虚拟同步直驱风机低频振荡机理分析及阻尼补偿控制

虚拟同步机技术可有效提升电网的电压支撑能力,但也引入了复杂的低频振荡问题。目前,对传统虚拟同步机的低频振荡研究大多忽略直流侧及机侧动态,难以准确刻画虚拟同步直驱风机的低频振荡特性。为解决上述问题,首先,建立了计及机侧动态和直流电压动态的统一阻尼转矩模型,利用阻尼转矩法揭示了机侧转子动态产生的负阻尼转矩是导致风机低频振荡的主要原因,并分析了各环节对风机低频振荡特性的影响规律。进一步,提出了阻尼补偿控制以削弱机侧动态的负阻尼效应,有效提升了机侧耦合下风机并网系统的稳定性。最后,简要分析了所提控制在多机系统的适用性,并基于MATLAB/Simulink仿真验证了理论分析的准确性和所提控制的有效性。     

光伏与LCC-HVDC系统的次同步振荡耦合路径及阻尼特性分析

随着电网换相型高压直流(LCC-HVDC)系统送端近区光伏容量的增加,光伏经LCC-HVDC外送系统的振荡稳定性问题日益凸显。然而,光伏与LCC-HVDC系统的次同步交互作用尚不明确,相关研究较少。为此,首先建立光伏经LCC-HVDC外送系统的闭环传递函数框图,探明次同步分量在光伏与LCC-HVDC系统间传递时的耦合路径;然后,提出一种阻尼分离方法,评估交互作用对系统次同步振荡（SSO）阻尼的影响;最后,结合时域仿真进行影响因素分析。研究结果表明：光伏自身的闭合回路及光伏与LCC-HVDC系统、交流系统的耦合路径均经过与直流电容振荡模态相关的传递函数,导致各类交互作用阻尼特性共同决定系统SSO特性;对于所提算例,光伏与交流系统、光伏与LCC-HVDC系统的交互作用为SSO提供负阻尼;LCC-HVDC系统定电流控制器和光伏逆变器外环的比例系数减小、积分系数增大,或光照强度增大时,系统SSO风险增大。     

计及电压环影响的虚拟同步发电机低频振荡阻尼分析与控制

虚拟同步发电机（VSG）通过多层控制模拟同步发电机运行特性,其动态具有多时间尺度特征,并网系统存在宽频振荡模式。文中关注低频振荡模式,基于多时间尺度特性分析,建立计及相邻尺度dq轴电压环影响的类Heffron-Phillips稳定分析模型,进而借鉴传统电力系统低频振荡研究思路,应用阻尼转矩法揭示了虚拟转子运动的阻尼特性。分析发现VSG阻尼可分为两部分：虚拟转子运动自身固有阻尼和等效电磁转矩提供附加阻尼。附加阻尼为负,并深受电压环动态影响,当附加阻尼大于固有阻尼时,低频振荡模式会因阻尼不足而失稳。基于阻尼特性分析,提出一种电压环相位补偿方法,增大等效电磁转矩与阻尼分量负半轴角度,以削弱电压环引入的负阻尼影响。最后,通过仿真验证了理论分析的正确性和改进控制的有效性。     

MMC-HVDC接入对同步发电机阻尼转矩的影响机理分析

模块化多电平换流器型柔性直流输电(MMC-HVDC)接入可能引起同步发电机之间发生低频振荡失稳。为此,研究了采用功率同步控制和电流矢量控制的MMC-HVDC对同步发电机阻尼转矩的影响机理。首先,建立考虑模块化多电平换流器(MMC)影响的同步发电机改进Heffron-Philips动力学模型。随后,采用复转矩分析法,研究MMC通过网络动态耦合导致发电机出现负阻尼转矩的机理。进而,采用参数灵敏度分析,讨论和对比了两种典型控制策略下,导致同步发电机发生振荡失稳的MMC关键控制环节。最后,对采用功率同步控制的MMC提出了一种辅助控制策略,能够消除由其接入引起的同步发电机负阻尼转矩。基于PSCAD/EMTDC下搭建的多机系统电磁暂态仿真模型,验证了所提辅助控制策略的有效性和鲁棒性。     

波浪能发电控制技术研究综述

开展波浪能发电技术控制方面的研究可有效平抑电力输出的波动性,显著提升电能质量,对充分利用波浪能具有积极意义。为了让研究人员全面了解当前的研究水平和未来研究方向,对近年来国内外波浪能发电系统控制技术的研究情况进行了梳理和总结。基于国内外波浪能发电控制技术的研究成果,对波浪能发电控制技术的分布情况及热点问题进行分析;以波浪能发电装置安装位置、波浪能能量转换方式、功率输出方式为分类依据,对波浪能发电系统进行介绍;以最大功率点跟踪控制和电能质量控制为线索对波浪能发电控制技术进行分类,对控制原理、技术特点和应用情况进行对比分析。最后,对该领域后续的研究方向进行探讨和展望。该研究成果能为波浪能发电的高效转换和稳定输出控制研究提供参考。     

基于相图法的水电二阶切换系统动力学特性与振荡分析

高比例水电系统在大扰动下出现了死区、限幅作用的超低频频率振荡,其所对应的切换系统仍缺乏动力学特性分析。鉴于此,基于二阶切换系统动力学特性,结合相图法分析系统参数对其动力学特性的影响,揭示系统在不同扰动、阻尼下发生频率振荡的动力学机理。首先给出水电二阶切换系统描述,分析了系统的平衡点存在性。其次结合相图法分析不同运行条件下系统的动力学特性,证明了相关极限环的存在性。最后分析了系统的非光滑分岔特性。结果表明：当平衡点正阻尼、系统调节区域负阻尼时存在1个稳定极限环,对应严重大扰动下的频率振荡;当平衡点负阻尼、系统有限幅时存在2个稳定极限环,分别对应一般、严重大扰动下的频率振荡,且二者振荡频率较为接近。     

基于双馈风机抗阻比的次同步振荡抑制策略

现有的抑制双馈风机次同步振荡(SSO)的方法大多以转子转速偏差信号作为输入,需要较大增益的同时可能会引起超同步振荡。利用双馈风电场-串联补偿输电系统的复频域阻抗模型,将基于双馈风机网侧变流器的阻尼控制等效为虚拟阻抗,解释了双馈风机在不同抗阻比以及不同补偿角度下的作用机理;基于以线路电流为输入的次同步阻尼控制方法,提出了改进的基于双馈风机抗阻比设计最佳补偿角度的阻尼控制策略及参数整定方法。以真实风电场SSO事件为算例,在MATLAB/Simulink平台搭建双馈风电场-串联补偿输电系统的等值模型,通过时域仿真验证了所提阻尼控制策略的效果。     

一种用于电力系统低频振荡抑制的新能源电站阻尼注入控制器设计及特性分析

提出了一种基于新能源电站本地阻尼注入的电力系统稳定器(power system stabilizer,PSS)。该稳定器设计的基本思想是通过检测新能源电站端口频率信息,构建调制其输出有功或端口电压的补偿控制,依据系统功率平衡的原理,从而间接调节同步机组电磁功率输出达到抑制系统低频振荡的目的。所提出的有功功率和电压的阻尼注入控制采用统一的“增益+滤波+相位补偿”结构,其中相位补偿环节仅补偿频率测量及滤波环节在低频振荡频段的相移,无须外部电网的信息。同时基于构建的两机系统的扩展Heffron-Phillips模型,通过阻尼转矩法分析说明了光伏电站与同步发电机不同电气距离及控制参数变化情形下所提控制器均能提供较好的阻尼。最后,在Matlab/Simulink中搭建了含高比例光伏发电的四机-两区系统的仿真模型,验证分析考虑不同光伏渗透率、光照强度、接入点等场景下,所提出有功和电压阻尼注入控制的正确性及有效性。     

基于系统开环频率特性的自动发电控制振荡分析

频率振荡中与自动发电控制(AGC)过程强相关的振荡被称为AGC振荡.基于单机单负荷系统,利用开环传递函数对AGC振荡进行分析,并通过分析不同参数或环节对开环传递函数频率特性的影响,研究其对AGC振荡的影响,结果表明:AGC参数中频差系数及积分系数过大、AGC传输延时过大、机组环节频率特性的幅值过大或相位滞后过大,都会导...     

弱电网下功率同步构网型DFIG的阻尼分析及转矩振荡抑制

随着风电占比的不断增加,功率同步构网型双馈风电机组(PS-DFIG)接入弱电网下的稳定性问题受到广泛关注。相比于锁相同步跟网型控制下的功率响应特性,基于构网型控制结构的PS-DFIG中有功环与转速环交互影响更容易引发转矩产生低频振荡。为此,文中首先建立了PSDFIG系统的有功功率与发电机转速的小信号模型,分析了有功功率与转速响应的耦合特性,在此基础上借助电气阻尼分析方法研究了PS-DFIG系统环路特性对传动链低频振荡的影响。然后,基于多环路带宽设计准则,在有功环中引入微分前馈方法提高有功功率带宽,同时在转速环输出中附加转矩补偿,改善了电磁转矩的电气阻尼特性,提升了功率环参数的鲁棒性,有效降低了PS-DFIG系统传动链低频振荡的风险。最后,在RT-LAB的硬件在环平台进行了实验验证。     

虚拟同步控制对风电并网系统次同步振荡阻尼影响分析

为厘清虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)对风电并网系统次同步振荡的影响机理,建立了含VSG的风电并网系统全阶状态空间模型。以振荡频率及阻尼比为量化指标,定量评估了在次同步振荡模态下VSG的阻尼特性,并通过求解参与因子得到VSG控制参数对次同步振荡的灵敏度。最后,通过时域仿真验证了建模方法的有效性和机理分析的准确性。结果表明,尽管VSG削弱了转子侧换流器内环比例系数对次同步振荡的影响,但是该系数对次同步振荡的影响仍然最大,且VSG励磁控制积分系数对次同步振荡的影响程度高于阻尼系数。     

考虑资源运行特性的可调节负荷调峰调频优化控制策略

构建适应可调节负荷参与调度的两级自动功率控制架构,对中国华北电网可调节负荷实际业务数据进行特性分析,提出了考虑时间延迟的可调节负荷调峰自适应预控策略。通过超前预控和变步长、逐步修正的控制方法,实现长信息交互链条下可调节负荷调度指令的优化。同时,在调峰基础上,提出可调节负荷参与基线调频启动和复归策略,结合考虑负荷用户满意度进行调节偏差分配,实现了可调节负荷与常规机组协调优化控制。将可调节负荷纳入调度主站的自动功率控制范畴,提升了电网调峰和调频能力,经实际运行和在线仿真综合验证了所提策略的有效合理性。     

LCL型并网变流器交直流双侧状态反馈有源阻尼优化控制

LCL型并网变流器广泛应用于新能源发电领域,针对新能源高度渗透系统中LCL型并网变流器交直流两侧阻尼不足及谐振问题,提出交直流双侧有源阻尼优化控制策略。为抑制LCL滤波器谐振,利用状态反馈任意配置极点特性等效无源阻尼;结合最优虚拟电阻r的设计,调整极点至最优阻尼点,从而显著抑制LCL滤波器的谐振,且不牺牲其滤波特性。为提升直流电压的控制特性,在电压外环引入阻尼控制回路,并分析了阻尼作用机理。推导了最优阻尼系数计算方法,且当阻尼为最优阻尼系数时,可实现模型等效降阶,从而显著增强电压控制特性。对比分析了引入双侧阻尼前后交直流两侧的稳定性与控制特性,分析结果表明,引入阻尼后的系统具有更好的稳定性与控制特能。最后,通过MATLAB/Simulink仿真验证了双侧有源阻尼优化控制策略的有效性。     

兼顾水电机组调节性能和经济性的水电厂AGC策略

为了满足“两个细则”的要求以及充分调动水电厂提供调频辅助服务的积极性,对水电厂自动发电控制（AGC）策略中与调节性能关系密切的部分进行分析与设计,在保证机组安全性的前提下,通过对影响水电厂AGC的因素进行分析,引入与机组调节速率和调节精度相关的控制条件,在经济性目标的基础上加入参加AGC调节的机组数量最少的目标,建立水电厂AGC最优控制策略模型,确保水电厂机组AGC调节性能在电网考核合格的范围内,有效减少水电厂AGC的考核电量,保证水电厂AGC的调节品质并提高经济性。仿真结果验证了所提策略的有效性。     

电力系统低频减载的单调控制特性

新能源占比的不断提高使得频率稳定问题日渐突出,因此迫切需要研究系统的频率稳定量化评估分析方法,也需对频率安全控制的最后一道防线低频减载进行更深入的分析。将单调控制系统理论运用到低频减载分析过程中,根据单调控制系统的输入-输出判定条件,推导单机和多机系统低频减载时频率分别需要满足的保序特性量化关系。此外,分析时采用全状态模型,在保证电网规律性和解析性的同时获得更高的可扩展性,综合频率与功角、电压以及相关参数间的耦合关系。并结合灵敏度分析了电网内部变量之间的相关关系,以指导电网故障时的参数设置。最后,分析目前光伏参与调频的3种常见情况,分别说明单调控制理论的适用性,并通过算例进行验证。     

基于状态空间线性变换的主动配电网分布式电压控制

大规模分布式发电的接入使得主动配电网电压控制问题日益凸显。受限于配电网模型参数的精度,传统集中式的电压控制和基于模型的分布式电压控制策略效果受到显著影响。提出了一种基于状态空间线性升维变换的主动配电网分布式电压控制方法。通过矩阵分裂方法实现了海森矩阵的分布式求逆,将分布式控制收敛速提升至超线性收敛。基于Koopman数据驱动方法,利用配电网历史运行数据作为训练样本,构建高维线性精确潮流模型,从而推导得到电压-无功全局灵敏度,以此校正分布式牛顿控制中的迭代方向。算例结果证明,相比依赖于模型的分布式电压控制方法,所提方法具有更快的收敛速度和更优的控制收敛结果,且不受参数不精确问题影响,具有更强的工程适用性。     

考虑耦合特性的串联型MMC阻抗建模及分析

为了研究SC-MMC的阻抗特性及其主要影响因素,探究频率耦合效应对SC-MMC与电网构成的互联系统稳定性的影响,在考虑多次谐波交互耦合的SC-MMC谐波函数模型的基础上,采用多谐波线性化方法建立了SC-MMC交流侧小信号阻抗解析模型。通过仿真模型阻抗测量结果与解析模型对比验证了所建立模型的准确性,并通过案例分析验证了频率耦合效应在互联系统稳定中的重要影响,在研究互联系统稳定性时频率耦合效应应该被充分考虑。同时实验表明当互联系统发生振荡时,通过SC-MMC的控制器参数优化设计可以实现对互联系统谐振现象的抑制。     

磁链控制型双馈风电机组及其弱电网阻尼优化策略

区别于跟网型结构,采用构网型结构的双馈风电机组不存在电流环与锁相环的耦合,且具备一定的频率/电压主动支撑能力,因而更适合在弱电网下运行。针对双馈风电机组的构网型结构,提出一种磁链控制型双馈风电机组(FC-DFIG)构网方案,通过构建定子磁链外环-转子电流内环的双闭环结构实现对定子磁链矢量的幅相控制,进而调节并网功率。基于传输功率与定子磁链矢量的关系,提出FC-DFIG构网方案,并建立其小信号模型,证明该结构稳定可控。此外,针对弱电网下的低阻尼特性,基于定子d轴磁链微分前馈策略优化系统阻尼,理论和实验证明所提方案可以改善机组阻尼特性,有效提升FC-DFIG在弱电网下的稳定性。     

巴基斯坦默拉直流工程频率控制器设计及实际特性分析

巴基斯坦默拉直流投运后已经成为该国电网骨干输电通道,为帮助电网故障或非故障解列后维持稳定,默拉直流配置了频率控制器。文中从巴基斯坦电网稳定特性分析出发,提出一种基于仿真和实测相结合的频率控制器设计方法;主张应针对电网实际稳定需求并考虑送、受端电网承载能力进行频率控制器设计;总结了频率控制器的动作门槛设计方法、调制限值确定原则和控制器退出原则;分析了实际电网解列事件中频率控制器的动作特性;给出直流输电附加控制的技术基础及设计使用原则。强调直流附加控制应综合考虑交流电网稳定控制需求及实际电网特性,进行定制化设计,以期为后续交直流电网协同发展提供参考。     

一种等效微分环节反馈滤波电容电压实现有源阻尼的方法

常规的微分实现方法在直接用于反馈滤波电容电压实现有源阻尼时易放大高频噪声,影响进网电流质量以及阻尼效果。为此,提出采用负带通滤波器串联滞后校正环节来实现等效微分环节。该方法在用于反馈滤波电容电压实现有源阻尼时,不仅能够有效地抑制LCL滤波器的谐振尖峰,还对高频噪声具有抑制作用。所提策略解决了常规微分实现方法反馈LCL滤波器状态量实现有源阻尼放大高频噪声的问题。通过搭建一台实验样机,验证了所提策略的有效性。