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。     

一种抑制超低频振荡的水电机组调速器参数协调优化方法研究

基于最小二乘法实现了在线拟合发电机机械转矩阻尼系数,可准确评估机组对超低频振荡的贡献度。同时提出一种抑制超低频振荡方法,该方法首先对系统状态子空间进行辨识,并结合改进粒子群算法协调优化机组调速器PI参数,实现了对超低频振荡的抑制。最后,利用PSASP软件在改进的EPRI 36节点模型进行了仿真验证,结果表明所提方法能有效抑制超低频振荡。     

水电机组引起的超低频振荡特性及抑制措施研究

近年来,直流孤岛送出系统中陆续出现了振荡频率低于0.1Hz的超低频振荡现象,严重危害电网的安全稳定运行。研究表明,由于水电机组中存在水锤效应,若调速器控制参数设置不合理,系统的阻尼和稳定性会恶化,水电机组比例过高会使得系统中出现超低频振荡。针对此问题,首先建立含PID型水电机组调速器的多机系统线性化状态空间模型,求解出超低频振荡模式。然后,采用阻尼转矩分析法分析调速器控制系统的阻尼特性,并提出一种基于相位补偿原理的调速器侧电力系统稳定器(governorpowersystem stabilizer,GPSS)设计方法,可以通过GPSS来增加调速器控制系统阻尼,从而抑制系统的超低频振荡。最后,在3机9节点系统中,采用特征分析法,根据参与因子和根轨迹对超低频振荡特性进行分析得出:调速器控制系统确实深度参与了超低频振荡现象,通过合理设置调速器控制参数可以增大超低频振荡模式的阻尼比。同时,在单机单负荷和4机2区域仿真系统中验证了该文所设计的GPSS抑制超低频振荡的有效性。     

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。     

水电机组调速器附加阻尼控制仿真试验

西南电网异步运行后带来的频率稳定问题突出,其中对超低频振荡的抑制的研究成果有待在实际电网中近一步实践。本文首先对超低频振荡问题进行了概述,指出了超低频振荡根源在于水电机组原动机控制系统,随后分析了现有振荡抑制措施的局限性并提出了基于调速器附加阻尼控制(GPSS)的超低频振荡抑制方法。基于时频分析的方法对控制参数进行了整定并在Simulink中搭建了单机带负荷水电机组调速系统模型验证了GPSS的抑制效果。最后,搭建了半实物化仿真试验平台并验证了GPSS的超低频振荡抑制效果,为GPSS在实际电网中的应用提供了实践支撑。     

兼顾超低频振荡阻尼特性的水电机组一次调频多目标优化策略

针对水电高占比电网超低频振荡抑制需求及现有水电机组调速系统控制参数整定方法难以有效协调系统阻尼特性与一次调频动态性能之间矛盾关系的问题,提出一种兼顾阻尼特性的水电机组一次调频多目标优化策略。首先建立适用于小波动工况的水电机组调速系统模型,推导调速系统阻尼特性与振荡频率之间的关系表达式,引入用于协调水电机组阻尼特性和一次调频动态性能的多目标函数;然后采用预先处理和后处理相结合的约束处理策略对相应约束条件进行处理;最后采用多目标引力搜索算法对目标函数进行求解,并对非支配解集进行优选,得出水电机组在一次调频工况下的最优运行参数。仿真结果表明,采用所提策略得到的最佳兼容解能在避免一次调频被考核的同时,较好地提升调速系统在超低频段的阻尼水平,有利于抑制超低频振荡的发生。     

抑制超低频振荡的稳定器控制机理及策略验证

电力系统稳定器(PSS)是解决低频振荡的有效手段,但对于富集水电互联系统出现的超低频振荡,无法提供有效正阻尼。文中基于复转矩系数法对超低频振荡机理进行剖析,理论推导出附加阻尼控制的可行性。利用分频段控制思想,对传统PSS附加低通分支以拓展超低频控制段,构建新型抑制超低频振荡的PSS控制结构,同时提出频段设定和计及系统工况变化的控制参数鲁棒整定算法。通过应用于四川电网某水电外送区域的实例测试,验证了该附加阻尼控制策略对不同工况下产生的超低频振荡均能有效抑制。     

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。     

超低频振荡主导机组的在线监控方法

电网超低频振荡是由于水电机组机械转矩负阻尼导致一次调频控制过程不稳定引起的,而实际运行中,现有监测系统不能监测机组的机械功率,导致运行人员无法识别超低频振荡主导机组,无法快速平息振荡。文中分析机械转矩与电磁转矩阻尼特性的关系,提出了一种机械转矩阻尼的在线评估方法,实现超低频振荡主导机组的在线辨识,并退出其一次调频,抑制频率振荡。仿真结果及实际PMU录波曲线验证了文中方法的有效性,为超低频振荡的在线控制提供了有效技术手段。     

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。     

Damping of system oscillatory modes by a phase compensated gas turbine governor

The proliferation of gas turbines in power systems increases the scope for taking advantage of mechanical torque control for improved network damping. This paper describes a phase compensated governor for a gas turbine and explores its potential contributions to system damping in a multimachine context. It is shown that the inclusion of phase compensation in the governor control loop is capable of achieving dynamic stability for the system without the need of a power system stabilizer (PSS) in the generator excitation control loop and without adversely influencing terminal voltage control. In addition, it is demonstrated that a phase compensated governor (PCG) is also capable of significantly improving transient stability and by complementing the effectiveness of a conventional PSS, enables a superior overall contribution to network damping.     

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。     

水轮机调速器的极点配置法设计及自适应控制

本文重点阐述了水轮机调速器的极点配置法设计原理与方法，给出了按极点配置原理导出的ＰＩＤ调节器的参数优化公式。同时，介绍了以极点配置调节器为基础的水轮机自适应调节系统的结构。仿真及现场试验结果表明，按极点配置法设计的水轮机调速器能较好地兼顾频率扰动和负荷扰动的性能。而以极点配置调节器为基础的水轮机自适应调速器，不仅具有良好的参数自适应性，而且能使调节系统获得更优良的动态品质。     

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。     

大型水轮发电机组水门开度控制零动态设计方法

针对一类非线性非最小相位系统,利用微分几何控制理论,首先通过引入动态反馈对其扩维以获得稳定的零动态,然后采用标准的线性系统方法设计非线性控制器;进一步利用哈密顿 — 雅可比 — 贝尔曼方程和中心流形理论分别证明所设计控制律的最优性以及闭环系统的稳定性。结合水轮机调速系统模型,求得大型水轮发电机组水门开度非线性最优控制律。对川渝—华中电网的仿真结果表明,与常规控制器相比,所设计的调速系统控制律能够显著提高电力系统的暂态稳定性。     

大型水轮发电机调速控制器的自适应控制

针对大型水轮发电机调速控制器,提出了非线性自适应控制设计方法。首先．建立含有未知参数的非线性数学模型,其次通过递推设计方法得到了自适应控制策略,而且在策略中包含了对未知参数的动态估计,最后获得了水轮机调速器的自适应分散镇定控制策略。在控制策略中所有的变量都是可量测的,并且控制策略具有分散性和适应性。计算机仿真研究结果证明了水轮发电机调速控制器的自适应控制策略的有效性。     

利用水电机组水压反馈改善电力系统稳定性

通过对水电机组复杂非线性模型的仿真,研究了水轮机调速器控制规律对电力系统稳定性的影响,并提出了采用水压反馈改善电力系统稳定的控制思想。仿真研究结果表明：由于水电机组引水系统的水击效应,原动机的自动调节会恶化系统阻尼,使转子摇摆曲线的衰减速度明显减慢,而引入水压的微分反馈可加快振荡过程的衰减,有效改善电力系统的稳定性。文中所提方法简单,易于在水电机组调速器上实现。     

水轮机调节系统非线性扰动解耦控制

该文针对水轮机调节系统非线性、时变、非最小相位的特点，采用微分几何非线性控制理论中的扰动解耦控制方法，设计了水轮机调节系统的非线性扰动解耦控制策略。在新控制策略中，除了机组转速偏差外，接力器行程偏差和有压引水系统水压力的变化也是控制信号的一部分。仿真结果表明该控制策略能有效的改善水轮机调节系统的动态性能，增强其鲁棒性和抗强干扰的能力。     

基于水轮发电机综合非线性模型的调速器控制

为了提高大型水轮机组远距离输电的安全稳定性,在具有刚性水锤的一类水轮发电机的综合非线性模型的基础上,根据非线性微分几何控制理论,提出了新的调节输出设计法。该方法可以克服现有调速器非线性控制面临的零动态设计瓶颈,从而推导出调速器的一种新型非线性控制律——综合非线性调速器控制器(CNGC)。同时,论证了理想水轮机模型是该综合非线性模型在额定运行点线性化近似的结果。数字仿真实验表明,所提出的CNGC不但效果远好于常规控制律,而且优于现有的基于理想水轮机模型推导的非线性控制律(GNOPSS)。