调速器死区对水电高占比电力系统频率稳定的影响分析

云南电网在交流联络线断线后发生了死区附近的频率振荡现象.为此,文中对此现象进行了研究.首先,在单机系统的传递函数中加入调速器死区环节并对死区进行分段建模;然后,对不同扰动下的频率进行解析求解,从数学上解释了含普通型死区的系统相轨迹曲线连续、而含增强型死区的系统相轨迹曲线不连续的原因;接着,通过频率解的特征和稳定点证明了含增强型死区的正阻尼系统在特定扰动下会出现频率振荡的结论,并给出了振荡发生的条件.最后,通过多机系统的数值仿真验证了理论分析的正确性.     

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。     

增强型调速器对中国云南电网超低频振荡影响分析

云南电网在部分水电机组中采用增强型调速器,会引发超低频振荡,并严重威胁异步电网频率安全。为揭示水电机组增强型调速器影响云南电网频率的原因,通过对系统频率偏差从不同方向穿越一次调频死区时的动力学行为进行理论计算和时域仿真,论证了增强型调速器在水电机组一次调频死区附近没有稳定平衡点,且当系统频率偏差缓慢穿回一次调频死区时,在超低频段引入约90°的相位滞后,进而降低系统频率安全稳定裕度。最后借助小扰动分析工具计算了包含水轮机、调速器、发电机模型的单机系统特征根,通过对比仿真,说明增强型调速器不仅与水锤效应在超低频段有相似的负阻尼效应,还是引发超低频振荡的扰动源头之一,使超低频振荡持续且无法衰减。     

单机等值系统调速器死区对频率振荡的影响

实际系统中多次发生一次调频过程不稳定导致的超低频频率振荡事件。调速器死区给系统带来非线性,进而影响系统的频率振荡行为。基于单机等值系统,采用描述函数法分析了无阶跃死区、有阶跃死区和滞环死区这3种死区对频率振荡的影响。在复平面上,给出了死区描述函数的负倒数随振幅变化的轨迹,以及调速器、原动机、发电机构成的开环传递函数随频率变化的曲线,两者相对位置关系决定系统的稳定性。负倒数随振幅变化特性曲线完全位于开环频率特性曲线左侧时,系统稳定。其他情况下2条曲线一般会相交,交点对应极限环,极限环稳定与否决定于交点的具体形态。同时分析了单机等值系统中调速器死区对频率振荡的影响,调速器无阶跃死区和有阶跃死区都不会减弱系统稳定性,但有滞环死区时可能导致原本稳定的系统出现稳定极限环引发的持续等幅振荡。时域仿真结果验证了上述结论。     

大扰动后正阻尼单机水电系统频率振荡的近似及适应性分析

实际电网中发生了多次与调速器的死区和限幅非线性切换环节相关的复杂频率振荡事故。针对相关近似分析仅考虑单一的死区问题,构建了同时考虑死区和限幅的分段描述函数,基于此分析了含死区和限幅的非光滑单机水电系统在大扰动后正阻尼时出现的频率振荡现象及其特性,并分析了描述函数法的适应性。结果表明,近似光滑系统中同时存在不稳定和稳定极限环,其中稳定极限环可近似对应大扰动后正阻尼的非光滑系统出现的死区和限幅起作用的切换型频率振荡,并进一步解释了不同限幅参数下,振荡幅值变化而振荡频率基本不变的现象。适应性分析表明,系统参数变化可能使得低通滤波特性变差,导致描述函数法近似非光滑切换型振荡的分析精度变差。     

异步联网下控制器死区对电网频率影响分析

针对云南电网异步联网后超低频振荡问题严重的问题,首先通过特征分析法推出水轮机调速器中水流时间常数与调差系数对系统阻尼比的影响,采用Nyquist方法分析在发电机外部加入FLC环节后增加了系统的稳定裕度,并基于描述函数法研究控制器中死区对系统稳定性的影响;其次,采用4机2区域模型,验证调节控制器参数对抑制系统频率波动的有效性;最后,基于云南电网实际数据,仿真验证了一次调频与FLC协调控制过程,结果显示改变水轮机调速器死区大于FLC死区时,有利于抑制频率的波动。     

基于统一频率模型的多死区环节对频率振荡影响的分析

电力系统频率振荡是近年来最受关注的频率稳定问题之一。调速器死区对于频率振荡的影响不可忽略,但是目前的研究方法仅能分析单一死区环节,缺乏对于多死区系统的分析方法。为了解决上述问题,文中根据描述函数法的原理,定义应用于非线性组合系统的扩展描述函数,能够定量描述含有多个非线性环节系统的输入、输出关系。然后,基于多调速器的统一频率模型,将配置不同死区的水电和火电机组的原动机和调速器等效为单一的扩展描述函数。在复平面上结合扩展描述函数的负倒数随振幅变化的轨迹与发电机的奈奎斯特曲线,分析系统的稳定性。最后,根据 2条曲线出现交点的条件,计算出使系统产生频率振荡的扰动临界振幅。所提方法能够定量反映多个死区环节的幅值对频率振荡的影响,实际电网仿真验证了利用死区配置抑制超低频振荡的有效性。     

含有调速器多死区环节的风水火系统频率稳定分析

“双高”背景下新型电力系统面临着非线性机理复杂的稳定问题,传统机组调速器与风电控制器中死区非线性组合间的相互作用,在一定程度上影响了系统的频率稳定性。为此,在奈氏定理的基础上探究不同死区非线性组合下系统频率振荡的影响规律,主要针对死区类型、死区大小和死区顺序3个方面进行研究,涉及单死区系统和多死区系统。理论分析了其非线性系统的稳定性,并根据稳定极限环条件求解系统的临界振幅和振荡频率。通过改变死区类型及顺序,影响机组对系统频率的支撑能力,指出了系统频率稳定与临界振幅的关系,并在Matlab/Simulink中对上述理论分析进行了仿真验证。结果表明机组死区大小和类型均会改变系统的临界振幅和振荡频率,为机组配置死区提供了一定的参考依据。     

水火电机组调速器死区对超低频振荡的影响分析

超低频振荡是近年来西南电网容易出现的频率稳定问题。现在的研究发现调速器系统是引起超低频的关键因素,通过优化调速器参数是抑制超低频振荡的有效手段。除此以外,调速器的死区作为非线性环节,对超低频振荡的影响很大,利用调速器死区实现抑制超低频振荡成为一种可能。基于此利用频率响应模型,分析水、火电机组的调速器死区对超低频振荡的影响,对如何利用死区配置在不损失调频能力的情况下实现超低频振荡抑制给出合理的建议。     

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。     

汽轮机调速系统对电网低频振荡的影响

近年来电力系统中频繁出现汽轮机调速系统引发的低频振荡,为了探明该类低频振荡的原因,分析了调速系统对电力系统动态稳定的影响。建立了包含汽轮机调速系统的单机无限大系统模型,研究了调速系统增益对系统低频振荡模态的影响。研究结果表明,汽轮机调速系统增益虽然不改变调速系统阻尼特性分界频率,但是却对系统低频振荡模态频率产生影响,从而改变调速系统对低频振荡的阻尼性质。当调速系统增益超过临界增益时会诱发低频振荡现象,时域仿真和频域分析结果验证了上述结论的正确性。     

水轮机微机调速系统中人工频率死区控制

提出了水轮机微机调速器中的人工频率死区控制的新技术，它能有效地保证机组进行死区的稳定性和死区内调节功能的正确性，避免机组出死区时调速器输出跳动，从而大大提高微机调速器的调节性能。     

Effective oscillation damping of an interconnected multi-source power system with automatic generation control and TCSC

Stabilizing area frequency and tie-line power oscillations in interconnected power systems are main concerns that have received significant attention in automatic generation control (AGC) studies. This paper deals with modeling and simulation of thyristor controlled series capacitor (TCSC) based damping controller in coordination with AGC to damp the oscillations and thereby, improve the dynamic stability. The contribution of TCSC in tie-line power exchange is formulated analytically for small perturbation and a systematic method based on the Taylor series expansion is proposed for modeling of TCSC based damping controller. The integral gains of AGC and TCSC parameters are optimized simultaneously using an improved particle swarm optimization (IPSO) algorithm through minimizing integral of time multiplied squared error (ITSE) performance index. The performance of the proposed TCSC–AGC coordinated controller is compared with case of AGC alone. A two-area interconnected multi-source power system, including TCSC located in series with the tie-line, is studied considering nonlinearity effects of generation rate constraint (GRC) and governor dead band (GDB). Simulation results show that proposed controller shows greater performance in damping of the oscillations and enhancing the frequency stability. Furthermore, sensitivity analyses are carried out against system loading condition, parametric uncertainties, and different perturbation patterns to show the robustness of TCSC–AGC.     

水轮发电机组低频振荡机理与稳定特性

为深入探究水轮发电机组低频振荡机理,揭示系统稳定性规律,本文利用压力引水管道弹性模型、调速器模型和三阶发电机模型,建立水轮发电机组非线性数学模型。通过数值模拟来验证所建水轮发电机组模型与实际系统的一致性和正确性。进一步地,根据水轮发电机组阻尼特性,优化PID参数,系统分析了随调速器参数变化水轮发电机组的低频振荡机理及稳定特性。此外,为了定量探究关键参数对系统稳定性的影响规律,对处于稳定振荡模式下的系统进行阻尼灵敏度分析,得到了对系统稳定性影响较为显著的关键参数。研究成果为机组稳定运行提供理论依据和技术支撑。     

直流频率限制控制（FLC）功能在云南异步联网中的应用

云南与南方电网主网异步联网后,云南电网频率稳定风险增大,直流频率限制控制（FLC）可实现直流功率大范围快速调节,是电网频率稳定控制的重要措施。基于云南电网实际运行情况,全面分析了直流FLC应用于省级区域电网频率控制的相关问题,包括FLC功能配置原则、调节范围及死区设置、调节量需求及直流过负荷能力等,并结合实际案例分析了FLC动作特性,提出现场实施方案。直流FLC在云南异步联网应用的成功经验,可为后续工程应用提供借鉴指导作用。     

云广特高压直流送端孤岛运行超低频振荡与措施

大容量特高压直流输电系统与配套大型水电站构成的直流送端孤岛运行系统存在着较严重的调速器控制稳定问题。云广特高压直流送端孤岛系统也存在水电机组调速器与直流控制不协调而出现的超低频振荡现象。分析了电网超低频振荡过程中所有机组的同调特征,提出了电网超低频振荡分析模型。基于频域分析法指出了水轮机调节系统在超低频范围内存在负阻尼频带,水轮机调节系统的时间常数越大、调速器前向通道增益越大,负阻尼越显著。提出了通过退出部分机组一次调频功能或协调机组一次调频与直流频率限制控制器(FLC)动作死区设置,以直流FLC调频为主的直流孤岛频率控制策略能有效抑制孤岛系统的超低频振荡。基于实时数字仿真器(RTDS)的机网协调控制实时仿真结果验证了该策略的有效性。     

Bat inspired algorithm based optimal design of model predictive load frequency control

Bat inspired algorithm (BIA) has recently been explored to develop a novel algorithm for distributed optimization and control. In this paper, BIA-based design of model predictive controllers (MPCs) is proposed for load frequency control (LFC) to enhance the damping of oscillations in power systems. The proposed model predictive load frequency controllers are termed as MPLFCs. Two-area hydro-thermal system, equipped with MPLFCs, is considered to accomplish this study. The suggested power system model considers generation rate constraint (GRC) and governor dead band (GDB). Time delays imposed to the power system by governor-turbine, thermodynamic process, and communication channels are accounted for as well. BIA is utilized to search for optimal controller parameters by minimizing a candidate time-domain based objective function. The performance of the proposed controller has been compared to those of the conventional PI controller based on integral square error (ISE) technique and the PI controller optimized by genetic algorithms (GA), in order to demonstrate the superior efficiency of the BIA-based MPLFCs. Simulation results emphasis on the better performance of the proposed MPLFCs compared to conventional and GA-based PI controllers over a wide range of operating conditions and system parameters uncertainties.     

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。