矩阵束辨识多直流系统控制敏感点

附加直流控制是抑制低频振荡的有效手段,在多直流输电系统中,附加直流控制地点选择与振荡抑制效果息息相关,选择合适的控制地点尤为关键.基于矩阵束方法辨识得到了振荡模态强相关机组对于多馈入各条直流线路的灵敏度,通过灵敏度进一步挖掘出振荡模态对应的控制敏感点,在控制敏感点附加直流控制将获得最优性能.使用了基于综合性能指标寻求最优参数的小方式直流调制对川渝电网振荡模态进行了仿真验证,结果表明了控制敏感点的准确性.     

基于状态反馈附加阻尼控制的柔性直流电网抑制低频振荡

为了提升交直流互联系统的动态稳定性,研究了利用多端柔性直流输电系统阻尼交流系统低频振荡的方法。分析了柔性直流电网接入后系统的振荡模态,研究了直流电网对交流系统稳定性的影响,并基于全维状态空间反馈设计了柔性直流系统的附加阻尼控制器。系统振荡时该附加阻尼控制器能够输出附加控制量,调节各换流站的有功功率,从而抑制系统的振荡。以含有四端柔性直流电网的新英格兰10机系统为例进行了仿真研究,仿真结果表明,引入了该控制器的柔性直流电网能够很好地抑制原系统的低频振荡,改善系统的动态性能。     

基于控制敏感因子的PSS和直流附加控制的协调阻尼控制

面对低频振荡阻尼控制器和输入信号多样化的复杂局面,如何优化协调阻尼控制器的输入信号和安装地点值得研究。为此,通过理论推导得出控制敏感因子指标用以指示阻尼控制器最优安装位置和输入信号;进一步提出了基于控制敏感点的电力系统稳定器(PSS)与直流附加阻尼控制的协调优化策略,给出了不依赖系统精确数学模型的实用化计算步骤。通过川渝电网多种运行方式验证,理论计算结果与仿真结果一致,结果表明控制敏感因子能够正确指示阻尼控制器的最优安装位置和输入信号,PSS与直流附加阻尼控制通过相互协调可以全面抑制低频振荡,提高系统运行稳定性。     

高压直流输电对低频振荡抑制作用的仿真研究

阐述了低频振荡产生的机理,讨论了电力系统低频振荡建模的一般方法,并提出了运用高压直流输电（HVDC）的附加控制对低频振荡进行抑制。通过软件PSCAD／EMTDC对单机一无穷大的直流输电系统进行仿真,结果表明直流输电系统的附加控制可以有效抑制电力系统的低频振荡。     

高压直流输电对低频振荡抑制作用的仿真研究

讨论了电力系统低频振荡建模的一般方法,并简要阐述了低频振荡产生的机理,提出了运用高压直流输电（HVDC）的附加控制对低频振荡进行抑制。通过软件PSCAD／EMTDC对单机-无穷大的直流输电系统进行仿真,结果表明直流输电系统的附加控制可以有效抑制电力系统的低频振荡。     

交直流电力系统PSS和直流附加控制的协调

针对当今大容量、远距离、多区域互联电网低频振荡现象严重的问题,提出了一种基于Prony算法的PSS和直流附加控制器协调运行的策略。该方法根据多代理分层控制的思想,首先利用Prony辨识全网系统,求出在没有配置PSS和直流附加控制时的系统振荡频率,利用相位补偿法优化PSS控制参数,有效地抑制局部振荡模式。当全网的局部振荡模式达到满意水平后,反复利用Prony对系统进行辨识,通过每次的辨识结果对直流附加控制器进行参数整定,逐渐把剩余区域间振荡模式消除。仿真研究表明,该控制策略有效抑制了贵广交直流系统的低频振荡,并具有一定的鲁棒性。     

基于新型交直流协调控制抑制电力系统低频振荡的仿真试验

电力系统跨区联网在某些弱联系运行方式下容易诱发区域间低频振荡现象。通过挖掘多直流系统的控制敏感点,设计了直流附加阻尼控制器,并提出基于Matlab-Simulink环境的新型样机测试模式,完成了控制逻辑编辑,制作了实际的控制样机。搭建了Hypersim全电磁暂态实时仿真试验平台,通过仿真优化了直流附加阻尼控制器参数。利用华中—华北电网模型完成了直流附加控制器抑制区域间低频振荡有效性试验验证。     

多通道高压直流广域改进射影控制器设计

为了对交直流互联系统含有的低频振荡和次同步振荡同时进行抑制,给出了一种改进的射影控制方法。通过总体最小二乘-旋转不变算法辨识出交直流输电系统送端孤岛运行方式下的振荡模态和降阶后的模型,运用带通滤波器将不同振荡频率的模态分解为多个通道,根据射影控制理论并做出改进,设计出多通道直流附加阻尼控制器。该控制器能够降低各种振荡模式间的相互影响,兼顾了控制器的阶数和鲁棒性。考虑到广域信号采集和传输过程中存在时滞问题,根据辨识结果并设计出了系统的相位补偿器。利用该方法对PSCAD/EMTDC中的某直流孤岛运行下的模型进行建模仿真,并与无附加阻尼控制下的系统进行比较分析。结果表明多通道射影控制器可以同时抑制低频振荡和次同步振荡,具有较好的鲁棒性;同时设计出的相位补偿器可以有效地解决系统的时滞问题。     

直流多落点系统控制敏感点挖掘技术研究

针对交直流相互作用引发的低频振荡模态的抑制问题,提出了一种基于单回直流对系统功率振荡灵敏度理论的控制敏感点挖掘技术。该技术的关键步骤在于应用Prony辨识技术得到系统关键振荡模态,以及采用TLS-ESPRIT算法筛选出参与因子较大的发电机组,从而能够通过检测不同直流调制下各模态强相关机组的转速变化,找到对系统关键振荡模态调节效果最有效的一回直流线路。以一个多落点系统为实例,设计小方式控制模块验证了该方法的有效性。     

基于射影定理分层控制的次同步阻尼控制器设计

火电机组经高压直流输电有可能引起轴系振荡,严重影响电力系统的稳定性,故为高压直流输电系统设计次同步阻尼控制器尤为重要。从系统状态方程的角度出发,基于系统状态方程,通过滤波器提取轴系各固有扭振模态,进而提出基于TLS-ESPRIT和射影定理设计直流附加次同步阻尼控制器,最终实现各个模态的分层控制。射影控制可保留系统的主导特征根,能够在保留系统实际信息的同时降低控制器的阶数。以某电网直流系统作为实例仿真模型,仿真结果表明,基于TLS-ESPRIT和射影定理分层控制的阻尼控制器可有效增大系统阻尼,实现次同步振荡的快速抑制,且控制器阶数较低,便于工程实现。     

基于H∞回路成形法的VSC-HVDC附加鲁棒阻尼控制器设计

针对包含柔性直流(VSC-HVDC)的交直流输电系统中存在的低频振荡问题,提出一种基于H∞回路成形法的方法设计附加鲁棒阻尼控制器。首先采用最小二乘-旋转不变方法(TLS-ESPRIT)辨识出系统的降阶模型和振荡模态,然后针对该模型应用H∞回路成形法及规范互质分解技术进行了鲁棒阻尼控制器设计。最后在PSCAD/EMTDC中搭建包含柔性直流的交直流四机两区域输电系统。仿真结果表明,基于H∞回路成形法的VSC-HVDC鲁棒阻尼控制器在不同扰动下对系统低频振荡具有良好的抑制效果,鲁棒性较强,且控制器采用输出反馈,便于工程实践。     

水电机组经高压直流外送系统建模及多频段振荡模态分析

随着电网不断扩大与发展,电力系统出现了水电经高压直流输电系统外送的结构,为保障电网的安全稳定运行,有必要探索该系统是否存在多频段振荡风险。首先,文中建立了水电机组和高压直流输电2个系统的独立模型,并推导了其接口动态方程,进而建立了全系统状态空间模型,并验证了模型的正确性。在此模型基础上,采用特征根分析法对系统进行多频段振荡模态特征识别和影响分析。分析结果表明,外送系统存在超低频、低频、次同步振荡模态。其中,超低频振荡模态除了与水电机组调速器强相关以外,还与整流站定电流控制器弱相关,在高比例水电出力的场景易发生超低频振荡;低频振荡模态与锁相环强相关,锁相环控制参数在合理范围内变化,不会激发系统低频振荡模态;水电机组和高压直流输电系统间电气和多控制环节共同影响次同步振荡模态,当受端电网强度弱时,系统次同步振荡模态被激发,调整励磁增益和整流站/逆变站控制参数可以改善模态阻尼。     

多直流附加阻尼控制的控制敏感点挖掘

直流附加控制是HVDC系统抑制低频振荡的有效措施,但是在多直流HVDC系统中不同的直流点加装附加控制所取得的效果和花费的代价不同。提出以达到相同阻尼效果时所需直流调制输出量最小(或单位调制量下阻尼最大)为目标来选择加装附加控制的直流点。基于线性系统理论推导了控制敏感因子指标。计算各发电机对某振荡模式的参与因子,取参与因子较大的机组的功角和惯性时间常数进行处理得到综合功角。通过矩阵束辨识方法确定某直流线路对综合功角主振模式的控制敏感因子。对得到的多直流系统中不同直流的控制敏感因子排序形成最优控制策略表。控制敏感因子愈高的直流线路愈宜作为附加直流控制的安装点。最后对某多直流HVDC系统进行仿真验证,结果表明了所得最优控制策略表的准确性。     

抑制次同步和低频振荡的多通道直流附加阻尼控制器设计

采用矩阵束算法分析了实际交直流混合输电系统在孤岛运行方式下次同步和低频振荡共存的现象,并获得保留系统关键特性的低阶模型。采用带通滤波器分离低频和次同步振荡模态,基于降阶模型设计多通道直流附加阻尼控制器。该控制器能够降低振荡模式间的相互影响,通过单独调节各通道的增益、相位、输出限幅及滤波器参数为不同频段的振荡提供恰当的阻尼,进而同时抑制次同步和低频振荡。EMTDC/PSCAD实例仿真证明了控制器的有效性。     

基于线性最优控制的交直流低频振荡附加阻尼控制器设计

对于低频振荡抑制问题,提出了一种新的电力系统稳定器(PSS)及直流附加控制的设计方法。通过改进的总体最小二乘-旋转不变(TLS-ESPRIT)辨识技术分析系统振荡特性,再对各个振荡模态分别辨识出相应的被控传递函数,最后利用带观测器的线性最优控制(LQR)方法设计出相应控制器,达到抑制低频振荡的目的。在设计过程中,利用基于LQR的PSS抑制区域内低频振荡,区域间低频振荡通过基于LQR的直流附加控制完成。     

含惯量控制的高渗透率风电接入交直流混联输电系统的稳定性分析

为研究高渗透率风电接入交直流混联输电系统的稳定性,首先建立含惯量控制的双馈风机接入附加频率限制控制器的交直流混联系统的低频振荡分析模型。分析含惯量控制的双馈风电机组在不同渗透率下对交直流混联电网区域间振荡模式的影响,进一步分析直流输电系统频率限制控制的投入对系统阻尼特性和频率特性的影响规律。研究结果表明高渗透率下双馈风机惯量控制和直流输电系统频率限制控制能够增大系统阻尼,抑制低频振荡。在Matlab/Simulink中搭建时域仿真,对分析结果进行了验证。     

多落点HVDC附加阻尼控制的最优控制点研究

四川电网是典型直流多落点系统,如何选择最适合的直流线路来阻尼区域间振荡需要研究。在对系统线性化处理的基础上,通过理论推导得出了可以衡量直流阻尼控制器安装地点优劣的指标——控制敏感因子。该指标综合考虑了直流阻尼控制器对目标振荡模式的阻尼效果和对其余振荡模式的影响,其值越大表明控制点对区域间振荡模式可控性越好,且对其余振荡模式的影响越小。进一步给出了控制敏感因子的实用化计算步骤。通过对四川实际电网多种运行方式下的BPA数据模型仿真计算,验证了所提指标的正确性,为直流附加阻尼控制器最优安装地点的选择提供了实用化计算指标和一定程度的理论解释。     

高压直流附加控制对强迫振荡的抑制作用

强迫振荡成为电网动态稳定的主要问题之一,可能引起区域联络线有功功率大幅振荡。分析了多机系统强迫振荡的原理,设计了高压直流附加阻尼控制器,分析了不同扰动源位置、频率以及直流输送功率下高压直流附加控制器对强迫振荡的抑制效果。2区4机交直流系统的仿真结果表明,高压直流附加控制器对强迫振荡的抑制效果与扰动源位置关系不大,主要取决于扰动源频率和直流输电功率水平;当扰动源频率等于区域间振荡频率时,抑制效果最佳;直流输送功率越大,强迫振荡的抑制效果越好。     

交直流并联系统稳定器与附加控制器协调控制设计

针对具有低频振荡现象的交直流并联系统,建立了单机无穷大系统的小干扰线性化模型,在对其进行低频振荡机理分析的基础上,设计了电力系统稳定器 (PSS)和直流附加控制器 (DCM)进行直流调制.当两种控制器分别控制和协调控制时,对低频振荡的抑制作用进行了比较,结果证明对于含有直流线路的系统,应该利用PSS和DCM协调控制,才能较好地抑制低频振荡.     

基于线性变参数方法的VSC-HVDC变增益附加阻尼控制器设计

电压源型高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)系统的直流附加阻尼控制器能够提高交/直流并联输电系统的稳定性,增大系统区域间的阻尼,但VSC-HVDC的非线性特性,使附加阻尼控制器的性能受到影响。为解决这个问题,文中通过选取并联交流线路的有功功率作为变参数向量,应用线性变参数(linear parameter varying,LPV)方法,设计了VSC-HVDC的变增益附加阻尼控制器。仿真系统的特征值分析和时域仿真结果均表明：在系统运行方式大范围变化的情况下,文中所设计的LPV附加阻尼控制器能有效抑制交流系统区域间的低频振荡。