基于谐波状态空间模型的MMC系统高频振荡分析

为准确分析模块化多电平换流器(modularmultilevel converter,MMC)输电系统高频振荡现象,基于谐波状态空间(harmonic state space,HSS)理论,综合考虑MMC装备内部动态特性建立了二阶截断下系统的HSS模型,结合该模型计算得系统特征根分布,进而判定系统稳定性及对振荡频率进行预测。基于以上建模分析过程探究了交流网络、系统长链路延时及控制器参数对系统高频稳定性的作用规律。得出系统高频振荡由MMC装备及交流网络相互作用引起,系统高频稳定性随交流线路电阻及对地电容参数增大而提升,且系统长链路延时是引发高频振荡的主要因素,控制器部分,合理参数范围内,基频电流环参数对系统高频稳定性有显著影响,系统发生高频振荡风险随其控制带宽增大而提升,功率外环及锁相环参数对系统高频稳定性影响极小,环流抑制环参数对系统高频稳定性几乎无影响,可从优化交流网络特性、减小系统延时和围绕基频电流环附加控制环节等角度提出高频振荡抑制措施。以上分析结论通过MATLAB/Simulink时域仿真得到验证。     

基于锁相优化的MMC高频振荡抑制方案研究

近年来,基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电工程发生了多起高频振荡事故,严重威胁电力系统的安全稳定运行。现有高频振荡抑制方案能够实现大部分工况下系统高频振荡的有效抑制,但综合全频带范围内系统稳定性,仍存在特定高频振荡工况下,现有抑制方案无法对系统稳定性进行有效改善的问题。为深入认识MMC并网系统高频振荡特性并提出新的抑制方案,基于谐波状态空间(harmonic state space,HSS)理论,建立了综合考虑MMC装备内部动态及所连接交直流网络的详细模型,利用模态分析方法,探究了影响系统高频不稳定模态的主要因素及其作用规律。结果表明,部分工况下锁相环控制器比例参数,功率控制器比例参数同样对系统高频模态存在一定程度的影响。进而,提出一种基于锁相环控制器比例支路复合滤波的高频振荡抑制方案,弥补了特定高频振荡工况下,现有抑制方案的不足。最后通过MATLAB/Simulink仿真验证了理论分析的正确性。     

基于综合附加阻尼的直流配电系统稳定性提升方法

直流配电网的数学建模是分析其稳定性的理论基础,对于分析系统的运行特性具有重大意义。基于典型P-U dc下垂控制的直流配电系统,建立了以动态导纳为基础的下垂控制小扰动稳定性分析模型,分析了直流线路电阻、电感参数变化对系统稳定性的影响。利用奈奎斯特判据对系统输出导纳与输入导纳之比进行分析,以评估系统的整体稳定性。提出了基于复合补偿的综合附加阻尼直流配电系统稳定性提升控制策略,对比分析了补偿前、后系统的稳定性,通过仿真软件搭建直流配电系统模型并进行时域仿真,理论分析和仿真结果均表明所提方法可以增强系统阻尼,抑制系统振荡。     

高频振荡抑制策略对柔性直流输电系统动态性能影响的综合评估

近年来,柔性直流输电系统的高频振荡问题受到越来越多关注,相关学者已提出多种高频振荡抑制策略。然而,高频振荡抑制策略对柔性直流输电系统动态性能的影响尚未明确。文中从系统的次/超同步稳定性、动态响应特性和故障穿越特性3个方面,综合评估高频振荡抑制策略对柔性直流输电系统动态性能的影响。分别建立不同高频振荡抑制策略下模块化多电平换流器(modular multilevel convertor,MMC)的详细宽频阻抗模型,利用阻抗法分析高频振荡抑制策略对柔直系统次/超同步振荡风险的影响;构建输入–输出和扰动–输出传递函数,通过理论和仿真分析高频振荡抑制策略对柔直系统动态响应特性的影响;建立计及MMC电流内环和电容电压动态的柔直换流站故障暂态下交流电流峰值的理论分析模型,通过理论和仿真分析高频振荡抑制策略对柔直系统故障暂态特性的影响。最后,讨论高频振荡抑制策略参数交互对单一参数分析结论的影响。研究结论可为柔直工程高频振荡抑制策略的设计提供参考。     

基于振荡能量下降原理的UPFC模糊控制器设计

研究了自适应统一潮流控制器(U PFC)模糊逻辑辅助阻尼控制器的设计方法。从振荡能量函数角度分析了U PFC安装线路的功率振荡特性,提出了以降低振荡能量为控制目标的阻尼控制策略。控制器以U PFC线路的功率为输入信号,通过对系统运行状态和控制效果进行评判,应用模糊规则自适应地调节控制参数,实现对系统功率振荡的有效抑制。控制器设计不需要系统的精确模型和参数。在10机新英格兰测试系统上的仿真研究表明,该控制器控制效果明显优于线性控制器,能有效抑制系统低频振荡,提高电力系统的动态稳定性水平,且具有较强的鲁棒性。     

双馈风电场的次同步振荡分析与抑制

针对现有的风电串补系统次同步振荡的抑制措施缺乏对次同步振荡的机理研究以及参数的动态优化,物理意义大都不太明确且抑制效果受到了很大的局限性,本文建立了双馈风机串补并网系统的模型,通过数学推导详细分析了风机次同步振荡的机理并通过时域仿真分析了次同步振荡的影响因素。在此基础上,通过在转子侧附加基于遗传粒子群算法进行参数寻优的改进阻尼控制器抑制双馈风机串补并网的次同步振荡。时域仿真结果表明:与固定参数的抑制方法相比,此方法对风电串补系统的次同步振荡抑制效果更好。     

阻尼联络线低频振荡的SVC自适应模糊控制器研究

从暂态能量的角度对区域模式振荡的过程进行分析，提出以降低区域间振荡能量为控制目标的阻尼控制策略，设计出附加在SVC上的自适应模糊控制器，以提高互联系统的动态稳定性水平。该控制方案不需预知系统具体参数，通过对系统运行状态和控制效果进行评判，依据模糊规则自适应地对控制参数进行调节，实现对区域模式振荡的有效抑制。数字仿真表明，该控制器能有效地提高互联系统的动态稳定性水平，对不同的系统运行方式和振荡模式具有较强的鲁棒性。     

华中电网WAMS实测区域低频振荡仿真

2008年冰灾期间,华中电网广域测量系统(wide area measure system,WAMS)多次记录到低频振荡事件。文中以1月21日03:31:39 WAMS实测的典型区域低频振荡事件为例,利用电力系统分析综合程序6.25对其进行了仿真分析,通过频域和时域稳定计算对其进行了重现。结合选定的能量管理系统、WAMS实测运行方式及其录波数据,对潮流电压及低频振荡的静态和动态特性进行了仿真,分析了低频振荡产生的原因、振荡特点及其抑制措施,为华中电网的生产运行和发展规划提供了参考,同时对有关静态及动态模型参数和计算工具的工程可信度进行了校核,为电力系统的仿真计算提供了借鉴。     

基于改进广义预测控制的电力系统稳定器

常规的电力系统稳定器（PSS）往往离线整定其参数,未能考虑实际系统多样的运行方式,因此不能很好地提供阻尼来抑制电力系统的低频振荡。为此,采用改进的自适应广义预测控制（GPC）算法设计PSS。该控制器针对传统广义预测控制算法计算量大这一缺陷,运用快速算法,避免了矩阵求逆运算;在确定广义预测控制器参数上,改进的算法综合考虑控制增量对系统的影响及系统的动态性能,不断修正目标函数中控制增量的加权系数。仿真结果表明该PSS具有良好的动态品质和调节精度,能提高电力系统的动态稳定性,抑制低频振荡。     

直驱风电场经柔直并网诱发的次同步振荡特性

直驱风电场与柔直换流站构成的电力电子化输电系统可能存在次同步振荡的风险。为抑制该类振荡,该文采用小干扰建模方法,建立考虑MMC内部动态过程、锁相环动态过程的整体线性化数学模型。基于根轨迹方法,分析有功功率、控制器参数、等效电阻对系统稳定性的影响,并给出次同步振荡模态的主导参与变量和参与因子。结果表明,次同步振荡特征根主要与MMC和风电场的q轴参数有关,适当增加线路电阻能提高系统的稳定性。在此结论的基础上,提出在MMC外环控制器中加入串联虚拟电阻的阻尼控制策略,研究阻尼控制器参数对系统稳定性的影响,并给出参数的稳定域,电磁暂态仿真验证该文建模和阻尼控制策略的正确性。     

南阳电厂电力系统稳定器投运引起振荡的分析

电力系统稳定器(PSS)是抑制电网低频振荡的有效手段.南阳电厂在已完成参数整定的PSS投运时激发了低频增幅振荡.通过对PSS工作原理的详细分析,找出了振荡的原因,并对输入PSS的转速信号参数进行了调整.试验表明,PSS 不仅要求补偿参数正确,还要求其转速信号输入通道的增益不能太大,才能有效地抑制低频振荡.     

基于模式综合分析法的联络线功率振荡抑制措施

目前,通过合理地配置电力系统稳定器（PSS）来抑制联络线功率振荡仍然是最经济可行的方法,这需要确定与联络线振荡模式强相关的机组并对相应PSS的参数进行优化,为此,提出了模式综合分析法。该方法通过时域仿真将Prony分析法与特征值法相结合,不但能够分析联络线功率振荡的主导振荡模式及其基本信息,还能给出该振荡模式的模态信息,从而为PSS安装地点的选择提供了依据;同时,引入两点拟合法优化PSS的参数,使其在较宽频带范围内提供超前相位,从而能够抑制多个振荡模式。对某实际电网的仿真结果验证了该方法的有效性。     

电力系统稳定器反调效果的研究及验证

当前电力系统功率振荡模式越来越复杂,且动态稳定性问题日益突显。为此列举了3种当前主流电力系统稳定器(power system stabilizer,PSS)的模型结构及原理,分析了PSS模型中有功型(PSS1A)反调产生的机理及加速功率型(PSS2B)、多频段型(PSS4B)抑制反调的原理,以及有功调节速度、PSS参数选择等因素对抑制反调效果的影响。基于实时数字仿真系统对2种电力系统稳定器模型抑制反调的效果进行了验证和比较,得出其抑制反调的原理和现场参数整定的依据。指出合理的参数配置可以减小反调的发生,提高电力系统的动态稳定性,为发电机组的稳定运行和现场试验提供参考依据。     

标准测试系统中PSS参数协同优化与配置研究

选取IEEE-57节点测试系统进行振荡模式、阻尼特性和电力系统稳定器(power system stabilizer,PSS)投退分析,校核系统PSS配置的合理性及抑制低频振荡的效果。基于自适应加速粒子群算法分3步对测试系统进行PSS参数协同优化和配置,第一步对15号机PSS参数进行单机优化,对比系统阻尼;第二步对18号机进行PSS配置及其参数优化,提高测试系统阻尼;第三步对15、18号两机进行PSS参数协同优化,获得更高阻尼特性的参数。利用小干扰稳定时域仿真和普罗尼算法(Prony分析),验证得协同优化的PSS参数阻尼效果更好,系统动态安全稳定水平更高且PSS协同优化及配置方法有效可行。     

基于灵敏度分析的电力系统稳定器参数优化

推导了电力系统稳定器(PSS)参数灵敏度指标的计算过程,并在小干扰稳定分析软件SSAP中实现了2种灵敏度计算功能,即振荡模式特征值及其阻尼比对PSS参数灵敏度的计算功能,以及控制器等效交流增益不变约束下的振荡模式特征值及其阻尼比对控制器补偿相位的灵敏度的计算功能,可以对低频振荡阻尼进行优化(或约束优化)。以红海湾电厂600 MW机组为例,通过PSS参数的灵敏度分析对低频振荡阻尼进行约束优化,特征值分析与现场抗扰动试验的实测录波结果相吻合,验证了SSAP灵敏度分析理论与计算的准确性及其在工程中的指导作用。     

基于轨迹灵敏度分析的电力系统稳定器参数优化设计

提出了一种基于时域仿真的电力系统稳定器(PSS)参数优化方法.该方法将PSS的参数设置归结为优化问题,首先通过轨迹灵敏度仿真得到目标函数的梯度信息,再应用共轭梯度技术优化多个PSS参数.由于在目标函数中考虑了电力系统大扰动中的非线性特征,该方法可以抑制小扰动引起的自发性振荡及有效阻尼大扰动引起的系统振荡.在两个IEEE典型系统上进行的特征值分析及时域仿真结果验证了该方法的实用性和有效性.     

基于SAPSO算法的新投PSS参数协调预整定

为指导PSS参数整定现场实验,提高电网动态安全稳定水平,对某网B厂新投机组PSS参数进行预整定。基于粒子群算法,动态调整惯性权重和加速因子自适应变化,并引入随机变异环节,以提高粒子寻优性能,从而提出适用于PSS参数预整定的自适应加速粒子群算法(SAPSO)。建立单机无穷大和两机协调预整定仿真模型,利用SAPSO算法,对某网新投PSS参数进行单机和两机协调预整定。时域仿真和现场试验表明预整定参数阻尼效果更好,对新投机组PSS参数采用预整定方法有效可行。     

电力系统低频振荡与PSS分析

利用单机无穷大系统小干扰线性化模型从理论上分析了应用快速高增益励磁调节器后系统产生低频振荡的原因。对PSS抑制低频振荡的原理——相位补偿进行了分析。讨论了PSS的各个环节功能及参数对阻尼低频振荡的影响，并给出了某发电机组PSS相位校正的实测数据，证明PSS对低频振荡有良好有效的抑制作用。     

水电站励磁系统参数优化研究

由于电网建设与电源建设、负荷发展存在时间差,现有网架结构和地区用电负荷可能难以满足大型能源基地电能送出的需求。为了解决这一问题,提出了1套电力系统稳定器(power system stabilizer, PSS)的参数优化方案。在综合考虑系统需求及机组稳定性的基础上,通过增加1级超前滞后环节来改善本机PSS的频率特性,找出影响电能送出的振荡模式,针对该模式对机组励磁系统进行重点相位补偿。优化参数比原始参数具有更平缓的幅频特性和较大的临界增益。采用电力系统综合分析程序,分别通过时域仿真和现场试验的方法,验证了该电站开机极限功率在2010年夏季丰水期方式下可以由1 765 MW提高到2 900 MW。研究结果表明：优化并网机组PSS的参数可有效改善系统的动态稳定水平,提高电网的外送能力。     

湖北鄂西电网低频振荡抑制及PSS试验研究

针对小水电群接入大系统发生低频振荡的问题，以及湖北鄂西电网经常发生低频振荡的现象，对鄂西电网的网架结构、传输特点和振荡原理进行了分析和研究。结合鄂西电网的特点研究其抑制低频振荡的原理和方法，提出相应解决措施。通过仿真和动模试验，以及现场运行试验，证明适当采用电力系统稳定器(PSS)是一种最简单，且效果明显的抑制低频振荡的好方法。