗的影响大小并基于最小切除量原则制定次同步振荡控制策略。针对实际电网中电网侧阻抗及风场支路阻抗难以辨识的难点，提出电网侧阻抗极限值预估和风场支路阻抗在线测量方法。基于PSCAD/EMTDC仿真平台构建沽源地区实际风场群并网系统模型，验证了所提次同步振荡控制策略的有效性。     

变流器并网系统复电路分析与广义阻抗判据适用性探讨

基于abc坐标的序阻抗判据和基于极坐标的广义阻抗判据均可将变流器并网系统的振荡问题转化为单输入单输出(single-inputsingle-output,SISO)系统进行分析,并利用电路谐振解释振荡机理,然而这些判据的适用性尚不清楚。为此,该文首先从数学上分析由两种阻抗模型得到SISO系统的原理,从物理上用原–对偶复电路统一解释该过程;其次,验证了序阻抗法需要考虑正负序间耦合的必要性,利用对序阻抗矩阵舒尔补的方法可以考虑耦合效应,但分析的传递函数可能存在不稳定极点,导致无法用电路解释振荡机理;而广义阻抗判据一般能避免该问题。进一步,从参数不确定性的角度提出传递函数的条件数指标,用于量化分析不同阻抗判据的适用性。研究表明,对于中低频振荡问题,如锁相环参与度高的次超同步振荡,广义阻抗判据具有较好的适用性。仿真验证了所提分析方法和结论的合理性。     

基于转子侧附加阻尼控制的双馈风机并网次/超同步 振荡抑制方法

针对风电经串补输电线路并网发生的多起次/超同步振荡现象,首先推导了基于有功无功解耦控制的双馈风机阻抗模型。其次分析了电网参数、双馈风机控制参数以及电机参数对风电并网系统稳定性的影响。然后针对串联补偿输电线路参数以及风机控制参数引发的次/超同步振荡现象,提出了双馈风机转子侧控制环节附加阻尼控制器的抑制方法。并对比分析阻尼器放置于功率外环以及电流内环对系统稳定性的影响,得出阻尼器放置于电流内环对次/超同步振荡抑制效果更好的结论。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建双馈风机并网模型,通过时域仿真验证了阻抗模型分析风机并网次/超同步振荡的正确性以及所提方法对次/超同步振荡抑制的有效性。     

The effect of converter configurations of HVDC links on sub- and super-synchronous disturbances to turbine units

In this paper, the rotor torque disturbances to turbine–generator units arising from harmonic interactions between converters of a HVDC system are studied. It is shown that a distinct-pulse converter configuration will be a better choice for avoiding sub- or super-synchronous resonance. For an asynchronous HVDC link, the risk of electromechanical resonance could be completely got rid of on either side of the link, no matter what directions the powers flow, if an 18-pulse converter were used on the 60 Hz side and a 12-pulse converter on the 50 Hz side. Such a configuration could still perform well even under the large frequency deviations. Furthermore, it shows that power system type plays a significant role on the possible excitation of resonance and on the probably damaging sections of a turbine–generator unit. Good match of the converter configuration and power system type is significant for a HVDC link to exempt from sub- and super-synchronous resonance.     

高压直流与含串补交流系统次/超同步铁磁谐振机理与解决措施

结合2017年5月29日富宁站换相失败恢复过程中发生的次/超同步铁磁谐振现象,通过理论分析和仿真验证明确了高压直流与含串补交流系统发生次/超同步铁磁谐振的原因.含串补交流系统在次同步谐波下阻抗幅值大幅增加,次同步频率谐波与其互补频率谐波之间的耦合作用增强;利用奈奎斯特稳定判据对交直流系统的阻抗进行分析,考虑串补后交直流系统的稳定性下降但仍然是稳定的.次同步频率谐波的存在易使变压器铁芯饱和,使系统稳定性进一步下降.理论分析和仿真结果表明,发生大扰动后,在换流器调制和变压器铁芯饱和2种非线性因素的作用下,交直流系统出现次/超同步的铁磁谐振现象,串补和交流滤波器相配合可以有效抑制这一类型的谐振.     

基于简化开关函数的电网换相换流器直流侧简化阻抗建模方法

研究换流器的阻抗频率特性对分析高压直流（HVDC）输电系统的稳定性具有重要意义。提出一种基于简化开关函数的电网换相换流器（LCC）直流侧简化阻抗建模方法。首先通过对LCC换相过程进行数学推导,提出了LCC简化开关函数;然后基于动态相量法,通过LCC交、直流之间谐波传递的分析和计算,得到了LCC直流侧简化阻抗;最后在PSCAD中建立了仿真模型,仿真结果验证了所提方法的有效性,且相比未简化方法提升了计算效率,计算结果更为可靠。所提方法能够降低建模复杂度,可为分析大型复杂系统稳定性提供LCC直流侧阻抗的快速计算模型。     

柔性直流输电稳定性分析及控制参数整定

针对柔性直流输电的特点,将其稳定性分析分为两部分,即柔直系统直流侧稳定性分析和交直流互联的稳定性分析。对于直流侧的稳定性分析,首先建立柔直系统的简化复频域电路,然后得到等效环路增益,采用Middlebrook判据进行稳定性判断;对于柔直系统与交流互联网络,首先探讨其稳定性机理,然后通过dq旋转坐标系下的电流环控制结构框图构建换流站的等效电路,并推导出换流站的等效导纳表达式,最后通过注入非特征谐波电流法进行交流侧阻抗检测,利用交直流阻抗比的频域特性进行稳定性判断,找出稳定的控制参数域。利用PSCAD/EMTDC软件对实际工程中不同等效场景下交流侧阻抗对稳定性的影响进行仿真,证明了采用所提方法进行稳定性判断及控制参数整定的有效性。     

基于宽频量测间谐波潮流计算的次/超同步振荡溯源方法

宽频量测技术的快速发展为部分新能源发电并网节点的次/超同步振荡监测提供了有效手段,但是由于测量单元布点限制,难以获得全网的振荡传播和分布。为此,提出了一种基于新能源发电并网点宽频量测间谐波潮流计算的次/超同步振荡溯源方法。给出了次同步振荡频率下间谐波潮流算法的网络模型和元件模型,总结了间谐波潮流计算的详细步骤,通过间谐波潮流计算可得到各个节点的间谐波电压电流分布,进而获得全网次/超同步振荡传播路径。当新能源发电系统次同步振荡传播引发邻近火电机组轴系扭振时,存在扭振机组间谐波等效阻抗突变的特性,从而造成间谐波潮流分布发生变化,根据预想振荡状态下间谐波潮流计算结果与实际宽频量测结果间的不同,可用于新能源发电次同步振荡引发邻近火电机组轴系扭振的溯源定位。最后,基于四机两区域系统和IEEE 10机39节点系统算例验证了所提方法的有效性和准确性。     

基于DSP的阻抗测量系统的研究

根据矢量电流电压法阻抗测量原理,以数字化测量思路,提出了一种基于DSP的阻抗测量系统。该系统以DDS信号源为测量激励,通过对标准电阻和待测阻抗元件两端的信号进行采样,将采样信号进行DFT,最终通过相关计算,实现待测信号的虚实分离,得出测量结果。系统通过设置采样频率和采样点数,有效避免了信号频谱泄漏现象而产生测量误差。通过测量试验验证,给出了几种主要测量误差引发的原因以及减小误差的有效方法,最终保证了±1%的相对误差。相比利用相敏检波器和时间数字转换器测量阻抗,该系统在保证测量精度的同时,大大简化了硬件电路和软件设计。     

模块化多电平中压变流器阻抗分析及次/超同步振荡抑制

模块化多电平换流器适合作为中高压电网的并网接口,针对光伏中压直流汇集系统潜在次/超同步振荡问题,从频域出发,系统地建立了送端电流源型并网模块化多电平变流器的正负序阻抗模型,对并网时互联系统的稳定性作出分析。频域正负序阻抗与电网阻抗交叠预测了串联补偿下光伏中压直流汇集系统次/超同步振荡现象,并验证了频域阻抗与时域波形分析的一致性。通过控制参数优化,有效抑制了模块化多电平换流器串联补偿时次/超同步振荡现象。