电力系统低频振荡和次同步振荡的阻尼耦合分析

电力系统稳定器PSS(Power System Stabilizer)等控制装置在很好抑制低频振荡的基础上．可能会对次同步振荡造成不良影响。从系统阻尼出发,在综合考虑低频振荡和次同步振荡的基础上．将轴系的六质量块模型加入到低频振荡的模型中,实行统一建模,运用小干扰分析法分析PSS加入前后系统的阻尼特性,采用系统部件判别特征根的方法对特征根进行辨识。并就一实例进行了计算分析,所得结论对系统的安全稳定运行有参考价值。     

基于面向对象技术和模块化的SSO/SSR小干扰分析软件开发

小干扰分析法是分析电力系统稳定性的重要方法之一.为了分析研究电力系统次同步振荡以及次同步谐振现象,有必要开发一套可视化的电力系统SSO/SSR小干扰分析软件,应用于电网规划设计与仿真研究.软件开发过程中,小干扰建模是最重要、最核心的部分.将面向对象技术和模块化思想运用到适用于SSO/SSR分析的小干扰稳定性建模中,同时还提出了一种基于电磁暂态模型的电力网络通用建模方法,使得开发可视化通用型SSO/SSR小干扰分析软件得以实现.     

基于多类型电力元件统一形式离散模型的复杂系统状态空间生成方法

大规模电力电子装置的接入可能引发严重的次/超同步振荡(sub/super-synchronous oscillation, SSO)问题,该类振荡属于电气振荡范畴,具有振荡机理复杂、传播范围广的特点。现有的特征值分析方法需要对网络进行拓扑分析以确定独立状态变量,然后进行代数变量消元以获取全系统的状态矩阵,该过程在实际开展工作时很难用于复杂结构系统的小信号稳定性分析。考虑到系统的状态空间及特征值在连续域和离散域内具有明确的映射关系,该文提出复杂新能源交直流混联系统的离散状态空间建模方法,通过将系统元件建模为具有统一形式的离散状态空间模型及端口等效离散电路,并根据系统拓扑结构互联形成离散网络,采用节点分析方法迅速获得全系统的状态矩阵,进而求解系统特征值量化分析系统的振荡特性。该方法具有建模过程清晰、易于编程实现的优势,对网络结构变化具有较强的适应性,适合于大规模复杂电力系统的小信号稳定性分析。以实际新能源经交直流混联外送系统的次同步振荡问题的建模与分析为例,验证该文所提方法的有效性。     

电力系统低频振荡和次同步振荡统一模型阻尼分析

电力系统低频振荡和次同步振荡可能存在阻尼耦合,电力系统稳定器PSS(Power System Stabilizer)等控制装置的加入在抑制低频振荡的基础上,会引发系统次同步振荡。从系统阻尼出发,运用小干扰分析法．对低频振荡和次同步振荡实施统一建模,并分析系统的阻尼变化规律。对算例运用特征根分析法．分析比较了PSS、励磁放大倍数以及发电机出力和功率因数等参数变化对系统各振荡模式阻尼的影响。结果表明系统阻尼守恒,且低频振荡与次同步振荡不可共容;在调节以上参数时须考虑对低频振荡和次同步振荡的双重影响。     

含STATCOM的不同阻尼控制器对次同步振荡抑制的影响

电力系统输电过程中有一定概率产生次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO),这种振荡极易造成汽轮发电机组的大轴损毁,准确分析系统的次同步振荡特性对其防止和抑制有重要意义。研究了静止同步补偿器(STATCOM)的基本结构以及抑制SSO的基本方法,根据不同滤波器设计对次同步阻尼控制器的抑制效果不同,设计了3种次同步阻尼控制器。其中,提出一种新的控制器设计方法,利用该方法设计了窄带通次同步阻尼控制器;最后基于IEEE第一谐振模型,采用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件以及数值计算软件MATLAB,仿真验证3种不同控制器的有效性。     

基于深度残差网络的SSO模态参数辨识

针对电力系统正常运行中的微弱次同步振荡信号趋势难以辨识,辨识算法抗噪性差、辨识结果可靠性低等问题,提出一种基于深度残差网络的次同步振荡模态参数辨识方法。建立了一种由卷积层、若干残差层和全连接层等构成的深度残差网络模型;模型训练数据集依据SSO信号特点生成,全部采用仿真数据;经参数调整和优化后的模型能够实现对现场实测的低信噪比SSO信号模态参数的盲辨识。利用理想信号、含噪仿真信号和现场实测数据等三种方案对模型性能验证,结果表明该算法能有效地辨识出微弱SSO的频率和阻尼等关键参数,与卷积神经网络(CNN)和随机子空间(SSI)算法相比较,辨识精度更高,受噪声干扰小,具有盲辨识的特点,可用于电力系统次同步振荡风险的预警。     

基于同步相量数据的次同步振荡检测与模态参数辨识方法

新能源集中并网已引发了多起次同步振荡(sub-synchronousoscillation,SSO)事故,严重威胁电力系统安全稳定。为对SSO进行实时预警与分析,提出一种基于同步相量数据的SSO检测与模态参数辨识方法。首先,推导SSO与同步相量中SSO分量实部、虚部的对应关系,在此基础上,选取同步相量实部作为特征量;其后,分析了SSO振荡特性变化时,同步相量中SSO分量的表现形式,并引入变分模态分解(variationalmodedecomposition,VMD)与希尔伯特变换(Hilbert transform,HT)对同步相量中SSO分量进行模态参数辨识,进而根据对应关系实现SSO模态参数的准确辨识。最后,利用同步相量中SSO分量瞬时幅值的差分来检测SSO振荡特性是否变化,并通过合成信号、电磁暂态仿真数据与实测数据对所提方法的有效性进行验证,该方法的理论成果有望在未来为SSO的实时预警,辅助决策提供技术支撑。     

SVC抑制次同步振荡控制策略研究

次同步振荡(SSO)问题有可能造成发电机组轴系不稳定扭振甚至损坏发电机转轴,从而危及电力系统安全运行.基于EMTDC/PSCAD仿真平台,运用静止无功补偿器(SVC)来抑制次同步振荡,采用附加电压控制以及模态分离控制这2种控制策略,对这两种控制策略下的SVC抑制IEEE第一标准模型的次同步振荡效果进行了分析和比较.仿真表明2种控制策略均能抑制次同步振荡,总体而言,模态分离法较好.     

基于对抗式迁移学习的含柔性高压直流输电的风电系统次同步振荡源定位

风电场经柔性高压直流输电(VSC-HVDC)接入交流系统会产生次同步振荡(SSO),定位风电场SSO源并及时采取针对性抑制措施是迫切需要解决的问题.该文通过建立风电场经VSC-HVDC并网电力系统线性化模型,分析风电场因发生交互而诱发SSO的机理,提出基于对抗式迁移学习的风电场SSO源定位方法.该方法通过对仿真系统与实际系统的振荡特征进行对抗学习,缩小了仿真系统与实际系统的域差异,实现仿真系统离线建立的定位模型能够迁移到实际系统中进而对风电场次同步振荡源进行在线定位.通过设计多风电场经VSC-HVDC并网电力系统应用案例,验证分析了所提方法在不同系统中均具有较高的定位精度.这对电网调度运行基于广域测量系统识别振荡源或提供振荡抑制策略具有重要参考价值.     

基于Rife-Vincent窗和同步相量测量数据的风电次同步振荡参数辨识

随着电网中风力发电渗透率的增加,电力系统发生次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)的可能性显著增加,报道显示次同步振荡给电力系统设备安全和稳定运行带来重大挑战,如何准确地辨识SSO参数对抑制SSO至关重要。为了利用同步测量数据并提高计算精度,减少频谱泄漏和栅栏效应对辨识的影响,提出一种利用复数域同步相量数据的SSO关键参数辨识方法。首先,通过频谱分析得到复数域含SSO信号加窗同步相量的表达式,并推导得到系统基频分量和SSO分量在频域中的特征;然后基于加阻尼Rife-Vincent窗和三点插值法计算出复数域下SSO的频率、阻尼系数、幅度和相位参数。通过辨识不同条件下的仿真信号验证所提方法的有效性。仿真结果表明,相对于传统方法,该方法能更好地抑制频谱泄露和栅栏效应,具有更高的计算精度和鲁棒性。     

采用VSC-HVDC并网的直驱风电场次/超同步振荡特性

风电、光伏经由高压直流输电系统并网外送已经成为大规模可再生能源基地的主要输送方式。对于风电引发的次/超同步振荡问题,尤其是直驱风电机组与柔性高压直流(VSC-HVDC)输电系统之间相互作用引发的次/超同步振荡问题值得深入研究。首先,分别建立直驱风电机组与VSC-HVDC的动态模型,并深入分析与推导两者之间的接口矩阵与接口动态方程,进而得到直驱风电机组经VSC-HVDC并网外送的完整动态模型。在此基础上,采用特征值分析法计算得到各振荡模式的参与因子,并根据模式参与因子判断出次/超同步振荡模式之间存在阻尼耦合。通过PSCAD/EMTDC进行时域仿真,验证了模型与特征值分析结果的正确性。进一步深入分析风电并网距离/阻抗、直驱风电机组机/网侧控制器与VSC-HVDC送/受端控制器参数对次/超同步振荡阻尼特性的影响,结果表明:同一个控制器参数可同时影响多个次/超同步模式,同一个次/超同步模式可同时受多个控制器参数影响,并且这种阻尼耦合的影响可能趋同(调节控制器参数,耦合的两种模式的阻尼比同向变化),可能趋反(调节控制器参数,耦合的两种模式的阻尼比反向变化),也可能趋同与趋反同时存在。     

多光伏发电单元并入弱交流电网系统的站内/站网次同步振荡特性分析

针对多光伏发电单元并入弱交流电网系统的次同步振荡(sub-synchronous oscillation, SSO)问题,建立了3个光伏发电单元并入弱交流电网系统的小信号模型。通过特征值法分析,得出系统中存在的SSO模式,并计算各SSO模式的参与因子。结果表明,系统中存在2个站内SSO模式和1个站网SSO模式。站内SSO模式由光伏电站内部3个发电单元之间交互作用产生,主导因素为直流侧电容、逆变器电流内环控制器参数;站网SSO模式由3个发电单元与交流电网交互作用产生,主导因素为直流侧电容、逆变器电流内环控制器参数和交流电网。同时,通过分析主导因素对站内/站网SSO模式的阻尼耦合特性,得出光伏发电单元的发电容量、直流侧电容、电流内环控制器参数变化对2种SSO模式阻尼的影响趋同。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建时域仿真模型,验证了理论分析结果的正确性。     

大容量风电场柔直并网系统的送/受端次同步振荡分析与抑制

电力系统中风电渗透率不断升高,系统送/受端次同步振荡受到送端风电控制系统参数、送端风电场风速、受端发电机出力及交流线路长度等因素影响。为了通过抑制风电出力不确定性来降低以上因素导致系统出现送/受端次同步振荡的可能性,建立了大容量风电柔直送出、受端含常规机组的试验系统模型。基于特征值分析法对系统送/受端的振荡机理进行了分析,并对次同步振荡的产生原因和影响因素进行分析。最后,依托静止同步补偿器建立了基于H∞理论的鲁棒控制器用以抑制系统次同步振荡,并在DIgSILENT/PowerFactory仿真平台上搭建算例系统,仿真验证了无论风速为何值时所设计的控制器对送/受端次同步振荡均有较好的抑制效果。     

多机系统直流输电引起的次同步振荡的研究

本文导出了由多机系统直流输电引起的次同步振荡的线性化数学模型,并对一多机系统直流输电引起的次同步振荡问题进行了特征值研究,讨论了直流输电控制方式、控制参数及运行工况对次同步振荡的影响。     

HVDC输电系统次同步振荡(SSO)分析的GUI实现

为提高研究效率并普及研究结果，开发了一个用于分析HVDC输电系统次同步振荡(SSO)特性的图形用户界面（GUI)软件，这个GUI软件由人机界面及相关的回调函数组成，其中人机界面是利用MATLAB的GUI工具设汁的，而编写回调函数则利用了MATLAB的数值计算和数据可视化功能。实践表明在MATLAB环境下可容易、高效地开发出令人满意的GUI软件，通过GUI软件可实现SSO参数稳定域可视化分析及特征值分析和时域仿真分析，具有直观、方便的优点，适合广大技术人员对HVDC输电系统发生SSO失稳定可能性的检验。     

基于改进生物地理学优化算法的SVC次同步阻尼控制器设计

针对常用的次同步振荡控制器不能较好地适应电力系统时变非线性的特点,提出了一种引入余弦迁移模型、早熟判断机制、变尺度混沌变异策略及排重操作的改进生物地理学优化算法。基于该算法结合静止无功补偿器(SVC)抑制次同步振荡的机理,对次同步阻尼控制器进行优化设计,并采用特征值分析和时域仿真验证了控制系统的有效性。锦界电厂算例分析表明:经改进生物地理学算法优化的SVC次同步阻尼控制器能较好地提高机组扭振的模态阻尼,可有效抑制次同步振荡,进而保证机组和电网的安全稳定运行;与传统的生物地理学优化算法、粒子群算法及遗传算法相比,改进生物地理学优化算法在搜索最优控制参数时具有较快的搜索速度和较高的搜索精度。     

基于特征值法的次同步阻尼守恒特性分析

运用特征值分析法,分别对含有串联补偿电容的交流系统和含有附加次同步阻尼控制器（supplemental subsynchronous damping controller, SSDC）的HVDC系统的次同步振荡（subsynchronous oscillation,sso）特性进行了研究。分析了在含有串联补偿电容的交流...     

Hybrid linearization of a power system with FACTS devices for a small signal stability study: Concept and application

This paper deals with a hybrid linearization method of a power system with flexible AC transmission system (FACTS) devices. The linearized power system model provides useful information, which is necessary for the small signal stability study and the controller design. Although the algebraic linearization method provides an accurate and parameterized linear system, it may incur computation burdens for the large power system especially with multiple FACTS devices. The numerical identification of linearized system by utilizing input–output numerical data is highly versatile. However, quite amount of valuable information may be not fully utilized. In this paper, a hybrid method in which the algebraic and the numerical linearization technique are combined is presented. While both the power system and the FACTS devices are separately linearized by using algebraic method, the interaction terms between the power system and FACTS devices are numerically identified by adopting the quadratic optimization technique. The proposed hybrid linearization technique is tested on the WSCC system in which one thyristor-controlled series capacitor is installed. Both eigenvalue analysis and time-domain simulation results verify that the proposed method can effectively identify the linearized model of the power system with FACTS devices.     

TCSC采样-数据模型在次同步振荡分析中的适用性研究

由于电力系统次同步振荡(SSO)问题要分析的是既非工频又非低频的成分,故不能采用工频准稳态模型或认为工频电量上有低频调制来进行分析,使用的TCSC动态数学模型必须在整个次同步振荡范围内都有效,因此TCSC动态模型适用性验证的工作非常重要。提出通过对比含TCSC系统在整个次同步频域内的阻尼特性来验证TCSC动态模型的适用性。一方面,TCSC采用采样-数据模型,运用小扰动分析法建立系统的状态空间矩阵,并通过矩阵变换直接求取系统的电气阻尼特性;另一方面,在PSCAD中搭建系统时域仿真模型,TCSC模型精确到器件级,然后采用测试信号法获取系统的电气阻尼特性;最后,将两种方法获得的电气阻尼进行对比。结果表明：基于TCSC采样-数据模型较为精确,适用于次同步振荡问题的分析。