TCSC阻抗双解现象的机理研究

TCSC是靠调整触发角来获得需要的命令阻抗，因此命令阻抗与触发角的关系尤为重要，以往对TCSC阻抗双解研究局限于讨论电抗器品质因数的影响，该文讨论了考虑晶闸管导通特性和电抗器支路品质因数影响时TCSC的阻抗特性，文中通过相量图分析发现，即使在品质因数不变的情况下，随着晶闸管导通电流的增大，电容电压过零点与线路电流过零点之间的相位差也会逐渐减小，引起晶闸管实际导通幅度和宽度的减小；指出了造成TCSC双解现象的根本原因是晶闸管的导通受阻，其受阻程度由电抗器支路的电流和等效品质因数2个因素决定：线路电流同步方式下晶闸管导通电流的幅度和宽度均受阻；而电容电压同步下，晶闸管导通电流只有幅度受阻，因此阻抗双解现象在线路电流同步方式下更容易出现。数字仿真和动模实验结果分别验证了阻抗双解现象的存在。     

TCSC阻抗双解现象的机理研究

TCSC是靠调整触发角来获得需要的命令阻抗，因此命令阻抗与触发角的关系尤为重要，以往对TCSC阻抗双解研究局限于讨论电抗器品质因数的影响，该文讨论了考虑晶闸管导通特性和电抗器支路品质因数影响时TCSC的阻抗特性，文中通过相量图分析发现，即使在品质因数不变的情况下，随着晶闸管导通电流的增大，电容电压过零点与线路电流过零点之间的相位差也会逐渐减小，引起晶闸管实际导通幅度和宽度的减小；指出了造成TCSC双解现象的根本原因是晶闸管的导通受阻，其受阻程度由电抗器支路的电流和等效品质因数2个因素决定：线路电流同步方式下晶闸管导通电流的幅度和宽度均受阻；而电容电压同步下，晶闸管导通电流只有幅度受阻，因此阻抗双解现象在线路电流同步方式下更容易出现。数字仿真和动模实验结果分别验证了阻抗双解现象的存在。     

TCSC次同步频率阻抗特性及其抑制SSR的参数设计

正确分析TCSC次同步频率阻抗特性是研究TCSC抑制次同步谐振（SSR）能力以及进行TCSC参数设计的重要基础。基于对TCSC次同步频率阻抗模型的研究,绘制了三维频率阻抗图,分析了TCSC次同步频率阻抗特性,特别提出了次同步谐振导通角的概念。基于内蒙古上都电厂串补输电线路模型,在满足工频基波阻抗调节特性的前提下,根据次同步频率阻抗特性研究了考虑TCSC自然抑制SSR时其主电路参数的设计原则。通过对上述系统各模态频率阻抗特性的综合分析,讨论了TCSC控制参数的选择方法。仿真结果证实了次同步频率阻抗特性分析结果的正确性。     

TCSC抑制次同步谐振的机理分析

基于对TCSC次同步频率等效阻抗特性的研究，分析了TCSC次同步频率等效电阻和等效电抗对抑制次同步谐振（SSR）的不同作用。发现系统中SSR的抑制主要取决于TCSC的次同步频率等效电抗特性，而TCSC的次同步频率等效电阻对SSR的抑制本质上是一个能量转换过程，它只能在一定程度上削弱SSR，不可能彻底消除SSR。     

TCSC对发电机组次同步谐振阻尼特性影响研究

采用基于时域仿真实现的复转矩系数法—测试信号法研究了含有可控串补(TCSC)的电力系统中的次同步谐振(SSR)阻尼特性。采用 IEEE SSR第一标准测试系统模型,将其中部分固定串补电容改造为 TCSC。TCSC采用3种闭环控制方式如恒电流、恒功率及阻尼功率振荡控制。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,分别研究了开环控制和3 种不同闭环控制方式下 TCSC导通角对电气阻尼特性的影响。结果表明,不论在何种控制方式下,相对于固定电容串补,TCSC都能大大减小谐振点附近的电气负阻尼;TCSC的导通角对阻尼特性有很大影响,TCSC运行在较大导通角时可有效减小谐振点附近的电气负阻尼。     

TCSC暂态过程中晶闸管导通角特性的研究

当晶闸管触发角发生阶跃时,由于TCSC电路固有的电磁暂态特性,使得电容电压过零点发生偏移,因此导通角不会立刻达到预定目标值。章首先给出并证明了触发角阶跃变化与初始导通角之间的定性关系;然后通过分析晶闸管导通期间电容电压的解耦特性,推导出导通角的估算公式,定量地描述了暂态过程中导通角的变化规律。数字仿真验证了上述分析结论并进一步发现：导通角变化趋势与TCSC基频阻抗特性是完全一致的,从而揭示了选择不同同步信号时TCSC会表现出不同暂态响应特性的内在原因。     

考虑晶闸管导通特性的TCSC基频阻抗特性分析

通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真发现在线路电流同步方式下,可控串联电容补偿(TCSC)基频阻抗特性曲线随着线路电流不同而改变,这将使TCSC分层式控制系统中的开环阻抗控制存在明显误差。建立了线路电流同步方式下考虑晶闸管导通特性影响时的TCSC基频阻抗模型,从理论上解释了基频阻抗特性随线路电流变化的机理,通过数字仿真分析指出最小二乘查表法存在TCSC开环阻抗控制查表误差大的问题,同时提出了二元三点插值查表法和线性插值查表法2种新的查表法,并通过动态模拟实验验证了这2种查表方法的有效性和可行性。     

可控串联补偿装置对次同步谐振的影响研究

本文介绍了晶闸管控制的串联补偿电容器(TCSC)的基本工作原理,通过TCSC次同步频率下的阻抗特性分析了TCSC抑制次同步谐振(SSR)的机理,并通过计算一实际电网系统特征根验证了结论的正确性。     

TCSC阻抗特性及其导通角对次同步谐振的抑制分析

为了解决目前普遍应用的TCSC基波阻抗公式无法解释次频正电阻的问题,推导了TCSC基波阻抗的复数表达式,提出了TCSC导通角的选择依据。利用基波阻抗的复数形式,分析得到TCSC受导通角影响,基波电抗呈现出感性或容性特征,基波电阻会表现出负电阻和正电阻特性;次频电抗也会表现出感性或容性特征,次频电阻始终呈现正值。通过改变导通角使次频电抗呈感性能有效抑制SSR,使工频电阻为负值能够给次频正电阻提供能量;导通角的选择应同时满足工频下电抗呈容性、次频下呈感性以及工频下电阻为负值。算例分析表明,TCSC基于上述依据选择导通角能有效抑制系统的SSR,证明了导通角选择的合理性和基波阻抗表达式的正确性。     

基于采样一数据模型方法的可控串联补偿系统对次同步振荡抑制作用的计算分析

采用TCSC的采样－数据模型,可方便地分析较大电力系统在不同TCSC控制策略下的动态特性。该模型考虑了晶闸管开关的非线性和时变因素,在汽轮发电机组轴系频率范围内足够精确。通过分析IEEE次同步振荡用的第一基准模型和伊敏－大庆500kV带可控串联补偿的输电系统,用定量计算从理论上说明了只有当晶闸管导通角在一定范围内或大于一定的数值时,才能有效地掏次同步振荡。     

模块化多电平中压变流器阻抗分析及次/超同步振荡抑制

模块化多电平换流器适合作为中高压电网的并网接口,针对光伏中压直流汇集系统潜在次/超同步振荡问题,从频域出发,系统地建立了送端电流源型并网模块化多电平变流器的正负序阻抗模型,对并网时互联系统的稳定性作出分析。频域正负序阻抗与电网阻抗交叠预测了串联补偿下光伏中压直流汇集系统次/超同步振荡现象,并验证了频域阻抗与时域波形分析的一致性。通过控制参数优化,有效抑制了模块化多电平换流器串联补偿时次/超同步振荡现象。     

基于电容能量的模块化多电平换流器次同步振荡抑制及其阻抗分析

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)易与风机和弱电网相互作用导致次同步振荡的情况,文中提出一种基于MMC电容能量控制的次同步振荡抑制方法。该方法通过控制环流的零序分量来调制MMC中储存的电容能量,使得电容能量根据公共连接点频率对次同步振荡进行阻尼。基于谐波状态空间理论建立考虑能量控制的MMC序阻抗模型,从交流侧阻抗角度分析能量控制对MMC动态的影响,并研究MMC与风机和弱电网相互作用导致次同步振荡的机理。分析结果表明,能量阻尼控制抑制了MMC阻抗中次同步频段的谐振峰;风电出力过大或电网短路比过小时,MMC易出现次同步振荡;在MMC采取定交流电压与定功率控制两种情形下,文中提出的能量阻尼控制都能有效阻尼次同步振荡。此外,理论阻抗建模及控制器性能都在电磁暂态仿真中得到验证。     

高压直流与含串补交流系统次/超同步铁磁谐振机理与解决措施

结合2017年5月29日富宁站换相失败恢复过程中发生的次/超同步铁磁谐振现象,通过理论分析和仿真验证明确了高压直流与含串补交流系统发生次/超同步铁磁谐振的原因.含串补交流系统在次同步谐波下阻抗幅值大幅增加,次同步频率谐波与其互补频率谐波之间的耦合作用增强;利用奈奎斯特稳定判据对交直流系统的阻抗进行分析,考虑串补后交直流系统的稳定性下降但仍然是稳定的.次同步频率谐波的存在易使变压器铁芯饱和,使系统稳定性进一步下降.理论分析和仿真结果表明,发生大扰动后,在换流器调制和变压器铁芯饱和2种非线性因素的作用下,交直流系统出现次/超同步的铁磁谐振现象,串补和交流滤波器相配合可以有效抑制这一类型的谐振.     

串补装置次同步谐振特性分析

通过在PSCAD中建立IEEE First Benchmark进行仿真,分析了FSC和TCSC的SSR特性。针对两者不同的特性,建立TCSC次频阻抗特性分析模型,重点分析TM4不稳模式,详细解释了TCSC抑制SSR的原因。基于TCSC的阻抗特性可以抑制SSR,进行了FSC+ TCSC的仿真实验,发现选择合适的参数可以使FSC+ TCSC的串补装置抑制SSR。     

电流型全桥软开关变换器的频率跃变现象分析

为分析电流型全桥软开关逆变器中出现的频率跃变现象,针对软开关电路的高维、自治特性,提出了一种基于半解析半数值方法的广义离散映射模型,并基于Floquet理论给出依据该离散映射模型的系统局部稳定性判定方法.经分析表明该频率跃变现象是系统闭轨失去稳定性后,状态流转向邻域内其他闭轨所产生的频率跳跃现象.此外,基于电路阻抗的分析结果表明系统的电路阻抗随着负载变化出现多零相位角频率,是引起该跃变现象的主要因素.最后,通过搭建实验平台进行的观测结果验证了该频率跃变现象.     

基于广域测量系统的次同步振荡在线监测预警方法

及时发现并采取措施消除电力系统中的次同步振荡,对保障机组安全和电力系统稳定运行都非常重要.结合相量测量单元的工作原理,详细分析了电力系统中次同步频率成分对同步相量测量结果的影响,指出次同步振荡的存在相当于是对同步相量的幅值和相位进行调制.在此基础上,给出了基于相量测量单元上传的同步相量测量结果和励磁电流测量结果实现次同...     

Investigation of SSR characteristics of unified power flow controller

The unified power flow controller (UPFC) is the most versatile flexible ac transmission system (FACTS) controller which can be used to control active and reactive power flows in a transmission line in addition to the bus voltage. The active series compensation is provided by injecting series reactive voltage. The voltage at the two ports of UPFC are regulated by control of shunt current and series real voltage. It also has several operating control modes such as voltage and power regulation, line impedance compensation, etc. This paper presents the analysis and study of sub-synchronous resonance (SSR) characteristics of UPFC. The various combination of operating modes of shunt and series converters are considered for investigating their effect on SSR characteristics.The analysis of SSR with UPFC is carried out based on frequency domain method, eigenvalue analysis and transient simulation. The frequency domain method considers D-Q model of UPFC for the computation of damping torque for quick check in determining torsional mode stability. The study is performed on IEEE First Benchmark Model (FBM).     

直驱风电场与LCC-HVDC次同步交互作用的扰动传递路径及阻尼特性分析

当直驱风电场距离电网换相型高压直流输电(line-commutated-converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)的整流站较近时,两者间的次同步交互作用机理及特性尚不明确,现有分析方法难以揭示扰动传递过程及子系统间的耦合关系。针对上述问题,该文首先建立直驱风电场经LCC-HVDC送出系统的线性化模型,并基于系统闭环互联传递函数框图揭示次同步频率扰动在直驱风电场与LCC-HVDC之间的传递路径。然后,通过阻尼重构分离出次同步交互作用对次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)模式阻尼的影响,并分析控制器参数对SSO模式阻尼的影响。结果表明,直驱风电机组直流电容主导的SSO模式存在不稳定风险;直驱风电场与LCC-HVDC之间的扰动传递路径呈现"8"字型耦合关系,导致两者间存在次同步交互作用;直驱风电机组外环、LCC-HVDC定电流控制器的比例系数增大或积分系数减小时,SSO模式阻尼增大。     

计及频率耦合和汇集网络的风电场序阻抗模型等值方法

近年来,中国河北沽源、新疆哈密等风电基地频繁发生电网振荡问题,呈现次、超同步频率振荡分量强耦合现象。频域小信号阻抗方法是建模和分析这类由电力电子并网装置引起的控制不稳定和振荡问题的有效方法。目前针对单个逆变器或风电机组频率耦合阻抗模型已有研究基础,文中基于此提出一种考虑频率耦合和汇集网络的风电场序阻抗模型等值方法,建立的风电场等值阻抗与单个逆变器或风电机组的模型定义和形式统一,能够用于分析次、超同步频率耦合的振荡问题。以直驱风电场并入弱电网系统为例,对所提出的模型应用于系统稳定性分析及振荡频率预测的准确性进行了仿真验证。     

基于振荡分量时频特性的次同步振荡早期预警

针对目前次同步振荡辨识方法都是在振荡已经较大程度发生时才能辨识出来的缺陷,提出了一种次同步振荡危险分量的早期辨识方法。利用EMD重组滤波的方法提取出在次同步振荡范围内的分量,将其重组后作为分析信号,对信号做希尔伯特黄变换得到各振荡分量的振荡参数和时频变化关系,根据振荡分量频率与特征频率的走势关系和阻尼比,对振荡分量的危险性做出早期判断。用理想信号验证了本文方法对振荡参数辨识的精度,并以哈密地区次同步振荡的实际录波数据验证了本文方法能够对次同步振荡做出早期预警。