抑制次同步谐振的可控串补底层附加阻尼控制算法

基于可控串补(thyristor controlled series compensation,TCSC)控制器的分层控制结构,提出一种抑制次同步谐振(sub-synchronous resonance,SSR)的底层附加阻尼控制结构,并设计了一种实现算法。该算法采用从线路电流信号中提取次同步频率振荡模式特征的方法,从而避免采用远方量作为控制输入的种种不便。通过分析附加控制环节产生阻尼转矩的传递过程,基于相位补偿原理提出附加阻尼控制的参数设计方法。以IEEE第一基准模型为测试系统进行仿真分析,结果表明所提附加阻尼控制结构是合理的,通过线路电流提取次同步频率振荡模式特征的方法是可行的,基于相位补偿原理的参数设计方法是有效的。     

高压直流系统附加次同步阻尼控制器的综合设计

交直流混联电力系统中由于高压直流系统(HVDC)的快速可控性,可能导致系统产生次同步振荡,附加次同步阻尼控制器(SSDC)是解决这一问题的有效方法。以含HVDC电力系统的小干扰数学模型为基础,结合经典自动控制理论,提出了一种基于最佳相位补偿和模态分离的SSDC设计方法。结合贵广II回直流输电系统,从特征值和电气阻尼曲线两方面验证了SSDC抑制次同步振荡(SSO)的效果,同时还分析了控制器参数对电气阻尼改善效果的影响。     

多通道次同步附加阻尼控制器协调优化策略研究

为提高电力系统的小干扰稳定性,抑制系统中的次同步谐振,研究了多通道次同步附加阻尼控制器之间的协调优化策略。基于模态分离和相位补偿设计了多通道SEDC、TCSC-SSDC和HVDC-SSDC,在充分研究了所有次同步附加阻尼控制器的特点及其适应性的基础上,建立了修改后的IEEE SSR第一标准测试系统,以待改善谐振模式阻尼比最大化为优化目标建立优化模型。利用遗传算法对阻尼控制器参数进行协调优化,以得到能最大程度提高谐振模式阻尼的控制器参数。特征值计算和时域仿真结果表明,经过参数协调优化的多通道附加阻尼控制器能有效地抑制次同步谐振,改善了系统的小干扰稳定性。     

基于测试信号法的HVDC附加次同步阻尼控制器设计

针对汽轮发电机组的次同步振荡(SSO)问题,从系统电气阻尼角度阐述了附加次同步阻尼控制器(SSDC)抑制次同步振荡的机理,进而提出一种基于测试信号法相位补偿原理的SSDC设计方法。对SSDC的结构、输入信号的选取、相位补偿等方面进行了论述和设计。在PSCAD/EMTDC中构建SSO的测试系统,基于测试信号法计算,该系统电气阻尼系数为负,表明测试系统会引发SSO。采用所设计的SSDC控制后,电气阻尼系数均为正。时域仿真也验证了所设计的SSDC能够有效抑制直流控制引起的SSO。     

电力系统稳定器抑制次同步谐振的效果

采用时域仿真实现的复转矩系数法--测试信号法,基于IEEE次同步谐振第一标准测试系统及IEEE ST1A型励磁系统,研究了电力系统稳定器(PSS)对次同步谐振的抑制效果.根据励磁系统的相位滞后特性,对PSS的相位补偿环节进行设计,利用多个串联的超前滞后环节补偿低频段及次同步频段的相位,从而实现缓解次同步谐振的目的.通过频率扫描计算出发电机组在次同步频率范围内的电气阻尼特性曲线,进而分析所设计的PSS对电气阻尼特性的影响,并分析了PSS放大倍数、相位补偿环节对阻尼特性的影响.此外,采用并联结构的PSS,对低频段和次同步频段的相位分别进行补偿,并研究此结构对电气阻尼特性的影响.结果表明,文中设计的这两种结构的PSS,均能大大减小系统谐振点附近的电气负阻尼,说明通过对励磁系统在次同步频段的相位滞后进行补偿,可以使PSS在提高低频振荡稳定性的同时,实现缓解次同步谐振的目的.     

直流输电次同步阻尼控制器的设计

次同步阻尼控制器(subsynchronous damping controller,SSDC)是解决由直流输电引起的次同步振荡(subsynchronous oscillations,SSO)的一种有效措施。在分析直流输电引发SSO机理的基础上,对抑制SSO的原理进行深度剖析,进而提出根据相位补偿原理设计SSDC的方法,该方法物理概念清晰,实现方便。将IEEE 次同步谐振标准测试系统和CIGRE直流输电标准测试系统相结合,构造了一个用于研究HVDC引发SSO的测试系统。对该测试系统的电气阻尼计算结果表明,在所设计SSDC的控制下,次同步频段内的电气阻尼大大增加,且在适当的比例系数下,电气阻尼均为正阻尼。时域仿真也验证了所设计的SSDC的有 效性。     

混合串联补偿装置抑制次同步谐振的研究

分析了由静止同步串联补偿器(SSSC)与固定串联电容器(FSC)组成的混合串联补偿装置(HSC)的原理,研究了HSC安装位置和补偿容量配比对发电机电气阻尼特性的影响。结果表明,在不采用主动阻尼控制时,HSC自身能够缓解但不能从根本上解决次同步谐振(SSR)问题。提出了SSSC主动阻尼SSR的控制机理,即通过对SSSC的电压参考值(电抗参考值)进行次同步频率调制,控制其输出电压的幅值和相位使其在系统中产生大小和相位适当的模态互补频率电流,进而在发电机中产生对应模态的阻尼扭矩,实现主动阻尼SSR的目的。设计了主动阻尼控制器,提出了其参数整定方法。复转矩系数法和时域仿真法结果表明,采用主动阻尼控制后,HSC能够有效地抑制SSR。     

基于电气阻尼计算的STATCOM次同步振荡控制器设计

文中提出了一种基于电气阻尼计算的STATCOM对次同步振荡的策略。首先推导了含STATCOM系统的简化电磁转矩和电气阻尼表达式,分析了STATCOM及其电压控制等对系统电气阻尼的影响。指出STATCOM的电压控制等可能会复杂化扭振频下的阻尼特性,给STATCOM的控制器设计带来困难。为此考虑各扭振频率的影响,以阻尼计算得到的补偿相位综合最优为目标,将控制器参数设计转化成一个优化问题并用遗传算法求解。最后用特征值计算和电磁暂态时域仿真验证了所设计控制器的有效性。     

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。     

基于遗传算法的HVDC附加次同步阻尼控制器的设计

利用HVDC系统的快速响应能力,可以在不增加附加设备的条件下,有效抑制交直流联合输电系统中发生的次同步振荡。该文以特征值尽可能位于远离虚轴的左半平面为目标,提出应用遗传算法解决控制器参数优化中的极大小极值问题,以适应动态系统运行条件大范围的变化;与传统的基于极点配置的设计方法相比较,该文提出的方法具有设计简便,智能化程度高,控制器鲁棒性好的优点,将所提出的方法应用于一个典型的带串联电容补偿的AC／DC联合输电系统次同步阻尼控制器的设计,特征值法和时域仿真结果都表明所设计的HVDC附加次同步阻尼控制器能在较大范围内变化的负荷条件和补偿度下有效阻尼次同步振荡。     

补偿双馈风电机组电磁转矩-转速闭环相位滞后特性的传动轴系统阻尼控制

准确地获取双馈风电机组闭环控制回路的相位特性并对其进行合适的相位补偿是设计传动轴系统阻尼控制器的关键,为此,推导了定子磁链定向坐标系下双馈风电机组闭环系统电磁转矩-电机转速的微增量表达式,建立了阻尼转矩系数与有功控制策略、机组运行状态和控制系统参数之间的联系,据此设计了含相位补偿环节的基于电机转速信号的扭转振荡阻尼控制器,并从阻尼转矩系数分析、根轨迹分析和时域仿真3个角度验证了该控制器在不同运行状态下的有效性和鲁棒性.结果表明,在相同增益下,补偿控制系统相位滞后特性的阻尼控制比无相位补偿阻尼控制更能有效地提高扭转振荡阻尼以及降低对轴系的暂态转矩冲击.     

基于实用稳定域的次同步振荡阻尼控制器设计

随着高压直流输电、柔性交流输电装置的广泛应用电力系统运行方式灵活多变,对次同步振荡有着显著的影响,传统的采用“逐点法”设计的阻尼控制器可能存在鲁棒性不足的问题。为提高控制器的鲁棒性,提出一种基于实用随着高压直流输电、柔性交流输电装置的广泛应用电力系统运行方式灵活多变,对次同步振荡有着显著的影响,传统的采用“逐点法”设计的阻尼控制器可能存在鲁棒性不足的问题。为提高控制器的鲁棒性,提出一种基于实用次同步振荡稳定域的阻尼控制器优化设计方法。采用临界阻尼定义一种新的稳定边界,构成实用次同步振荡稳定域,并直接以该稳定域为目标进行阻尼控制器参数优化。分析一个含可控串联补偿(thyristor controlled series capacitor,TCSC)系统的多个运行参数对次同步振荡的影响,发现TCSC导通角是影响次同步振荡模式阻尼的主导因素。采用遗传算法,以TCSC导通角构成的实用次同步振荡稳定域为目标,设计附加励磁阻尼控制器(supplementary excitation damping controller,SEDC)的参数。结果表明,所设计的SEDC能大大扩展TCSC的安全工作范围。     

并联型无源与有源次同步振荡阻尼装置对比分析

提出了并联型FACTS装置抑制次同步振荡的无源阻尼与有源阻尼的概念。以静止无功补偿器和全控型换流器作为实现方法。采用复转矩系数法,分别推导了机端接入方式下,2种次同步振荡阻尼方法提供的阻尼系数和正阻尼条件,对比了影响二者提供正阻尼大小的相关因素。分析结果表明,无源阻尼的大小与阻尼装置接入点系统电压大小成正比,有源阻尼的大小则不受接入点电压大小的影响,而主要与其自身产生的次同步电压大小成正比。采用机端阻尼控制方式,分别对2种阻尼装置的控制器进行了设计。采用测试信号法,通过相位补偿,分别对阻尼装置提供的正阻尼进行了优化。时域仿真结果表明,对于短路故障引起的次同步振荡,在装置容量相同的情况下,有源阻尼方法较无源阻尼方法具有更强的阻尼能力。     

光伏、火电打捆经串补送出系统的次同步振荡研究

光伏、火电捆绑经过含串补的交流系统送出是一种合理可行的并网方案。本文基于加入了并网光伏的IEEE次同步振荡第一标准模型,利用复转矩系数法和时域仿真法分析了并网光伏对系统次同步振荡特性的影响。根据相位补偿原理,考虑发电机转速偏差信号的传输延迟,分别设计了基于多通道结构的有功和无功型附加阻尼控制器以及混合型附加阻尼控制器;论证了配置附加阻尼控制器并未对并网光伏的稳定出力产生影响。这种在光伏逆变器上配置附加阻尼控制器的思路可以作为抑制火电机组次同步振荡的备用方案。分析了并网光伏容量、附加阻尼控制器类型对次同步振荡抑制效果的影响,频域和时域仿真结果表明并网光伏容量越大,对次同步振荡的抑制效果越好;相比单一的附加阻尼控制器,混合型附加阻尼控制器对次同步振荡的抑制效果更好。     

TCSC次同步谐振附加阻尼控制器

针对晶闸管控制的串联补偿电容器(TCSC)无法彻底消除系统次同步谐振(SSR)的问题,基于相位补偿原理设计了TCSC的附加阻尼控制器.通过对发电机转速差信号进行适当的放大和移相,产生附加控制信号来调节TCSC的触发角,使TCSC能够在整个次同步频段提供正的电气阻尼来抑制次同步谐振.基于IEEE SSR第一标准测试系统的...     

基于SEDC和SSDC抑制HVDC系统SSO的研究

基于交直流系统按相同的设计原理设计了附加励磁阻尼控制器(SEDC)和次同步阻尼控制器(SSDC),采用测试信号法比较了两者对于轴系自然扭振频率处电气阻尼的补偿能力,用时域仿真的方法验证了比较的结果.结果表明:SSDC比SEDC在补偿点处能提供更大的电气阻尼,从而更利于抑制SSO.对此结果进行了定性的物理解释.以SEDC为研究对象,分析了其参数对抑制SSO的影响.SEDC放大倍数的电气阻尼补偿具有阻尼转移现象,只有在次同步振荡自然扭振频率不偏移的条件下才能发挥提高放大倍数对于抑制SSO的正面作用.对附加阻尼控制器设置适当的滤波器品质因数和阶数参数才能在固有振荡频率处有明显的正阻尼.     

SVC抑制SSR的机理及控制器设计

为了能同时有效地消除发电机组的多个不稳定次同步谐振模式,提出了基于SVC的多通道SSR阻尼控制器(MSSRDC)的结构、设计原则和方法。基于相位补偿原理,MSSRDC利用多个独立模式控制通道分别处理发电机组各扭振模式,使SVC能够在发电机组各危险扭振模式附近都能提供正的电气阻尼,从而达到抑制次同步谐振的目的。基于IEEESSR第一标准测试系统的频域和时域仿真表明,根据上述方法设计的MSSRDC能够提高发电机组所需要的正向电气阻尼,达到有效地抑制SSR的目的。     

静止同步串联补偿器次同步谐振多模式阻尼控制器设计

在远距离内输电线路中串入固定电容器,可能会引起次同步谐振（SSR）,为此,在串补系统中使用了基于电压源换流器（VSC）的新一代串联补偿装置静止同步串联补偿器（SSSC）来替代部分固定电容器。首先分析了SSSC基本运行原理,通过对VSC输出电压幅值和相位的控制,使SSSC能够向线路中注入串联的容性电压,相当于提供了串联补偿电容。分析了不同容量SSSC的电气阻尼特性,针对SSSC原有控制抑制次同步谐振效果不佳的缺点,设计了SSSC次同步谐振多模式阻尼控制器。通过通带内低相移的扭振模式带通滤波器滤出系统每个扭振模式信号后再进行相位补偿,使SSSC能够在所有扭振频率附近提供正的电气阻尼。基于测试系统的频域和时域仿真结果表明,简单地增加SSSC的容量并不能有效地化解系统发生次同步谐振的风险,所设计的多模式阻尼控制器不仅能够阻止发电机和串补线路之间次同步谐振的产生,并且能有效地减小所需SSSC装置的容量。     

静止同步串联补偿器附加阻尼控制器设计方法

为了提高静止同步串联补偿器抑制阻尼振荡能力,从装置参数方面研究了阻尼控制器设计方法,并设计了控制器结构。在对补偿器工作机理的研究基础上,分析SSSC对系统电磁转矩的贡献,量化地得出补偿器控制器参数对系统阻尼转矩影响的数学模型,以此来指导补偿器附加阻尼控制器的设计。原理分析表明补偿器直流电压控制与注入交流电压控制对系统阻尼转矩的作用是相反的。通过相位补偿法设计了补偿器的附加阻尼控制器,仿真分析证明了所设计的控制器在补偿器的任何投入方式下都具有适应性和有效性。     

含双馈机组转子侧附加控制的风电场次同步振荡抑制方法

针对含双馈机组风电场通过串联补偿外送功率时产生的次同步振荡(sub-synchronous oscillations,SSO)问题,建立了包含两质量块轴系、d-q解耦控制回路等的详细模型。采用测试信号法绘制分析阻尼曲线。该曲线显示,串联补偿的加入改变了电气阻尼特性。如果控制器参数不合理,较低串补度下也有发生振荡的风险;随着串补度的加大,电气谐振点的负阻尼越大,对应于转子侧的电气谐振频率越低。当轴系参数耦合时会发生轴系扭振。针对双馈机组转子变换器控制回路的特点,在转子侧注入次同步电流,以激发次同步电磁转矩阻尼振荡,设计附加功率控制的次同步阻尼控制器(sub-synchronous damping controller,SSDC)对次同步振荡予以抑制,并给出了控制器参数的整定方法。时域仿真结果表明:采用该SSDC方案,能够有效抑制串补引发的风电场SSO问题。