基于测试信号法的HVDC附加次同步阻尼控制器设计

针对汽轮发电机组的次同步振荡(SSO)问题,从系统电气阻尼角度阐述了附加次同步阻尼控制器(SSDC)抑制次同步振荡的机理,进而提出一种基于测试信号法相位补偿原理的SSDC设计方法。对SSDC的结构、输入信号的选取、相位补偿等方面进行了论述和设计。在PSCAD/EMTDC中构建SSO的测试系统,基于测试信号法计算,该系统电气阻尼系数为负,表明测试系统会引发SSO。采用所设计的SSDC控制后,电气阻尼系数均为正。时域仿真也验证了所设计的SSDC能够有效抑制直流控制引起的SSO。     

双馈风电场串补送出系统次同步振荡及参数调整分析

针对双馈风电场经串补送出系统存在次同步振荡(sub-synchronous oscillation，SSO)问题，基于三相静止坐标系建立了考虑PLL的双馈风机正负序阻抗模型，并从带宽角度分析了转子侧变流器外环控制对阻抗特性的影响，对理论推导阻抗特性和频率扫描结果进行了对比验证；然后，分析双馈风电机组网侧变流器对风机总阻抗的影响；最后，基于奈奎斯特稳定判据定量分析了风机出力、电流环控制器控制参数、系统串补度以及风机台数等因素对送出系统稳定性及振荡频率、振荡风险大小的影响，并提出了抑制次同步振荡的参数调整措施，可以通过调整风机出力、减少并网风机台数、减小线路串补度、调节RSC电流环参数等措施来抑制SSO风险。     

基于双馈风机抗阻比的次同步振荡抑制策略

现有的抑制双馈风机次同步振荡(SSO)的方法大多以转子转速偏差信号作为输入,需要较大增益的同时可能会引起超同步振荡。利用双馈风电场-串联补偿输电系统的复频域阻抗模型,将基于双馈风机网侧变流器的阻尼控制等效为虚拟阻抗,解释了双馈风机在不同抗阻比以及不同补偿角度下的作用机理;基于以线路电流为输入的次同步阻尼控制方法,提出了改进的基于双馈风机抗阻比设计最佳补偿角度的阻尼控制策略及参数整定方法。以真实风电场SSO事件为算例,在MATLAB/Simulink平台搭建双馈风电场-串联补偿输电系统的等值模型,通过时域仿真验证了所提阻尼控制策略的效果。     

基于SEDC和SSDC抑制HVDC系统SSO的研究

基于交直流系统按相同的设计原理设计了附加励磁阻尼控制器(SEDC)和次同步阻尼控制器(SSDC),采用测试信号法比较了两者对于轴系自然扭振频率处电气阻尼的补偿能力,用时域仿真的方法验证了比较的结果.结果表明:SSDC比SEDC在补偿点处能提供更大的电气阻尼,从而更利于抑制SSO.对此结果进行了定性的物理解释.以SEDC为研究对象,分析了其参数对抑制SSO的影响.SEDC放大倍数的电气阻尼补偿具有阻尼转移现象,只有在次同步振荡自然扭振频率不偏移的条件下才能发挥提高放大倍数对于抑制SSO的正面作用.对附加阻尼控制器设置适当的滤波器品质因数和阶数参数才能在固有振荡频率处有明显的正阻尼.     

基于SEDC和SSDC抑制HVDC系统SSO的研究

基于交直流系统按相同的设计原理设计了附加励磁阻尼控制器（SEDC）和次同步阻尼控制器（SSDC）,采用测试信号法比较了两者对于轴系自然扭振频率处电气阻尼的补偿能力,用时域仿真的方法验证了比较的结果。结果表明：SSDC比SEDC在补偿点处能提供更大的电气阻尼,从而更利于抑制SSO。对此结果进行了定性的物理解释。以SEDC为研究对象,分析了其参数对抑制SSO的影响。SEDC放大倍数的电气阻尼补偿具有阻尼转移现象,只有在次同步振荡自然扭振频率不偏移的条件下才能发挥提高放大倍数对于抑制SSO的正面作用。对附加阻尼控制器设置适当的滤波器品质因数和阶数参数才能在固有振荡频率处有明显的正阻尼。     

基于转子侧双环阻尼控制器的双馈风电场次同步谐振抑制策略

近年来,在大规模风电集中接入电网系统中串补引起的次同步谐振问题引起了广泛关注,同时包含大量电力电子设备的高比例新能源系统使电网运行更为复杂。对双馈风机并网运行的振荡机理进行了分析,基于定转子转矩分析法提出一种转子侧双环阻尼控制器,为包含串补的双馈风机接入电网系统提供正阻尼,对可能产生的次同步谐振发挥抑制作用。同时提出一种双馈风电场次同步谐振的部分机组抑制策略,通过对一定比例的双馈风机装设阻尼控制器来抑制整个风电场的次同步谐振。在PSCAD上将风电场中的风机按照是否添加阻尼控制器分为两个群体,以不同功率输出比例的两台双馈风机来模拟,其中一台添加阻尼控制器,考察不同风况下该机组对次同步谐振的抑制作用。仿真结果表明:双馈风机转子侧双环阻尼控制器对次同步谐振具有较好的抑制作用,双馈风电场中一定比例的机组添加阻尼控制器对抑制整个风电场次同步谐振的策略是可行的。     

混合串补抑制双馈风电场次同步振荡研究

随着串联电容补偿输电在风电并网工程中的推广应用,国内外部分双馈风电场(doubly fed induction generator,DFIG)面临着严峻的次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)问题。为抑制DFIG风电场所面临的SSO问题,文中利用由静态同步串联补偿器(static synchronous series compensatory,SSSC)和固定电容器组成的混合串联补偿装置来实现风电场的并网,并提出了一种混合串补装置换流器附加控制抑制风电场SSO的方法;最后,采用时域仿真的方法验证了混合串补装置附加控制抑制DFIG风电场SSO的有效性,仿真结果同时表明,所设计的附加控制器不会对混合串补装置的运行产生不利影响。文中研究可为DFIG风电场并网系统的设计及SSO抑制提供参考。     

直流输电次同步阻尼控制器的设计

次同步阻尼控制器(subsynchronous damping controller，SSDC)是解决由直流输电引起的次同步振荡(subsynchronous oscillations，SSO)的一种有效措施。在分析直流输电引发SSO机理的基础上，对抑制SSO的原理进行深度剖析，进而提出根据相位补偿原理设计SSDC的方法，该方法物理概念清晰，实现方便。将IEEE 次同步谐振标准测试系统和CIGRE直流输电标准测试系统相结合，构造了一个用于研究HVDC引发SSO的测试系统。对该测试系统的电气阻尼计算结果表明，在所设计SSDC的控制下，次同步频段内的电气阻尼大大增加，且在适当的比例系数下，电气阻尼均为正阻尼。时域仿真也验证了所设计的SSDC的有 效性。     

一种典型交直流电力系统中的次同步谐振/振荡问题分析及抑制

为减少丰水期云南电网弃水电量,南方电网开展了云贵互联的可行性研究。本文结合上述研究需求,针对近区同时包含火电机组、固定串补、高压直流输电系统的交直流电网,开展了三者之间的次同步谐振/振荡(sub-synchronous resonance/oscillation,SSR/SSO)相互作用分析及抑制技术研究。首先,从理论上计算分析了火电机组轴系、固定串补、高压直流输电系统各自可能引发交流系统SSR/SSO的频率,综合得出了系统中可能存在的三类振荡模态及其主导来源,并通过EMTDC故障时域仿真,对比分析验证了上述结论的正确性;进一步,根据SSR/SSO振荡模态的特点及其分布,从直流附加控制的角度提出了直流次同步阻尼控制器(sub-synchronous damping controller,SSDC)的改进设计方法,并据此设计了新的直流SSDC,在EMTDC中的故障时域仿真证明了该方法是正确有效的。     

双馈风机附加次同步阻尼控制器抑制方法分析与优化设计

次同步阻尼控制器(SSDC)抑制次同步振荡(SSO)因具有良好的抑制效果和低廉的成本而得到广泛的认可,但是现有SSDC种类众多,缺乏系统性比较。为此梳理了常见的SSDC结构及其参数设计方法,在对动态性能、鲁棒性等指标的对比中发现转子电流反馈型SSDC具有最佳的抑制效果。进一步深入研究了该SSDC参数对SSO抑制性能的影响,从而优化了参数设计,并提出基于固有时间尺度分解算法的自适应振荡频率选取方法,实现SSDC的SSO精准抑制。对附加改进后SSDC系统进行根轨迹分析和硬件在环实验,结果表明,通过增加自适应振荡频率选取环节和优化设计参数,改进的SSDC具有更优的SSO抑制效果,且不会影响双馈风机的正常运行。     

电力系统次同步和超同步谐波相量的检测方法

针对现有基于基波相量检测的动态监测装置和系统不能满足精确检测次(超)同步谐波的要求,提出一种能够同时检测次(超)同步谐波和基波相量的新方法,它改进了现有定间隔采样相量校正算法,通过自动频率检测、多模式滤波和相量校正方法,可在信号内包含多个非整次谐波分量的情况下,高精度检测出所有次(超)同步谐波和基波相量。给出了检测方法的原理和实现,采用理想测试信号和工程实际数据测试并验证了方法的精度和抗噪声能力。     

风火打捆经直流送出的次同步振荡分析与抑制措施

传统火电机组与直流输电控制器相互作用会产生次同步振荡,大规模双馈风电机组接入对这种振荡产生的影响有待深入研究。本文建立了风火打捆经直流送出的典型模型,并对风火打捆经直流送出系统次同步振荡机理进行了分析,结果表明双馈风机接入能够缓解直流输电引起的火电机组次同步振荡,且风火打捆比例越高效果越好。分析了风机变频器特性与系统运行工况对火电机组次同步振荡的影响,结果表明,风机转子侧变频器内环增益系数增大、内环积分时间常数减小、直流输送功率上升、送端交流系统减弱、直流输电整流侧控制器积分时间常数减小、换流器触发角增大,会引起火电机组振荡加剧。对工程应用较多的直流附加宽带通式次同步阻尼控制器(SSDC)在风火打捆经直流送出系统中的适用性进行分析与验证,结果表明,宽带通式SSDC仍具有抑制效果。     

FACTS装置对次同步振荡的抑制机理研究

交流灵活输电系统（Flexible AC Transmission System,FACTS）在电力系统中得到了越来越广泛的应用。由于FACTS装置的快速灵活调节性能,研究其抑制次同步振荡的机理具有重大的现实意义和工程应用价值。介绍了次同步振荡的基本原理,并详细阐述了常见FACTS装置对次同步振荡的抑制机理。     

基于PRONY辨识的附加最优次同步阻尼控制器设计

在电力系统的次同步振荡分析当中，以往提出的基于系统线性化方程求解的小扰动分析方法极易形成“维数灾”，在实际复杂系统中的应用非常困难。利用Prony方法来辨识系统模型，较好的解决了电力大系统建模困难的问题。在实际系统中，不是所有状态变量都能采取利用，所以采用了状态观测器来重构系统状态，并在此基础上，利用线性最优控制理论设计了附加次同步阻尼控制器。在南方电网的实际模型中，对该控制器进行了时域仿真验证，证明了该控制的有效性和快速性。     

呼辽直流工程次同步振荡的数模混合仿真

直流输电可能引发整流站附近的火电机组产生次同步振荡现象。为确保呼辽交直流系统运行的安全稳定性,采用数模混合实时仿真的方法,对呼辽直流输电系统可能引发呼盟汽轮机组次同步振荡的问题进行了研究。通过仿真研究,深入分析了呼辽交直流输电系统在不同运行方式下发生次同步振荡的风险,研究了直流系统运行工况对次同步振荡的影响,验证了直流...     

含常规直流和柔性直流的交直流混合系统次同步振荡抑制研究

针对背靠背直流异步联网工程中存在的次同步振荡(SSO)现象,对基于常规直流(LCC_HVDC)的次同步阻尼控制器(LCC_SSDC)和基于柔性直流(VSC_HVDC)的次同步阻尼控制器(VSC_SSDC)的协同抑制问题进行了研究。首先针对待研究输电系统,从电磁转矩矢量合成方面分析了SSDC抑制次同步振荡的机理。然后分别设计了LCC_SSDC和VSC_SSDC的结构并整定了其参数。最后在PSCAD/EMTDC上搭建电磁暂态仿真模型,仿真结果验证了结论的正确性和所设计SSDC的有效性。     

风电参与的电力系统次同步振荡机理研究综述和展望

风电参与的新型次同步振荡事故频发,严重影响了新能源电力系统的安全稳定运行。结合次同步振荡所对应的数学动力学模型、轨线特征,分析归纳风电参与的电力系统次同步振荡的机理分类,即负阻尼振荡、强迫振荡、切换型振荡和其他复杂振荡,并从参数变化角度给出对应的分岔类型;进一步地,基于上述风电参与的新型次同步振荡机理分类,分别阐述对应上述机理的分析方法研究现状;最后,针对目前研究较少的风电参与的切换型次同步振荡,从分段光滑模型及其动力学机理、非光滑分岔分析方法、物理特性、实测验证等角度,给出其研究展望。     

托克托电厂阻塞滤波器模态中心频率偏移对抑制次同步谐振的影响

采用阻塞滤波器是当前抑制次同步谐振的主要方法之一。在介绍阻塞滤波器基本原理的基础上,研究阻塞滤波器中心频率偏移对机组扭振抑制效果的影响,并基于PSCAD\EMTDC(电力系统计算机辅助设计/直流系统电磁暂态程序)搭建托克托电厂采用阻塞滤波器抑制次同步谐振的仿真平台,在此平台上对阻塞滤波器中心频率偏移进行仿真分析,结果发现:单台机阻塞滤波器的频率发生小范围偏移,对次同步谐振的抑制效果影响不大;如果多台机组的阻塞滤波器都发生中心频率偏移,就会导致转速差收敛速度缓慢甚至发散,从而显著影响次同步谐振的抑制效果。通过大量的仿真对比确定能保证抑制效果的中心频率偏移的范围,其结论对托克托电厂阻塞滤波器的投运具有工程实用价值。     

双馈风电机组并网次同步振荡研究

首先基于次同步振荡理论,研究了双馈风电机组在弱电网并网情况下的机组脱网问题。研究发现,输电线路的串补投入和变流器控制策略对低频振荡敏感的因素导致了次同步振荡的发生;然后提出一种在网侧变流器中加入带阻尼特性的特定滤波器策略,该策略能够有效抑制风电机组与电网之间的振荡;最后,仿真结果验证了该方法的有效性。     

Sub-synchronous Oscillations Caused by Grid-connected PMSGs under the Condition of Near Strong Open-Loop Modal Resonance

Abstract

This article examines the modal condition under which a grid-connected PMSG may cause the sub-synchronous oscillations (SSOs) in a power system. The examination is based on a closed-loop interconnected model of the power system, wherein, the PMSG and the remainder of power system (ROPS) are modeled as two separate but interconnected open-loop subsystems. The model condition being examined is that an SSO mode of the open-loop PMSG subsystem is close to an SSO mode of the open-loop ROPS subsystem on the complex plane. Analysis in the article indicates that the modal condition is the near strong open-loop modal resonance (NSOMR), under which damping of one corresponding closed-loop SSO mode may very likely degrade. The damping degradation can be estimated by an SSO index derived in the article. Hence, study presented in the article reveals the mechanism about why the SSOs may be caused by the grid-connected PMSG from the perspective of the NSOMR. In addition, it is proposed that by applying the modal analysis to the open-loop subsystems, the SSO instability risk brought about by the PMSG can be detected and the risk-contributing PMSGs and synchronous generators in the power system can be identified.