含虚拟惯性与阻尼控制的变速风电机组综合PSS控制器

大规模风电场接入电网将削弱系统的惯性和阻尼特性,不利于电网安全运行。本文首先分析变速风电机组的传统功率控制,根据虚拟转动惯量与转速调节及电网频率变化的关系,提出适用于变速风电机组的虚拟惯性控制策略,解决高风电渗透率区域电网惯性不足的问题。其次,通过分析所提虚拟惯性控制对系统阻尼特性的影响,发现该控制方法对功率振荡具有抑制作用,实现了惯性控制与阻尼控制在有功环节上的有机结合。为进一步增强风电机组的阻尼能力,提出无功阻尼控制与虚拟惯性控制相结合的综合控制方案,从而完善风电场对系统的支持能力。最后,通过对含变速风电机组区域电网的仿真分析,验证在所提控制方案下风电机组不仅能够快速对电网提供频率支持,并且具备阻尼系统功率振荡的能力。     

LCL滤波的光伏并网逆变器有源阻尼与无源阻尼混合控制

通过建立LCL滤波的光伏并网电流控制内环模型,就电网电感对谐振频率、无源阻尼效果和电容电流反馈的有源阻尼效果三者的影响进行了分析.结果表明,电网电感能降低谐振频率,增强有源阻尼效果,削弱无源阻尼效果.结合有源阻尼受延迟等控制非理想因素影响较大、而无源阻尼不受此影响的特点提出了一种采用有源阻尼与无源阻尼相结合的混合阻尼策略,它对于电网电感和控制延迟都具有良好的适应性.混合阻尼设计中以阻尼系数为对象,以阻尼系统对电网电感的适应能力为设计目标,计算和校验电流反馈系数和阻尼电阻取值,给出了具体设计方法.设计实例的仿真和实验结果证明,该方法设计的阻尼可以稳定运行,并对弱电网具有良好的适应性.     

一种基于电力系统在线平台的广域阻尼协调控制方法

实现广域阻尼控制与就地阻尼控制间的协调控制可以更为有效地抑制大型互联电网的低频振荡,具有重要理论意义和工程应用价值。为实现二者的协调控制,该文提出一种基于电力系统仿真平台的广域阻尼协调控制方法。首先,针对大电网广域协调阻尼控制问题,从多变量系统频域角度建立广域协调阻尼控制研究结构,进而借助于小增益理论研究广域控制与就地控制的影响关系,以及多广域控制间的影响关系;然后,提出广域控制器间的柔性协调因子指标,该指标能够量化广域控制与就地控制协调运行能力以及多广域控制间的协调运行能力,并提出基于电力系统实时仿真平台的柔性协调因子指标实时计算方法,以利于文章协调控制方法在实际电网中的应用。在上述研究基础上提出基于柔性协调因子的广域协调阻尼控制流程,借助电力系统实时仿真平台,实时计算系统中广域控制与就地控制间的协调运行情况,及多台广域控制间的协调运行情况,并根据电网的运行方式变化实时形成控制策略,从而实现系统的广域协调阻尼控制。通过实际电网实例验证了提出方法的有效性及在实际电网中应用的可行性。     

基于多运行方式的广域阻尼控制器协调设计方法研究

广域阻尼控制是抑制大电网低频振荡的重要手段,针对现有关于广域阻尼控制的研究大多基于简单系统,且大多基于单一运行方式设计控制器参数,在大电网及多运行方式下存在应用困难的不足,提出适用于大电网的广域阻尼控制器设计方法。首先,提出基于频域子空间辨识理论的广域阻尼控制器参数频域设计方法,该方法不需要实际系统建模,基于实测方法完成阻尼控制器参数设计,且方法实施过程简单有效,便于工程应用;然后提出基于遗传算法的广域阻尼控制器多运行方式协调设计方法,利用遗传算法多目标函数协调优化功能保证了控制器在多运行方式下的鲁棒性,同时算法实施过程不依赖于系统的详细模型,因此适用于实际大电网应用;最后,在上述研究基础上提出广域阻尼控制设计流程,为广域阻尼控制技术在实际电网中的应用提供解决方案。通过实际电网的实例验证方法的有效性及在实际电网中应用的可行性。实例分析表明,使用该文方法设计的广域阻尼控制器,系统阻尼特性大幅提升,该方法还具有适应多运行方式的特点,适用于大型互联电网的实际工程应用。     

采用混合阻尼自适应调整的并网逆变器控制方法

由于在地处偏远的分布式发电系统中,长距离的传输线以及大量变压装置的存在给电网带来一个不可忽略的等效阻抗,电网阻抗的引入会对并网系统的控制稳定性造成影响。论文对基于LCL滤波的并网逆变器控制系统进行小信号建模,以电感–电阻串联模型作为弱电网模型,研究了电网阻抗对并网逆变器控制系统稳定性的影响。论文针对无源阻尼和有源阻尼两种常用的谐振抑制方案进行了进一步分析,定量分析了不同阻尼方案下电网阻抗对控制系统的阻尼系数影响,并在此基础上提出一种弱电网工作条件下的混合阻尼控制方案;同时基于电网阻抗的在线测量实现技术,实时改变比例谐振(proportional resonant,PR)电流控制环与有源阻尼控制环的控制参数,形成基于混合阻尼的并网逆变器自适应控制策略,使得并网逆变器在各种电网阻抗条件下都可以保持稳定的控制特性。论文最后通过样机实验验证了文中所提出的并网逆变器阻抗自适应控制策略的有效性。     

LCL滤波的光伏并网逆变器阻尼影响因素分析

并网光伏逆变装置越来越多地采用电感—电容—电感(LCL)滤波器,针对其固有谐振特性而采取的阻尼控制策略成为了研究热点。以LCL滤波器、逆变器、电网为整体进行建模研究,用无源阻尼和有源阻尼中最常用的虚拟电阻法,深入分析了逆变器控制行为和电网因素对阻尼效果的影响。研究结果表明,电网的非理想电压源特性、系统控制延迟等因素会影响阻尼性能。在此基础上提出了一种采用有源与无源阻尼相结合的控制方法,有效地减少了系统控制延迟的影响,保证了阻尼具有较好的电网参数适应能力。实验结果证明了所述方法的有效性。     

PDFI控制下单相光伏并网逆变器的混合阻尼控制策略

传统的比例积分(PI)控制由于具有一定的稳态误差,无法实现对并网电流快速精确的控制,光伏系统并网以后所引入的电网电感对LCL滤波器的阻尼策略也有着不可忽略的影响。为了解决上述问题,提出了一种PDFI控制下单相光伏并网逆变器的混合阻尼控制策略。该策略介绍了比例延时反馈积分(PDFI)控制,在原有的PI控制上加上简单反馈电路,实现了并网电流的无稳态误差控制。同时分析了以阻尼系数为研究对象的混合阻尼控制,改善了电网电感对LCL滤波器的阻尼影响。理论分析、实例仿真的结果表明,该控制策略下,系统能够稳定运行,并网电流实现了精确控制,并且对电网电感具有良好的适应性。     

可控移相器附加阻尼控制器设计研究

晶闸管控制的可控移相器具有功率快速可控的特点,可用于提升故障后系统的阻尼水平。目前,可控移相器的研究主要集中在调节电网潮流方面,而用于提升系统阻尼方面的应用研究较少。在研究可控移相器附加阻尼控制方法的基础上,在PSS/E机电暂态程序中搭建可控移相器的自定义模型,基于华东电网数据模型,设计了以母线频率和线路功率作为附加阻尼控制输入的传递函数,比较了不同输入量对附加阻尼控制的效果。通过案例仿真分析得出:将线路功率作为附加阻尼控制输入信号的控制效果更优。     

直流附加阻尼控制在灵宝背靠背工程中的应用

经过系统小信号稳定分析发现 ,河南与湖南电网之间存在弱阻尼的区域振荡模式 ,河南电网还有次弱阻尼的局部振荡模式。位于河南电网的灵宝背靠背直流系统可发挥直流快速调节特性的优势改善交流系统的稳定性 ,其中对交流系统振荡的附加阻尼控制是直流可采用的措施之一。     

抑制鄂赣电网联络线低频振荡的无功功率控制探讨

本文在分析了电力系统负荷分布和负荷功率因数变化对互联电网阻尼特性影响的基础上,分析了造成鄂赣电网联络线弱阻尼低频振荡的原因,进一步提出了对该联络线低频振荡的无功功率控制方法,计算分析结果表明,该方法可以在电网现存条件之基础上实现,并能有效地阻尼这一联络线低频振荡。     

基于电压源换流器的高压直流输电系统的阻尼特性与阻尼控制

利用复数力矩分析方法近似推导了基于电压源换流器高压直流输电(voltage source converter HVDC,VSC-HVDC)系统的电磁力矩,定性分析了VSC-HVDC的快速功率控制可能会导致系统出现电气阻尼变弱或负阻尼现象。在建立包括VSC-HVDC及控制器在内的AC/DC混合系统的动态数学模型的基础上,应用最优控制理论设计了最优阻尼控制器,交直流并联系统数值仿真结果表明该附加阻尼控制方法的有效性。     

基于STATCOM-BESS有功无功控制的风电机组并网稳定性研究

为提升含高渗透率的由不同类型风电机组汇集的风电场接入系统后大电网的动态频率及电压稳定性,具备在二维空间功率运行调节能力的基于直流环储能装置的链式分级电平型静止无功发生器(STATCOM-BESS)现已广泛布局在风电场内,同时,基于STATCOM-BESS储能后备兼功率控制的双环结构附加阻尼控制可以平抑系统的功率振荡.在...     

光储联合发电系统的功率振荡特性分析与控制

高渗透光储并网发电系统功率振荡将因缺乏阻尼能力而威胁系统的动态稳定。首先分析通过调节光储系统的有功、无功增加系统阻尼的原理,并在光储联合系统并网功率控制的基础上,提出光储系统基于有功、无功控制的附加阻尼控制策略。该控制策略通过检测光伏侧直流电压变化,实现功率振荡过程中光伏并网逆变器和蓄电池储能系统的控制模式切换,使联合系统具备持续调节注入系统有功、无功功率的能力,并改善电网的阻尼特性。最后,基于渗透率约为30%的光储并网发电仿真系统,验证在系统出现振荡后,光储系统在所提控制策略下,具备通过快速功率调节抑制功率振荡的能力,从而实现多电源协调改善发电系统阻尼的控制目标。     

基于功频下垂控制的并网型储能系统惯量与阻尼特性分析

基于功频下垂控制的并网型储能系统可有效解决分布式电源大规模接入导致的电网频率稳定性降低的问题,同时等效提高电力系统的惯量水平与阻尼能力。以基于功频下垂控制的并网型储能系统为研究对象,通过建立其直流电压时间尺度的动态模型,利用静止同步发电机模型分析了影响储能系统惯性水平、阻尼效应和同步能力的主要参数及其影响规律。研究结果表明:下垂控制环节和功率控制环节是储能系统惯性效应与阻尼效应的主要来源,通过下垂系数和功率环PI参数的优化设计即可等效改变系统的惯性/阻尼特性。仿真实验的结果证明了研究结论的正确性,研究结论将有益于设计有效的储能系统控制策略,以辅助提升电网的惯性水平和阻尼能力,增强分布式发电系统及其接入电网的稳定运行能力。     

基于虚拟同步发电机的MMC受端换流器控制策略

模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)的电力电子拓扑结构决定了其零惯性的特性,对系统惯性无支撑作用,系统发生直流传输功率波动和交流系统发生短时功率失衡都可能导致与火电机组相连的交流电网频率产生较大偏差。针对上述问题,提出了一种基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)的MMC受端换流器控制策略。该控制策略在MMC功率外环控制中加入一阶惯性环节,为系统提供惯性参数和阻尼参数,使换流器在运行外特性上与同步发电机相类似。通过建立VSG数学模型,对惯性参数和阻尼参数的动态响应进行分析。基于Opal-RT实时仿真,搭建五端MMC-MTDC系统验证所提出的控制策略的正确性与有效性。仿真结果充分表明,当交直流系统功率发生波动时,该控制策略能够在不依靠复杂通信系统的条件下,有效地抑制交流电网频率波动,VSG控制策略能有效为系统提供惯性和阻尼,提高交流系统频率稳定。     

基于功频下垂控制的光伏并网发电系统惯量阻尼机理研究

针对光伏以低惯量、弱阻尼的特征大规模接入电网，给电网稳定性带来不利影响的问题，基于功频下垂控制的光伏并网发电系统，借鉴经典电气转矩分析法，从物理机制层面上分析影响系统惯量、阻尼以及同步能力的作用规律。研究结果表明对于控制参数的影响规律而言，惯量特性主要受功率环的比例系数Kp影响，且随Kp的增大而增强；阻尼特性受频率下垂系数Dp影响比较明显，且随Dp的增大而减弱；同步特性只受功率环的比例积分系数Ki影响，且随Ki的增大而增强。通过仿真验证了理论分析的正确性。     

基于李雅普诺夫函数的直流附加控制器设计

利用李雅普诺夫直接法设计了直流附加阻尼控制器,通过构造交直流系统的Lyapunov函数,设计了一个用于改善互联系统阻尼特性的直流附加控制器。该控制器利用两端换流母线处的角速度和相角,以及交流联络线上的功率作为输入信号,结构简单且易于实现。与常规的直流附加控制器相比,该控制器能更有效地抑制功率振荡,提高系统的动态稳定性。仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于暂态阻尼增强的改进VSG控制策略

针对虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)并网运行时在有功指令和电网频率扰动下存在输出有功暂态振荡问题,提出了一种基于暂态阻尼增强的改进VSG控制策略。首先,基于状态反馈理论,分析了所提控制方法的物理意义,即该策略是通过在常规VSG有功控制环中加入角频率和电磁功率的高频分量来增强系统暂态阻尼。然后,基于所提的控制方法,建立了系统的有功控制环闭环小信号模型,并通过对系统特征根的根轨迹进行分析揭示了所提控制方法对VSG有功功率振荡抑制的影响。并给出了各状态反馈参数的设计准则,指导了反馈系数的设计。所提控制策略能有效抑制有功指令突变和电网频率突变时VSG输出有功功率振荡,并且不会影响系统的稳态特性。最后,通过仿真和实验对比分析,表明所提控制方法具有更好的有功功率振荡抑制效果,并且能消除稳态偏差,且适用于不同电网强度。     

基于模糊控制的自适应虚拟同步发电机控制策略

为了解决分布式能源与电力系统兼容的问题,采用虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)技术,将同步发电机的虚拟惯量和阻尼系数引入逆变器控制,以提高系统的频率响应特性和电网应对扰动能力。在此基础上,提出一种基于模糊算法的自适应VSG虚拟惯量和阻尼系数控制策略。根据同步发电机角频率变化率和角频率偏差的变化规律,重新设计模糊规则调节虚拟惯量和阻尼系数,以提高VSG的控制效果。仿真结果表明,该策略能够合理地抑制瞬态过程中VSG频率和功率的波动,维持电网的稳定运行。     

基于超级电容的新能源惯量-阻尼-电抗综合模拟控制方案

光伏、风电等新能源发电大规模接入电网逐步替代传统同步机,导致电网惯量和阻尼水平不断下降,威胁电网安全稳定运行。针对上述问题,提出了一种基于超级电容的新能源惯量阻尼电抗综合模拟控制(composite inertia-damping-impedance emulation control, IDIE)方案。通过联立同步机转子运动方程和超级电容功率动态方程,并结合同步机功率传输方程,设计了通过控制超级电容有功功率以综合模拟同步机旋转质量、阻尼绕组和绕组电抗三者物理特性的核心算法。并利用小信号稳定性分析对方案关键参数进行优化。最后,基于控制器硬件在环试验在各种暂态工况下对IDIE方案进行了评估。结果表明,IDIE方案在灵活模拟同步机惯量的同时,可通过配置优化模拟阻尼和模拟电抗,保障频率稳定性,支撑电网动态运行。