基于西南电网异步联网条件下的水电机组超低频振荡抑制技术研究

本文结合西南电网高比例水电占比特性和水电机组频率调节功能现状,探讨了水电机组超低频振荡抑制策略,研究设计了西南电网超低频振荡条件下的水电机组调速系统超低频振荡抑制装置,提出了参数的整定优化方法,并通过半实物化仿真验证了功能有效性,对同类型电网通过水电机组进行超低频振荡抑制具有一定的借鉴作用。     

水电机组调速器附加阻尼控制仿真试验

西南电网异步运行后带来的频率稳定问题突出,其中对超低频振荡的抑制的研究成果有待在实际电网中近一步实践。本文首先对超低频振荡问题进行了概述,指出了超低频振荡根源在于水电机组原动机控制系统,随后分析了现有振荡抑制措施的局限性并提出了基于调速器附加阻尼控制(GPSS)的超低频振荡抑制方法。基于时频分析的方法对控制参数进行了整定并在Simulink中搭建了单机带负荷水电机组调速系统模型验证了GPSS的抑制效果。最后,搭建了半实物化仿真试验平台并验证了GPSS的超低频振荡抑制效果,为GPSS在实际电网中的应用提供了实践支撑。     

兼顾超低频振荡阻尼特性的水电机组一次调频多目标优化策略

针对水电高占比电网超低频振荡抑制需求及现有水电机组调速系统控制参数整定方法难以有效协调系统阻尼特性与一次调频动态性能之间矛盾关系的问题,提出一种兼顾阻尼特性的水电机组一次调频多目标优化策略。首先建立适用于小波动工况的水电机组调速系统模型,推导调速系统阻尼特性与振荡频率之间的关系表达式,引入用于协调水电机组阻尼特性和一次调频动态性能的多目标函数;然后采用预先处理和后处理相结合的约束处理策略对相应约束条件进行处理;最后采用多目标引力搜索算法对目标函数进行求解,并对非支配解集进行优选,得出水电机组在一次调频工况下的最优运行参数。仿真结果表明,采用所提策略得到的最佳兼容解能在避免一次调频被考核的同时,较好地提升调速系统在超低频段的阻尼水平,有利于抑制超低频振荡的发生。     

超低频振荡机理分析及水轮机调速系统参数优化

近年来国内外电网发生了多起超低频振荡事件,相关研究发现,超低频振荡发生的主要原因是由于水轮机调速系统在超低频段呈现明显的负阻尼。为此,在建立单机系统模型的基础上,对单机系统闭环传递函数特征方程的分析表明在比例参数与积分参数比值过小时,会发生超低频振荡;进而,对水轮机调速器阻尼特性分析进一步说明比例参数与积分参数的比值过小会引起阻尼转矩系数过小,造成调速系统向系统提供负阻尼,而引发超低频振荡。从而从机理上解释了引发超低频振荡的内在原因。接着,针对单机系统,提出一种基于水轮机调速系统控制参数的最优PID参数整定方法,此方法在抑制超低频振荡的同时,兼备调速系统的调节性能,并且,通过与粒子群算法的对比,表明此优化方法的有效性和优越性。最后,在四机两区系统中验证了优化调速系统PID参数增加系统正阻尼以抑制超低频振荡的有效性。     

高比例水电送出系统超低频频率振荡风险及影响因素分析

2016年云南电网与南方电网主网异步互联前期,开展了孤岛试验,实验过程中发生了频率低于0.1Hz的超低频频率振荡事件。2018年,渝鄂背靠背工程即将投运,工程投运后西南电网将与华北-华中主网实现异步互联。西南电网与云南电网都具有水电资源丰富、水电机组占比较高的外送型电网结构。为防御西南电网与华北-华中电网异步互联后可能引发的超低频频率振荡现象,针对故障扰动形式、调速器参数、旋转备用、开机方式和参与调频机组容量研究了超低频频率振荡的影响因素,通过仿真分析了低周减载、高周切机和直流频率控制器(frequency controller,FC)、优化水电机组比例-积分-微分(proportionalintegraldifferential,PID)参数对超低频频率振荡的抑制效果。综合对比后得出退出部分水电机组调速器或优化水电机组PID参数可抑制和解决超低频频率振荡问题。     

兼顾一次调频性能和超低频振荡抑制的水轮机调速器PID参数优化

针对水电高占比电网超低频振荡抑制需求,提出一种兼顾一次调频性能和超低频振荡抑制的水轮机调速器PID参数优化方法。以机组功率响应曲线上升时间、稳定时间以及反调功率为一次调频性能指标,以调速器和原动机系统在超低频段的阻尼水平作为超低频振荡阻尼性能指标,建立综合优化目标函数,采用智能算法进行参数优化。提升水轮机调速器在超低频段的阻尼水平,为通过调速器参数优化抑制超低频振荡提供技术手段。算例分析表明所提方法正确有效。     

调速器参数对水电主导系统稳定性影响及整定

水电主导调频的系统容易发生频率振荡现象,故在整定水轮机调速器PID参数时,往往以频率的小干扰稳定为目标进行优化。本文基于阻尼转矩法,分析了PID参数对频率振荡转矩和低频振荡转矩的影响,并通过四机二区系统进行了验证,研究结果表明,调整PID参数抑制频率振荡的同时,可能会加剧系统的低频振荡。最后提出一种适用于水电主导调频系统的PID参数整定方法,该方法在提高系统频率稳定性的同时,不会恶化弱阻尼低频振荡模式。     

基于电力系统运行参数的PSS优化

PSS能否在低频振荡的频率范围内发挥良好的阻尼作用,其参数整定是关键。针对PSS试验和参数整定,采用最大运行工况和最小运行工况对PSS参数进行校核,使PSS在低频振荡频段对各种运行方式具有更理想的补偿效果。以自并励励磁系统为例,根据实测数据利用频域分析,得到励磁系统滞后特性。论证不同运行状态对励磁系统滞后特性的影响,提出基于运行参数对PSS进行优化,使优化整定参数后的PSS在各种运行工况下都能有良好的补偿效果。结合实例,优化运行参数,使励磁系统补偿特性满足工程要求。     

增强型调速器对电网超低频振荡稳定性的影响

研究了水电机组增强型调速器对电网超低频振荡稳定性的影响。根据增强型调速器主要改进了一次调频死区的特点,利用考虑一次调频死区的调速模型,推导了计及电网稳态频率偏移量的增强型调速器一次调频死区的描述函数,给出了基于描述函数的增强型调速器对电网超低频振荡稳定性影响的理论分析结果,并在单机带负荷系统和云南电网中进行了仿真验证。结果表明,增强型调速器对超低频振荡稳定性的影响与不含一次调频死区的调速系统的稳定性、电网稳态频率偏移量以及扰动大小等因素相关,当电网稳态频率偏移量等于死区设定值时,增强型调速器机组的超低频振荡会发展成自激振荡。     

超低频振荡阻尼控制中的水轮机调速系统参数双层优化策略

该文针对水电集中外送系统中的超低频振荡问题,提出兼顾阻尼振荡和频响动态性能的水轮机调速系统参数优化策略.首先,基于复转矩法分析超低频振荡的机理及影响因素,验证了通过调整调速系统参数来抑制超低频振荡的可行性;其次,基于信息熵制定了抑制超低频振荡并确保调速系统调节能力的综合性能指标;然后,构建基于综合性能指标的鲁棒优化模型...     

水轮机调速器参数对电力系统超低频振荡的影响

实际电网中多次发生超低频振荡事件,研究发现调速系统产生的负阻尼是引起超低频振荡的重要原因。该文分别推导了水轮机调速系统在考虑PID参数下的阻尼转矩系数,并且通过分界频率和实际振荡频率分析了水轮机调速系统的阻尼特性。基于单机系统,采用粒子群优化算法对调速器PID参数进行优化,优化目标函数同时考虑了水轮机的转速偏差和调速系统的阻尼转矩,并通过阻尼转矩法比较了优化前后系统的阻尼变化,同时利用附加控制器的方法增加了系统的正阻尼,达到抑制超低频振荡的目的。最后,在4机2区域系统和云南电网中某实际直流孤岛系统中验证了超低频振荡是由调速系统产生的负阻尼所引起的。     

电网超低频振荡影响因素综合分析与抑制措施研究

近年来,国内电网发生了多起超低频振荡事件,严重影响电网的安全稳定运行。相关研究表明,水轮机调速系统在超低频段呈现明显的负阻尼是导致超低频振荡的主要原因。为进一步分析超低频振荡的影响因素,在建立单机带负荷系统模型的基础上,基于稳定域思想的综合分析表明水锤时间常数、水轮机调速器比例参数和积分参数会显著影响系统稳定性,进而引发超低频振荡。在此基础上,针对单机带负荷系统,提出了一种考虑水锤效应不确定性的调速器参数优化模型,并利用粒子群优化算法进行求解。最后,在单机带负荷系统中仿真验证了该调速器参数优化模型的有效性和鲁棒性。     

抑制超低频振荡的稳定器控制机理及策略验证

电力系统稳定器(PSS)是解决低频振荡的有效手段,但对于富集水电互联系统出现的超低频振荡,无法提供有效正阻尼。文中基于复转矩系数法对超低频振荡机理进行剖析,理论推导出附加阻尼控制的可行性。利用分频段控制思想,对传统PSS附加低通分支以拓展超低频控制段,构建新型抑制超低频振荡的PSS控制结构,同时提出频段设定和计及系统工况变化的控制参数鲁棒整定算法。通过应用于四川电网某水电外送区域的实例测试,验证了该附加阻尼控制策略对不同工况下产生的超低频振荡均能有效抑制。     

复杂电力系统多方式下低频振荡抑制器优化配置的研究

针对现代电力系统低频振荡抑制问题,该文提出能适应包含电力系统稳定器(PSS)、灵活交流输电系统(FACTS)等动态元件中的附加控制器和可同时兼顾多种运行方式的多机复杂电力系统低频振荡抑制器参数协调优化的数学模型,它避免了大多只考虑单运行方式或只计及了PSS参数优化整定的局限性;并对该模型提出基于免疫遗传算法的参数优化整定方法.免疫遗传优化方法能避免现有典型参数优化配置方法的局部极值和收敛速度较慢等问题.新疆电网多种典型运行方式的低频振荡抑制器的参数优化配置结果表明该文数学模型和优化方法是有效的.     

基于实测相频特性的电力系统稳定器参数设计

电力系统稳定器是抑制电力系统低频振荡最为有效的措施之一,其参数整定比较复杂和困难。该文依据实测的励磁系统未补偿相频特性,以励磁系统所需要补偿相位的平方与电力系统稳定器可提供相位的平方差的绝对值之和达到最小为优化目标,采用Levenberg-Marquardt优化算法,求取电力系统稳定器超前/滞后环节参数。现场机组实测相频特性的仿真结果表明,该文优化得到的电力系统稳定器参数,能较好地改善相关模式的阻尼特性,抑制电力系统低频振荡。     

水轮发电机组抑制超低频振荡的阻尼控制参数优化研究

异步联网后云南电网的某直流孤岛中,出现了长时间的超低频振荡现象,严重影响了孤岛系统的安全稳定运行。电网中水轮机的水锤效应时间常数变大,阻尼比会随之减小,导致系统的稳定性得恶化。本文利用等值的单机系统模型,基于频域响应法分析了水锤效应与系统稳定性的关系。根据调速系统的阻尼特性,在实际孤岛中进行了PID参数优化仿真试验,比较了不同PID参数下的频率稳定性,给出了调速系统与直流频率限制控制器的协调控制方法。最后,运用云南电网的某实际直流孤岛作为算例,验证了本文提出的控制方法对抑制超低频振荡的有效性。     

异步联网方式下云南电网超低频振荡的抑制措施与试验

在云南异步联网验证性试验过程中,云南电网频率出现了长时间的超低频率振荡现象,威胁电网的安全稳定运行。在单机系统及BPA仿真系统下分析了水电机组调速器不同参数以及直流频率限制控制器对频率稳定性的影响,通过仿真计算提出了调整云南水电机组调速器死区、优化PI参数等措施,并比较了不同措施的特点。经过实际电网大、小扰动试验验证,本文所提措施可以有效解决异步后云南电网的超低频振荡问题。     

UNITROL5000励磁调节器PSS参数的优化

结合PSS抑制电力系统低频振荡的基本原理及PSS参数整定原则,介绍了瑞士ABB公司UNITROL5000励磁调节器PSS的基本构成和电路数字模型。分别采用ABB厂家提供的PSS参数和现场试验所得的PSS整定参数对内蒙古岱海发电厂1号机励磁调节器的PSS进行验证试验。经过在线有补偿相频特性、负载阶跃干扰试验结果的比较,表明采用现场整定的PSS参数抑制低频振荡效果优于厂家提供的PSS参数,机组长期运行的PSS参数应按现场整定的值设置。     

基于非光滑分岔的单机水电系统超低频频率振荡机理分析

针对单水电机组的电力系统,结合相图法分析水电机组调速系统限幅对超低频频率振荡的影响,揭示其发生超低频频率振荡的数学机理之一是非光滑分岔。首先,介绍限幅环节饱和导致的非光滑系统的振荡现象,说明了一般动力系统振荡的原因之一是限幅环节饱和相关的非光滑分岔;其次,给出含限幅环节的单水电机组电力系统的简单数学模型、状态方程及其平衡点特性;再次,分析不同初始条件、有/无限幅时,系统相图有/无极限环的动力学特性,说明了调速系统限幅环节作用和足够大的初值是系统发生超低频频率振荡的原因之一,揭示了系统对初值的非光滑分岔特性;最后,分析了不同系统参数对系统有/无极限环的动力学性质影响,揭示了在一定初值下的单水电机组电力系统的参数非光滑分岔特性。     

UNITROL5000励磁调节器PSS参数的优化

结合PSS抑制电力系统低频振荡的基本原理及PSS参数整定原则,介绍了瑞士ABB公司UNITROL5000励磁调节器PSS的基本构成和电路数字模型.分别采用ABB厂家提供的PSS参数和现场试验所得的PSS整定参数对内蒙古岱海发电厂1号机励磁调节器的PSS进行验证试验.经过在线有补偿相频特性、负载阶跃干扰试验结果的比较,表明采用现场整定的PSS参数抑制低频振荡效果优于厂家提供的PSS参数,机组长期运行的PSS参数应按现场整定的值设置.