基于VSC的DCIPC抑制电力系统低频振荡的研究

根据电压源换流器(VSC)和相间功率控制器(IPC)的基本工作原理,以VSC代替IPC的移相环节构建了动态可控的相间功率控制器(DCIPC)。本文基于含一台DCIPC的单机无穷大和多机系统,建立了包含DCIPC电压源换流器VSC动态模型的系统动态方程,得到以VSC的调制比增量Δm和注入电压相角增量Δθ为输入,系统功角变化量Δδ为输出的Phillips-Heffron模型,并由此得出IPC在单机无穷大系统和多机系统中能够抑制低频振荡的理论依据。分析了IPC中阻尼功率振荡的控制参数,采取合理的控制策略调节IPC的参数,可以增加系统的阻尼转矩,使系统的振荡得到平息,提高系统运行的稳定性。     

电力系统中变换器电流时间尺度动态过程分析的幅值/频率调制方法

电压源型变换器(voltage source converter,VSC)大规模应用所引起的不同频率振荡给电力系统电流时间尺度电压幅值/频率动态带来了巨大影响。然而现有的研究没能认识到上述系统动态过程本质为内电势幅值/频率调制的过程,相关的基于内电势幅值/频率调制的VSC电流时间尺度系统动态过程分析的研究尚未开展。为此,该文提出适用于VSC电流时间尺度系统动态过程分析的幅值/频率调制方法。首先,介绍VSC多机系统模型结构及系统动态过程的内电势幅值/频率调制本质,澄清了当前普遍存在的对VSC动态过程本质为谐波动态过程的误解。然后,结合时域仿真讨论网络和VSC原始数学模型及线性化的基本挑战。最后,所提出的方法不仅能直观地分析由装备和网络所形成的内电势幅值/频率调制和有功/无功功率调制间的因果循环关系及演化规律,还能统一归纳多样化装备和网络对电力系统所关注目标–电压幅值/频率动态的影响。     

多VSG并网系统的P/ω导纳建模及功频振荡分析

现有P/ω"导纳"模型能够方便地用于VSG并联系统稳定性分析,但由于未考虑输入作用下的功频响应,制约了其在多机系统功频特性分析中的应用。该文提出将VSG有功和频率控制环路等效为包含第一和第二P/ω"导纳"的二端网络,考虑电网阻抗的影响,构建多VSG并网的功频响应分析模型,该模型能够全面描述多机并网系统中各台VSG的有功功率和角频率响应。基于多VSG并网的节点P/ω"导纳"矩阵,推导出VSG输出功率受3类因素影响:自身有功指令输入、与其他VSG的交互作用以及电网频率扰动。通过传递函数分析VSG数量、电网等效阻抗及惯性常数变化时,这3类影响因素的功频振荡特性及其变化规律。最后,仿真结果验证了上述模型及理论分析的正确性和有效性。     

电力系统频率动态与功角振荡的耦合特性分析

为探究频率动态与功角振荡间的耦合特性，文中以双机系统为例推导扰动后系统稳定电网频率动态特性和功角振荡机理，基于扩展等面积准则(extended equal area criterion,EEAC)扩展至多机系统，提出了基于Pearson系数的耦合强度量化评估指标，根据频率动态特征和功角振荡特征对耦合关系进行量化。文中分析了功角振荡对频率动态特征指标的影响，量化评估了不同频率动态指标与功角振荡指标的耦合强度。理论分析和算例结果表明构建的指标体系具有合理性，电力系统的频率动态与功角振荡相互耦合，为频率和功角的优化控制措施提供了参考。     

基于等效仿真模型的VSC-HVDC 次同步振荡阻尼特性分析

电压源换相高压直流输电(VSC-HVDC)是基于电压源换流器(VSC)的新一代高压直流输电技术。该文首先分析VSC的工作原理，在此基础上建立以交流侧受控电压源和直流侧受控电流源描述的VSC等效仿真模型。通过与VSC-HVDC电路模型的时域和频域响应对比,验证利用VSC等效仿真模型分析VSC-HVDC次同步频率范围内动态特性的有效性。利用复转矩系数法的时域实现方法--测试信号法及VSC-HVDC等效仿真模型，可计算得到连续且光滑的发电机电气阻尼De特性曲线；基于De曲线，分析VSC-HVDC采用不同控制方式及比例积分(PI)控制器中比例系数和积分时间常数，对发电机电气阻尼特性的影响。最后对加入VSC-HVDC的IEEE第一标准测试系统的仿真表明，配置次同步阻尼控制器(SSDC)的VSC，通过对其有功功率或无功功率的动态调制，均可显著增加发电机的电气阻尼，有效抑制发电机次同步振荡。     

基于RBF神经网络的光伏并网系统自适应等效建模方法

针对广义负荷建模中的光伏并网系统模型难以适应不同逆变器控制和频率扰动的动态响应问题,提出了一种基于径向基函数(radial basis function, RBF)神经网络的光伏并网系统自适应等效建模方法。首先,建立了光伏并网逆变器不同控制策略响应波形的检测判据。然后,构建了以电压-频率扰动为输入,有功功率和无功功率为输出的光伏并网系统RBF神经网络模型。最后,在Matlab/Simulink中搭建了光伏并网系统模型,并将其接入IEEE14节点配电网进行仿真验证。结果表明,构建的光伏并网自适应等效模型能够有效辨识电压频率给定控制、有功无功给定控制、下垂控制策略类型,能够准确反映光伏并网系统在不同电压、频率扰动下的有功功率、无功功率的动态响应特性。     

计及换流器损耗与电压下垂控制的交直流系统最优潮流算法

提出一种考虑换流器精确损耗与电压下垂控制的交直流系统最优潮流计算方法。基于计及换流器精确有功损耗的电压源换流器(VSC)换流站一般模型,建立了多端柔性直流互联交直流系统的最优潮流数学模型,推导了不同控制方式对寻优变量设定和等式约束构建的影响。针对电压下垂控制换流器交流侧有功功率与换流器损耗之间的"耦合"问题,提出了一种下垂控制VSC交流侧有功功率的计算方法。进而,在分析雅可比矩阵构成的基础上,采用步长控制原对偶内点法实现了模型求解。最后通过改进的IEEE 30节点算例仿真,分析了换流器损耗、电压下垂控制方式对最优潮流计算的影响,验证了所提方法的有效性、准确性和适用性。     

含跟网型VSC的交流系统暂态稳定解析模型及协调控制

电压源换流器(VSC)型高压直流输电系统接入,可能引起交流系统暂态稳定特性发生变化。因此,针对含跟网型VSC的交流系统开展暂态稳定解析分析。建立了故障前、故障期间和故障后系统的暂态稳定解析模型,并提出了一种基于离散积分的系统故障临界清除时间解析计算方法。基于解析模型,分析了故障期间VSC注入电流相位和幅值、故障位置对交流系统暂态稳定的影响。提出了一种增强交流系统暂态稳定性的协调控制策略,其利用广域测量系统获取临界同步机群的转子角频率,实现VSC的有功、无功电流动态调制。基于PSCAD/EMTDC搭建的多机系统电磁暂态仿真模型,验证了理论分析的正确性、所提控制策略的有效性和鲁棒性。     

基于普罗尼辨识的VSC-HVDC附加阻尼控制器设计

基于电压源换流器(voltage source converter,VSC)和脉宽调制(pulse width modulation,PWM)技术的新型高压直流输电(VSC-HVDC)系统,具有与传统高压直流输电(HVDC)相似的有功功率控制能力,同时还具有与静止无功发生器(staticsynchronouscompensator,STATCOM)相似的无功功率控制能力。在VSC-HVDC动态模型的基础上,利用电力系统分析综合程序提供的用户自定义功能(PSASP/UD),实现了含有VSC-HVDC的多机系统动态仿真。以定有功功率控制VSC的有功设定值信号为输入端,VSC-HVDC并列交流输电线路的有功功率为输出端,通过对指定输入下输出端时域响应数据的普罗尼(Prony)辨识,获取了两端口间的等值降阶线性开环模型。并利用该降阶开环模型以及极点配置技术,设计了VSC-HVDC单输入单输出结构的附加阻尼控制器。以修改后的CEPRI-36交直流并列输电系统为例进行了仿真分析,仿真结果表明VSC-HVDC配备该阻尼控制器后,可显著增加系统振荡阻尼,快速恢复系统稳定。     

计及频率变化的感应电动机负荷特性分析

对于异步联网系统中网架结构比较薄弱的省网系统或者系统解列后形成的孤岛,发生故障时会引起比较大的频率波动,在此情况下对感应电动机进行建模时考虑其频率特性尤为重要。基于感应电动机一阶机械暂态模型,利用解析法分别推导出不同负载特性下稳态及动态转差率关于系统频率的表达式,并在此基础上计算吸收的有功功率和无功功率,进而分析感应电动机的功率-频率特性。在MATLAB中建立感应电动机五阶电磁暂态仿真模型,仿真分析不同负载特性感应电动机的功率-频率特性。仿真结果与理论推导结果吻合,验证了在简化模型下推导得到的感应电动机频率特性解析式的正确性和有效性。     

基于滑模鲁棒控制器的有功功率调制在多端直流输电的应用

提出一种基于滑模鲁棒控制器的有功功率调制方案,并将它应用在基于电压源型换流器的多端直流输电系统中,可以通过快速调节陆上电压源型换流器(voltage source converter,VSC)的传输功率,加强陆上交流系统受到扰动后的稳定性。该控制方式由以下3步实现:1)受到扰动后的陆上交流系统,其内部机组根据振荡形式差异,可划分为两个区域,每个区域的动态特性由系统惯量中心模型来表征;2)以灵敏度系数来描述某个机组的角速度相对陆上某个VSC有功变化的灵敏程度,并提出权重系数来量化每个VSC的调制程度;3)通过基于滑模变结构控制理论的推导,得出附加控制规则。上述方案被应用在PSCAD/EMTDC软件上的一个改进的新英格兰39节点系统中,仿真结果表明,该方法具有很好的控制效果。     

含多电压源型换流器配电网高频谐振特性分析

为揭示含多电压源型换流器(voltage source converter,VSC)配电网的高频谐振特性,降低配电网发生高频谐振的风险,提出了含多VSC配电网高频谐振特性分析方法。首先,在序分量动态相量谐波分析模型的基础上,建立VSC高次特征谐波等值电路模型,从而得到含多VSC配电网高次谐波下的等值电路模型。其次,由配电网等值电路模型分别计算出系统侧端口阻抗和VSC端口阻抗,并通过端口阻抗的频率特性分析,得到配电网的高频谐振特性。然后,分析VSC接入数量和滤波器配置对高频谐振特性的影响。最后,建立含多VSC配电网的仿真模型,验证高频谐振特性分析的有效性和正确性。含多VSC配电网存在有明显的高频谐振频率,并受到VSC接入数量和滤波器配置形式的影响突出,需要规范VSC的开关频率和滤波器配置,才能降低配电网即将面临的高频谐振风险。     

弱电网下基于矢量控制的并网变换器功率控制稳定性

研究了基于矢量控制的电压源型变换器(VSC)功率控制的稳定性问题。VSC通过控制基于电网电压定向的d轴和q轴电流来调节注入电网的有功和无功功率。VSC注入电网的功率与d轴和q轴电流间的关系特性对功率控制稳定性影响重大。基于VSC经线路阻抗接入无穷大电源的单机无穷大系统,研究了VSC输出有功功率、端电压幅值与注入电网的d轴和q轴电流间的关系特性。发现电网逐渐变弱时,有功功率对d轴电流的灵敏度由正变负,此关系特性制约了VSC弱电网运行时功率控制的稳定性。进一步分析了功率、端电压幅值对d轴和q轴电流的灵敏度特性。基于分析结果,提出了提高VSC弱电网运行时功率控制稳定性的基本思路。     

DFIG风电场在附加变桨控制下的三维综合静态模型研究

当采用双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)的风电机组加入附加桨距角控制环节后,其将具备一定的功率备用以有效响应系统频率的变化,从而可使DFIG风电场表现出一定的静态特性。以往研究静态特性主要采用单机无穷大系统,系统频率对机组有功输出的影响、系统电压对机组无功输出的影响是单独分析的。实际风电场并网点的电压和频率常常是联动变化的,且实际风电场由数十甚至数百台机组连接而成,风电场的有功、无功输出与系统频率和电压的变化都相关。基于此,通过仿真研究了附加桨距角控制下DFIG风电场的综合静态特性,结果表明其应该描述为有功–电压–频率和无功–电压–频率三维特性。研究还表明,当风电场有功出力不变时,风电场内风速的随机分布不会显著影响风电场的整体静态特性。最后,对比了3种用以描述风电场三维综合静态特性的模型方程,结果表明标准多项式模型更为准确。     

静止坐标系下变换器电流平衡–内电势运动模型:一种装备电流控制尺度物理化建模方法

随着可再生能源与柔性交、直流输电在电力系统中的广泛应用,电力电子变换器的状态运动对所接入系统的电流控制时间尺度动态行为影响日益突出。为揭示电流控制时间尺度下并网变换器在系统动态过程中的装备状态运动规律,提出了一种基于输入/输出电流平衡–内电势运动的装备物理化建模方法。以电压源型变换器(voltage source converter,VSC)为例,推导了静止坐标系下VSC的电流平衡–内电势运动模型。通过对模型变量间物理关系的分析及其物理化描述,可有助于把握装备电流控制时间尺度动态特性及特性对系统动态稳定的影响。基于Matlab/Simulink的时域仿真与样机实验结果验证了模型的准确性和分析的有效性。     

基于VSC的动态可控相间功率控制器改善系统暂态稳定性的研究

根据电压源换流器(VSC)和相间功率控制器(IPC)的基本工作原理及特性,以VSC代替IPC的移相环节,晶闸管控制电抗器(TCR)代替电感支路,晶闸管控制串联电容器(TCSC)代替电容支路,构建了动态可控的相间功率控制器(DCIPC);基于DCIPC的原理结构,建立了VSC注入电压与联络线传输功率的关系,对无IPC与带IPC的简单系统的功角特性曲线进行分析,说明DCIPC可以改善系统的暂态稳定性机理,确定提高系统稳定的参数可控制范围。针对VSC的移相环节,设计了直流电压外环、输出电流内环的比例-谐振(PR)控制器;搭建了带DCIPC的简化系统模型进行仿真。仿真结果验证了控制器的有效性,并说明通过控制DCIPC中VSC的注入电压,可以改善带DCIPC电力系统的暂态稳定性。     

基于P/ω“导纳”的并联虚拟同步机功频响应建模与分析

针对现有P/ω"导纳"模型仅考虑了负载扰动和虚拟同步发电机(VSG)有功功率响应而未考虑VSG有功指令输入和角频率响应的情况,建立多VSG并联系统的拓展P/ω"导纳"模型。当各台VSG参数匹配时,其P/ω"导纳"成比例关系,进一步推导出两个关键性结论:在负载扰动情况下,各台VSG的有功功率响应直接进入稳态过程,而角频率动态响应特性与任一VSG在单机离网模式下的响应特性相同;在有功指令值输入情况下,各台VSG的有功功率动态响应特性与任一VSG在单机并网模式下的响应特性相同,角频率动态响应由任一VSG单机离网和并网模式下的响应特性共同决定。仿真实验结果与理论分析相吻合,表明该模型能够全面而精确地刻画并联VSG系统的功频响应特性。     

基于有功和无功独立调节的VSC-HVDC控制策略

以电压源换流器(VSC)的稳态模型为基础,通过坐标变换推导出VSC功率传输方程的直角坐标形式.新方程只有单通道耦合作用,可以通过简单曲线描述VSC的功率传输特性,并且可以求得控制量与功率值之间的解析关系式.采用逆系统方法设计了VSC的功率传输控制系统,以及基于有功、无功功率独立调节的VSC-HVDC控制系统.仿真结果表明所设计的控制系统具有优良的控制品质,实现了VSC传输功率的独立、灵活调节,很好地实现了VSC-HVDC系统向有源网络供电时的一端定直流电压、另一端定传输功率控制.     

基于有功和无功独立调节的VSCHVDC控制策略

以电压源换流器（VSC）的稳态模型为基础，通过坐标变换推导出VSC功率传输方程的直角坐标形式。新方程只有单通道耦合作用，可以通过简单曲线描述VSC的功率传输特性，并且可以求得控制量与功率值之间的解析关系式。采用逆系统方法设计了VSC的功率传输控制系统，以及基于有功、无功功率独立调节的VSC-HVDC控制系统。仿真结果表明所设计的控制系统具有优良的控制品质，实现了VSC传输功率的独立、灵活调节，很好地实现了VSC-HVDC系统向有源网络供电时的一端定直流电压、另一端定传输功率控制。     

基于广域量测信息的快速暂态功角失稳判据比较

实时暂态稳定分析需要有快速暂态稳定性判据。从发电机转子运动方程出发,研究了基于轨迹信息的快速暂态稳定性判据的特点,分析了不同类型判据所使用的关键动态特征信息。在基于功率–相位–频率的快速暂态功角稳定性判据的研究基础上,对基于相图几何特性和基于受扰电压轨迹积分的暂态功角稳定性判据进行了比较,揭示了几种判据内在的联系与区别,并结合具体算例进行了仿真验证。