抑制超低频振荡的调速器PID参数多机协调优化

针对云南电网与主网异步后系统频率出现的持续超低频振荡问题,提出一种用于抑制超低频振荡的调速器PID参数多机协调优化策略。该策略首先在分析PID参数敏感性的基础上提出多机协调优化目标,然后以一次调频稳定时间最小为指标,通过PID参数的启发式动态调整,实现云南电网各机组调频能力平衡和协调优化。利用所提出策略得到云南电网主力机组调速器PID的优化参数,并在云南电网实际系统多个场景中进行仿真,结果表明:优化后的系统参数能够有效提升云南电网频率响应阻尼比,抑制超低频振荡,从而验证了所提策略的有效性与可行性。     

考虑超低频振荡的水轮机调速器参数多目标鲁棒设计

超低频振荡威胁电网安全稳定运行,可通过调整水轮机调速器参数抑制。水轮机调速器参数设计应同时考虑系统稳定性与跟踪性能,且所设计的参数应具备足够的鲁棒性以应对运行方式变化。首先,利用矩阵扰动理论严格地证明了在超低频振荡频段范围内使用统一频率模型代替复杂完整模型的适用性。在此基础上,基于结构奇异值理论提出一种水轮机调速器参数设计方法。方法中将运行方式变化处理为统一频率模型中的摄动,且在评价输出权函数中包含了稳定性参数与跟踪性能参数,使得所设计参数能同时满足多个运行方式的稳定性与跟踪性能要求。所提方法的有效性通过云南电网算例得到了验证。     

基于值集法对云南电网超低频振荡的稳定分析

基于值集法(value set approach)提出一套用于超低频振荡稳定分析的多参数图形化分析工具,并以云南电网为例分析了云南电网与南方电网异步联网后出现的超低频振荡现象。首先,根据云南电网异步联网前后的系统结构构建一个统一频率模型以模拟超低频振荡现象。随后,利用值集法计算特征多项式在超低频频段的值集,并根据值集到复平面原点的距离判断系统的鲁棒稳定性。通过观察各不确定参数对值集的影响,进一步分析各参数对稳定性的交互作用并提出改进措施。分析结果表明,云南电网异步联网后水电比例过高是导致超低频振荡的重要原因,并且水轮机特性系数对稳定性的影响不容忽视,在稳定分析和模型建模时需要着重考虑。系统中水电厂电调型调速器参数设置存在改善空间。对水电厂调速器进行参数优化后,超低频振荡得到改善。     

水电机组引起的超低频振荡机理分析

2016年云南电网与南方电网主网异步联网试验过程中,云南电网出现了超低频振荡,严重危害电网稳定运行。经过初步研究,认为超低频振荡是由电网中的水电机组所引起。针对此问题,首先建立水电机组稳定性分析模型,并对模型传递函数的特征方程进行分析,结果表明:调速器控制参数设置不合理会造成电网失稳,如果选取的比例参数与积分参数比值过小,会引起电网发生超低频振荡。然后,对机理分析所得结论进行时域仿真验证,仿真结果与机理分析结论一致。最后,提出采用基于离线仿真试验的临界参数法和基于解析式计算的极点配置法来优化调速器参数,从而达到抑制超低频振荡的目的。     

兼顾一次调频性能和超低频振荡抑制的水轮机调速器PID参数优化

针对水电高占比电网超低频振荡抑制需求,提出一种兼顾一次调频性能和超低频振荡抑制的水轮机调速器PID参数优化方法。以机组功率响应曲线上升时间、稳定时间以及反调功率为一次调频性能指标,以调速器和原动机系统在超低频段的阻尼水平作为超低频振荡阻尼性能指标,建立综合优化目标函数,采用智能算法进行参数优化。提升水轮机调速器在超低频段的阻尼水平,为通过调速器参数优化抑制超低频振荡提供技术手段。算例分析表明所提方法正确有效。     

采用调速器附加阻尼控制抑制异步后云南电网超低频振荡

综述调速器引发低频振荡的作用机理以及调速器附加阻尼控制的研究现状,详细分析了水电机组调速器的负阻尼作用原理,针对云南水电机组研究和设计了一种调速器附加阻尼控制器结构,采用了时域仿真法对异步后云南电网的超低频振荡进行了仿真比对,结果表明在云南电网部分水电机组调速器上加装GPSS可显著提升电网抑制超低频振荡能力,并能有效地解决云南水电机组调节的稳定性与快速性之间的协调问题。     

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。     

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。     

电网超低频振荡影响因素综合分析与抑制措施研究

近年来,国内电网发生了多起超低频振荡事件,严重影响电网的安全稳定运行。相关研究表明,水轮机调速系统在超低频段呈现明显的负阻尼是导致超低频振荡的主要原因。为进一步分析超低频振荡的影响因素,在建立单机带负荷系统模型的基础上,基于稳定域思想的综合分析表明水锤时间常数、水轮机调速器比例参数和积分参数会显著影响系统稳定性,进而引发超低频振荡。在此基础上,针对单机带负荷系统,提出了一种考虑水锤效应不确定性的调速器参数优化模型,并利用粒子群优化算法进行求解。最后,在单机带负荷系统中仿真验证了该调速器参数优化模型的有效性和鲁棒性。     

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。     

水电机组PID功率调节对异步送端电网的频率稳定性影响

以我国首个异步运行的省级电网——云南电网为工程背景,围绕水电机组比例-积分-微分(PID)功率调节,提出异步送端电网频率稳定性分析方法。该方法分析了定值调节和一次调频系统由于超调和外部激励导致的输出功率振荡特征,揭示了PID调节系统受初始干扰激发后所产生的超调振荡的成因、周期,明晰了外部周期性激励下调节系统持续振荡的机制及其正面或负面作用。结合云南电网的频率振荡案例验证了所提方法的有效性,并给出了防止水电机组PID功率调节引起电网频率振荡的改进策略,仿真结果表明该策略可以有效缓解水电异步送端电网的超低频振荡问题。     

异步联网后云南电网的稳定特性与控制措施

与主网异步联网后云南电网独立运行,系统容量小、抗扰动能力差的特性凸显,直流极闭锁后存在功角稳定及系统高频等稳定问题,大机组跳闸存在低频问题。对异步联网后云南电网的稳定特性尤其是频率稳定特性进行了分析,通过仿真对五种稳定控制措施组合的效果进行了对比分析和评估,最后提出了高频问题通过稳控切机+FLC配合解决,低频问题通过FLC减少直流功率或切负荷解决的控制方案。     

异步联网方式下云南电网超低频振荡的机理分析与仿真

2016年云南电网与南方电网主网将实施异步联网运行方式,然而在异步联网系统试验中进行预设的直流功率提升等试验项目时发现云南电网频率出现长时间超低频率的振荡。通过大量现场试验数据分析,锁定了水电机组调速系统是造成本次振荡的直接原因,并对水电机组调速系统在振荡过程中提供负阻尼的机理进行了分析。在此基础上,利用离线数据仿真成功复现了试验过程中的超低频振荡现象,验证了理论分析的正确性,最后对下一步工作提出了初步建议。     

异步联网后云南电网的频率特性及高频切机方案

异步联网后云南电网作为小负荷、大送出的多直流送端电网,频率稳定问题成为威胁电网安全运行的主要风险。研究了负荷模型、调速器参数对频率稳定性的影响,提出适应异步联网后多直流外送的送端电网高频切机协调配置原则,通过时域仿真对比分析了4种高频切机备选方案的适应性,提出了适应异步联网运行要求的送端电网高频切机方案。     

电力系统一次调频过程的超低频振荡分析

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,在机理和表现上与传统的低频振荡存在显著区别。超低频频率振荡属于频率稳定的范畴,单机单负荷系统是研究该问题的最简系统。基于单机单负荷系统研究了超低频频率振荡的振荡频率、阻尼、振荡表现等关键特征。解析推导了简化模型下的振荡频率和阻尼并分析其影响因素。引入伯德图方法分析详细模型下的振荡频率和阻尼,幅值交接频率、相角裕度分别与振荡频率、阻尼比对应。证明了阻尼转矩法在分析原动系统阻尼特性时的适用性。采用相量图方法说明超低频频率振荡中机械功率的振荡幅度大于电磁功率。     

高比例水电多直流送端电网频率稳定协调控制技术及实践

针对异步联网运行后,高水电占比多直流外送西南电网面临的超低频振荡和频率失稳风险,构建了高比例水电多直流送端电网频率稳定控制框架。在传统控制措施基础上引入直流频率控制和紧急调整功能,提高送端电网频率稳定防御能力。基于直流频率控制器对送端电网频率响应特性的影响分析,提出了直流频率控制器与一次调频的配合关系以及考虑直流功率偏差的二次调频方法。提出了兼顾频率稳定和故障后潮流控制的多直流协调紧急功率调制方案。并通过实际故障后交直流协调控制系统实际动作情况,论述了频率稳定协调控制技术的有效性。     

调速侧电力系统稳定器优化设计方法

针对由调速系统引起的弱阻尼低频振荡问题,提出调速侧电力系统稳定器（governor power system stabilizer, GPSS）优化设计方法,在抑制低频振荡的同时确保系统调节速度满足一次调频性能要求。首先,构建GPSS优化模型,该模型以阻尼比裕度与系统达到90%出力时间加权和最大为目标函数,以系统一次调频所要求的速度、稳定时间和稳定性为约束条件;进而,基于粒子群优化算法（particle swarm optimization,PSO）构建该优化模型的求解方法。算例验证了所提模型及算法的有效性及可行性。