基于射影定理分层控制的次同步阻尼控制器设计

火电机组经高压直流输电有可能引起轴系振荡,严重影响电力系统的稳定性,故为高压直流输电系统设计次同步阻尼控制器尤为重要。从系统状态方程的角度出发,基于系统状态方程,通过滤波器提取轴系各固有扭振模态,进而提出基于TLS-ESPRIT和射影定理设计直流附加次同步阻尼控制器,最终实现各个模态的分层控制。射影控制可保留系统的主导特征根,能够在保留系统实际信息的同时降低控制器的阶数。以某电网直流系统作为实例仿真模型,仿真结果表明,基于TLS-ESPRIT和射影定理分层控制的阻尼控制器可有效增大系统阻尼,实现次同步振荡的快速抑制,且控制器阶数较低,便于工程实现。     

风电场引发火电机组次同步振荡的机理及影响因素研究

风能资源的大规模开发利用是实现能源转型升级的必然途径。然而,大规模风电场并网稳定性问题逐渐凸显,实际系统中出现了风电场引发火电机组次同步振荡现象。建立了风火联合外送系统模型,应用谐波响应法和复转矩系数法分析了风电场引发火电机组次同步振荡的机理。在此基础上,分析了火电机组轴系扭振特性、风电场容量、风速、风机转子侧变频器内环增益系数以及风电场至火电机组的电气距离对次同步振荡的影响。结果表明,轴系扭振模态可观测度越高、风电场容量越大、风机风速越高、风机转子侧变频器内环增益系数越大以及风电场与火电机组的电气距离越远,火电机组次同步振荡越剧烈。通过IEEE第一基准模型和IEEE39节点系统的时域仿真验证了上述结论的有效性。     

定速异步机型风电场机网扭振建模及仿真

以定速异步风电机组为例,建立包括三质量块轴系数学模型在内的风机模型,在此基础上建立了定速异步机型风电场多机小扰动仿真模型,研究该机型下同型风电场扭振模态及其相关因子,并对比不同风机数量及布局的风电场扭振模态。结果显示,风电场机组间轴系扭振模态出现双谐振尖峰现象,风机数量增加将导致扭振模态特征值实部趋于正半轴并且阻尼比降低;风电场机组间存在扭振传递作用,风电场风机数量和布局将影响系统的小干扰稳定性。     

风火打捆直流送出系统次同步振荡及传播特性研究

风火打捆直流送出系统由于电力电子设备与交流电网的交互影响,可能引发系统次同步电气振荡,甚至火电机组轴系扭振。为深入研究这一现象,首先分析了风火打捆直流送出系统次同步振荡的原理。然后基于某实际区域电网参数,在PSCAD软件中建立了含火电、风电、直流的500 kV、220 kV电网模型,激发出特定条件下因风电场次同步电流谐波引发的火电机组轴系扭振现象。分析了风电场次同步谐波引发火电机组扭振的必要条件,同时仿真分析了线路谐波阻抗、电流振荡频率和方式检修等对次同步谐波传播路径的影响。     

基于三质量块模型的失速型风机小信号建模和模态分析

风电场大规模接入电网可能增加区域电网低频振荡和风电机组轴系扭振的风险,研究风机建模及扭振特性是保证电力系统安全稳定的重要课题。以失速型风电机组为例,建立基于三质量块轴系模型的单机对无穷大母线系统小信号模型,并采用模态分析法探讨系统电气参数对失速型风电机组轴系扭振特性的影响。为方便不同机型及多机风电机组的扭振特性的拓展研究,系统各部分模型相对独立。在单机对无穷大母线系统模型的基础上建立简化失速型风电场多机小扰动仿真模型,研究风电场扭振模态的变化,MATLAB仿真验证了该模型用于风电机组轴系扭振问题研究的有效性和准确性。     

海上风电场经VSC-HVDC并网的次同步振荡与抑制

基于电压源换流器的柔性直流(VSC-HVDC)输电技术已经成为远距离海上风电场接入系统的理想解决方案,由于海上风电机组采用大型风力涡轮机,导致轴系各质块的弹性系数相比传统内陆风电机组有所增大,当海上风电场经VSC-HVDC并网时,将引发两种次同步振荡:风电机组轴系扭振、风电机组与VSC-HVDC换流器控制装置之间相互作用引发的次同步振荡。针对此问题,文中建立海上双馈风电场经VSC-HVDC并网的小信号模型,利用参与因子辨识出轴系扭振和装置间相互作用两种振荡模式以及与之相对应的强相关状态变量;在此基础上,通过特征值分析法绘制根轨迹曲线,进一步分析强相关状态变量参数变化对系统电气阻尼特性的影响;基于信号测试法提出了一种附加阻尼控制的双馈风电机组附加励磁阻尼控制器与柔性直流输电系统次同步阻尼控制器协同抑制措施,并通过DIgSILENT/PowerFactory仿真验证了协同抑制方法的有效性。     

含主动轴系扭振阻尼的并网双馈风电场惯量控制方法

电网中风电容量的增加,使得电力系统等效惯量减小、频率稳定性下降。为避免此风险,各国电网并网导则要求大规模风电场参与系统调频,并能提供类似同步发电机的惯量响应。本文基于时域仿真并辅以特征值分析,研究了风电场惯量控制对风电机组及电力系统运行特性的影响。传统的风电场惯量控制方法有益于电力系统频率稳定,但仿真结果揭示该控制会减小风电机组轴系扭振的阻尼,严重时将导致机组转速振荡失稳。为解决此问题,提出了含主动轴系扭振阻尼的风电场惯量控制方法,在满足并网导则有关惯量控制要求的同时可有效避免机组发生轴系扭振失稳。仿真结果验证了控制方法的有效性。     

考虑整机转矩控制的双馈风机轴系扭振机理分析及抑制策略

双馈风电机组轴系模型可等效为风力机质块经柔性轴与发电机质块连接,其轴系柔性较大,阻尼较低,现场存在轴系扭振现象.提出将整机转矩控制嵌入双馈风机两质量块数学模型中,并进行小信号线性化,得到适用于轴系动态特性分析的双馈风电机组机电小信号模型,基于该模型开展扭振机理分析和抑制策略设计.双馈风机轴系扭振本质原因是电磁转矩与发电...     

含传输线功率信号的双馈风电场附加阻尼控制策略

从抑制电力系统区域间低频振荡以及减少风电机组传动链轴系扭振方面,提出双馈风电场附加阻尼控制策略。首先,建立了考虑传动链柔性的风电机组暂态模型及控制策略。其次,提出了考虑电力系统传输线功率信号的双馈风电机组无功功率环的附加阻尼控制策略。最后,以双馈风电场接入IEEE两区域四机系统为例,针对电网传输线三相短路故障和区域内同步发电机有功功率小扰动2种情况,分别对不同阻尼信号增益下的有功功率环和无功功率环附加阻尼控制策略的系统动态性能进行仿真。比较结果表明,与无附加阻尼控制相比,基于有功功率环或无功功率环的附加阻尼控制能够更好地抑制传输线功率振荡,且无功功率环附加阻尼控制不会导致风电机组传动链轴系扭矩振荡幅值增加。     

基于射影定理次同步附加励磁阻尼控制器设计

在交流输电线路中加入串联补偿,可有效提高电力输送能力,但串联补偿的接入,有可能引起送端火电机组的次同步谐振现象,从而造成机组轴系的损坏。附加励磁阻尼控制器作为抑制次同步谐振的一种经济有效的措施而被广泛使用在实际工程中。本文从系统传递函数的角度出发,基于射影定理设计附加励磁阻尼控制器。首先通过TLS-ESPRIT算法得到发电机轴系固有扭振频率下的系统传递函数,然后基于射影定理设计附加励磁阻尼控制器,最终实现次同步谐振的抑制。以IEEE第一标准模型作为实例仿真模型。仿真结果表明,基于矩阵束算法和射影定理设计的附加励磁阻尼控制器可有效抑制交流串联补偿引起的次同步谐振,且所设计控制器具有阶数低的优点,有利于工程实现。     

风火打捆经直流送出的次同步振荡分析与抑制措施

传统火电机组与直流输电控制器相互作用会产生次同步振荡,大规模双馈风电机组接入对这种振荡产生的影响有待深入研究。本文建立了风火打捆经直流送出的典型模型,并对风火打捆经直流送出系统次同步振荡机理进行了分析,结果表明双馈风机接入能够缓解直流输电引起的火电机组次同步振荡,且风火打捆比例越高效果越好。分析了风机变频器特性与系统运行工况对火电机组次同步振荡的影响,结果表明,风机转子侧变频器内环增益系数增大、内环积分时间常数减小、直流输送功率上升、送端交流系统减弱、直流输电整流侧控制器积分时间常数减小、换流器触发角增大,会引起火电机组振荡加剧。对工程应用较多的直流附加宽带通式次同步阻尼控制器(SSDC)在风火打捆经直流送出系统中的适用性进行分析与验证,结果表明,宽带通式SSDC仍具有抑制效果。     

汽轮发电机电气参数对次同步扭振阻尼的影响

汽轮发电机是联系轴系机械系统与电力网络的中间环节,其数学模型的表现形式及参数精度对次同步扭振研究的可行性及结论有着直接的影响。通过对机电系统闭环特征值的计算分析,研究了汽轮发电机电气参数对次同步扭振阻尼的影响,指出应注意发电机次暂态电抗参数精度对次同步扭振阻尼有较大影响。     

混合型补偿装置抑制风电次同步振荡的研究

传统风电经固定串补(FSC)外送系统常引发次同步振荡(SSO)问题,威胁系统的安全运行.基于风电串补系统SSO的发生机理,提出一种由静止同步串联补偿器(SSSC)与FSC组成的混合串联补偿(HSC)装置结构的附加控制策略.充分利用SSSC的控制灵活性,使其输出次同步电压与线路次同步电流同相位,SSSC等效为系统振荡频率下的正电阻.通过HSC装置提升系统总电阻处于正值区间,进而避免系统发生SSO.介绍了HSC附加阻尼控制(SSDC)策略的结构及原理,并给出了参数整定方法.在PSCAD/EMTDC平台上搭建了华北某实际风电经HSC外送系统时域仿真模型;仿真结果表明:HSC装置可以有效抑制SSO,保证系统稳定运行;保持线路串补度不变,提高SSSC补偿度可增强系统稳定性.     

风火电组合外送系统中风电改善火电机组SSR的研究

大型煤炭基地电力与风电基地电力的组合外送在中国具有现实需求。外送通道中一般需加装串联补偿装置,以提升风火电组合外送能力,但可能导致送端火电机组发生次同步谐振（sub-synchronous resonance, SSR）。为此,基于加入风电系统的IEEE SSR第一标准测试模型,采用时域仿真及Prony阻尼比辨识法,定量分析风电场接入对其近端火电机组SSR特性的影响;并根据相位补偿原理设计风电机组附加阻尼控制器,通过动态调节风电机组的无功出力,在次频域内提供电气正阻尼,以消除SSR。此时,由于双馈风电机组采用有功、无功解耦控制,风电机组的有功出力基本不受影响。仿真结果表明,该方法能改善经串联补偿外送的大容量风火电组合系统动态特性,提高大规模风电跨区消纳能力。     

Power generation maximization of distributed photovoltaic systems using dynamic topology reconfiguration

The ‘mismatch losses’ problem is commonly encountered in distributed photovoltaic (PV) power generation systems. It can directly reduce power generation. Hence, PV array reconfiguration techniques have become highly popular to minimize the mismatch losses. In this paper, a dynamical array reconfiguration method for Total-Cross-Ties (TCT) and Series–Parallel (SP) interconnected PV arrays is proposed. The method aims to improve the maximum power output generation of a distributed PV array in different mismatch conditions through a set of inverters and a switching matrix that is controlled by a dynamic and scalable reconfiguration optimization algorithm. The structures of the switching matrix for both TCT-based and SP-based PV arrays are designed to enable flexible alteration of the electrical connections between PV strings and inverters. Also, the proposed reconfiguration solution is scalable, because the size of the switching matrix deployed in the proposed solution is only determined by the numbers of the PV strings and the inverters, and is not related to the number of PV modules in a string. The performance of the proposed method is assessed for PV arrays with both TCT and SP interconnections in different mismatch conditions, including different partial shading and random PV module failure. The average optimization time for TCT and SP interconnected PV arrays is 0.02 and 3 s, respectively. The effectiveness of the proposed dynamical reconfiguration is confirmed, with the average maximum power generation improved by 8.56% for the TCT-based PV array and 6.43% for the SP-based PV array compared to a fixed topology scheme.     

Power system transient stability assessment based on the multiple paralleled convolutional neural network and gated recurrent unit

In order to accurately evaluate power system stability in a timely manner after faults, and further improve the feature extraction ability of the model, this paper presents an improved transient stability assessment (TSA) method of CNN?+?GRU. This comprises a convolutional neural network (CNN) and gated recurrent unit (GRU). CNN has the feature extraction capability for a micro short-term time sequence, while GRU can extract characteristics contained in a macro long-term time sequence. The two are integrated to comprehensively extract the high-order features that are contained in a transient process. To overcome the difficulty of sample misclassification, a multiple parallel (MP) CNN?+?GRU, with multiple CNN?+?GRU connected in parallel, is created. Additionally, an improved focal loss (FL) function which can implement self-adaptive adjustment according to the neural network training is introduced to guide model training. Finally, the proposed methods are verified on the IEEE 39 and 145-bus systems. The simulation results indicate that the proposed methods have better TSA performance than other existing methods.     

TCSC在抑制多机电力系统次同步振荡中的应用研究

在PSCAD/EMTDC平台构建同电厂和不同电厂两机系统模型,结合测试信号法和Prony算法,分析了系统发生次同步谐振的可能性及可控串联补偿(TCSC)抑制同型和不同型两机系统次同步振荡的效果。仿真结果表明,采取新的基准容量下,同型两机等值系统的电气阻尼为原单机时候的两倍左右;TCSC在抑制两机不同型系统同步谐振(SSR)问题时,需要分别为不同发电机设计附加次同步阻尼控制器,且位于不同电厂的两机轴系之间不存在明显的扭振相互作用。     

大型风电场次同步谐振分析

含恒速异步风力发电机的大型风电场通过含串补线路外送功率时存在次同步谐振问题。以PSCAD/EMTDC仿真软件为工具,建立了适用于风电场次同步谐振分析的大型风电场仿真模型,并在多种运行方式下分析了该风电场通过一串补线路外送功率时的次同步谐振特性和机组扭振特性。另外,还分析了大型风电场与火电厂捆绑送电方式下系统次同步谐振特性。     

含常规直流和柔性直流的交直流混合系统次同步振荡抑制研究

针对背靠背直流异步联网工程中存在的次同步振荡(SSO)现象,对基于常规直流(LCC_HVDC)的次同步阻尼控制器(LCC_SSDC)和基于柔性直流(VSC_HVDC)的次同步阻尼控制器(VSC_SSDC)的协同抑制问题进行了研究。首先针对待研究输电系统,从电磁转矩矢量合成方面分析了SSDC抑制次同步振荡的机理。然后分别设计了LCC_SSDC和VSC_SSDC的结构并整定了其参数。最后在PSCAD/EMTDC上搭建电磁暂态仿真模型,仿真结果验证了结论的正确性和所设计SSDC的有效性。     

基于SVG的光伏并网SSO附加阻尼抑制策略

针对大规模光伏(photovoltaic, PV)并入弱交流电网的次同步振荡(sub-synchronous oscillation, SSO)问题,提出一种基于静止无功发生器(static var generator, SVG)附加阻尼控制策略抑制的方法。该方法提取PV并网点电压作为输入信号,通过附加次同步阻尼控制器(supplementary sub-synchronous damping controller, SSDC)生成与并网点次同步电压同相位的次同步电流信号,使SVG在次同步频率下等效为并联接入系统的正电阻,消耗SSO能量实现抑制。此外,详细分析了SSDC的结构和参数设计方法。最后,以西北某PV电站为实例,通过电磁暂态仿真验证了上述抑制控制策略在多种工况下的有效性,该控制策略可提高光伏系统的稳定裕量。