高比例风电并网系统次同步振荡的广域监测与分析

现代电网中基于电力电子接口的新能源比例逐年提高,电力电子设备与电网之间相互作用引起的次同步振荡问题也日益突出。广域监测系统可实时获取次同步振荡的数据,为次同步振荡的在线分析和预警提供了重要手段。该文针对基于数据驱动的新能源并网系统中次同步振荡实时分析,构建了次同步振荡广域监测系统的基本构架,该系统主要由次同步相量监测装置和次同步振荡分析中心构成。进一步,基于实时监测数据和聚合阻抗模型相结合的方法,提出次同步振荡稳定性评估指标及振荡溯源方法,能够快速准确地实现次同步振荡的在线监测与预警。通过我国实际电网的电磁暂态仿真模型,验证了所提次同步振荡广域监测系统的有效性。     

新疆大规模风电汇集地区的次同步振荡控制方法研究

新疆哈密地区是风光火打捆、直流送出的复杂电网系统,电力电子设备大量应用带来的次同步谐波使得该地区次同步振荡问题越发严重。为此,通过分析次同步振荡识别判据,结合现有稳控装置支持次同步振荡控制功能的升级方案研究,提出了针对性的次同步振荡控制策略,包括结合机组模态频率特征和不结合机组模态频率特征两种方式。通过次同步振荡频率成分判据分析、启动门槛设定和启动确认等设计步骤,研制开发了新的次同步振荡安全控制装置;基于现场近百次的同步振荡事故验证,该装置全部正确动作,有效地抑制了哈密地区电网的次同步振荡,保证了电网的安全稳定运行。     

基于PMU的分布式次同步振荡在线辨识方法

为减轻WAMS主站端的软硬件开销,同时也为了避免WAMS主站端对PMU数据进行采样时产生的频率混叠现象,本文在分析了WAMS/PMU通信架构和同步相量测量的算法原理的基础上,提出了在PMU装置上实现分布式次同步振荡在线参数的辨识方法。本文深入分析和比较了两种不同的参数辨识方法,基于相量数据的次同步振荡参数辨识方法和基于原始采样值的次同步振荡参数辨识方法,讨论了基于相量数据的次同步振荡参数辨识方法的局限性,指出了基于原始采样值的次同步振荡参数辨识方法,既可避免对次同步振荡分量的误判,提高次同步振荡分析监测的准确性和适应性,同时又更易于实现超同步振荡等扩展性应用需求。     

基于可观测与可控度的直流输电次同步振荡阻尼控制研究

汽轮发电机组轴系在次同步频率范围内往往存在多个扭振模态。目前对高压直流输电引起的多模态次同步振荡尚缺乏行之有效的抑制策略,系统中多次出现应用次同步振荡阻尼控制器后轴系依然存在明显振荡的现象。应用状态空间法对轴系机械系统进行分析,建立了次同步振荡模态的可观测度与可控度的概念。在设计次同步振荡阻尼控制器时,基于次同步振荡的可控与可观测度进行参数优化。PSCAD/EMTDC的时域仿真结果表明,传统的次同步振荡阻尼控制器对于可观测与可控度较低的振荡模态抑制效果较差,而所提出的基于可观测与可控度的次同步振荡阻尼控制     

弱联系电网中SVC引起的次同步振荡分析及其抑制措施研究

藏中联网工程多站点布置了SVC以改善长链式电网的电压调节性能。经过电磁暂态仿真发现,在藏中联网这类具有长链式、弱联系特征的电网中,SVC控制参数不当可能引发次同步振荡。为了深入研究此类振荡特性及抑制方法,建立了线性化的SVC和输电网络的电磁暂态模型。采用特征分析的方法,在两个算例中分析了这种新型次同步振荡的特点。结果表明,此类次同步振荡是在系统已有的次同步模式当中,不当的SVC控制削弱了次同步阻尼,从而引发了振荡的产生。且系统中的多台SVC对系统振荡阻尼的削弱作用会叠加,进一步增加次同步振荡风险。最后,根据此类次同步振荡的特点,针对性地提出了抑制此类新型次同步振荡的措施。     

电力系统次同步振荡抑制方法概述

介绍了次同步振荡研究的感应发电机效应、扭转相互作用、暂态力矩放大以及由其他电气装置引起次同步振荡的主要内容。阐述了次同步振荡的基本概念及产生的机理,并介绍了目前抑制次同步振荡的方法及发展现状,指出了需进一步研究的问题。     

基于瞬时功率的次同步振荡频率提取及振荡源识别方法

大规模新能源并网引发的次同步振荡严重威胁电力系统的安全稳定运行。为满足次同步振荡在线告警需求，需要分析宽频测量数据并快速提取振荡分量，快速检测到次同步振荡并精准切除振荡源已是迫切需要解决的关键技术。该文推导了对称和不对称三相电路中含有次同步频率电源时的瞬时功率表达式，揭示了瞬时功率主要为恒定功率分量和次同步频率的交变功率量；在此基础上，提出基于整周期瞬时功率差的次同步振荡频率提取方法，相比于快速傅里叶变换的计算速度大幅提升，避免了栅栏效应和频谱泄露问题；并提出了利用半周期瞬时功率差的次同步振荡源识别方法，可以对多风电场集中并网系统进行次同步振荡源定位，进而为精准切机提供支撑。时域仿真结果表明，该文提出的次同步振荡频率提取方法的计算速度相比快速傅里叶变换有显著提升，振荡源机组辨识方法具有较高的精度。     

非特征谐波引起的次同步振荡研究

次同步振荡（ＳＳＯ）是电力系统的一种动态不稳定现象,现电力系统地某一次同步频率,其模态阻尼为负,同系具有一与其相补的自然频率,就会引导机电相互 耦谐波引起的次同步振荡,指出可能发生次同振荡文章应用通信技术中调制理论分析研究了非特征谐波引起的次同步振荡,指出可能次同步振荡的频率范围,揭示了其机理。     

一种基于振荡发散速率的次同步振荡风电场精准切机策略

大规模风电接入弱交流系统、经高压直流输电线路或带串联补偿的交流输电线路外送时可能诱发电力系统的次同步振荡,造成大量风机脱网及相关设备的损坏。针对该问题,通过监测联络线有功功率振荡波形,并引入一种简单有效的方法来辨识次同步振荡。采用指数函数对次同步振荡的振幅进行拟合,确定次同步振荡的振荡模式及发散速率,并设计了振荡发散速率与风电机组切除台数的对应关系。最终,提出了次同步振荡下风电场三轮切机策略。理论分析和基于PSCAD的仿真结果表明所提风电场切机策略能有效抑制次同步振荡,保障电网的安全稳定运行,并可在次同步振荡下最大程度保存风电机组,提升风电消纳能力。     

新能源汇集区域次同步振荡控制防线的研究与应用

随着国家对新能源发展的大力支持,风电、光伏装机规模呈现快速增长,尤其是风能、太阳能资源丰富的区域,新能源呈现集中式开发。但是新能源汇集区域多位于电网末端,系统短路电流水平低,同时新能源均通过电力电子装置并网,从而引发了次同步振荡问题。随着电网中电力电子化元件大量采用,元件自身、元件与元件之间相互协调影响作用进一步凸显,次同步振荡问题进一步恶化。因此在次同步振荡机理尚不明确的前提下,开展次同步控制防线研究,抑制和隔离次同步振荡发生。开展了次同步振荡原因分析;结合现有的电网防御体系,建立新能源汇集区域次同步控制防线,提出了基于机组模态频率的次同步振荡控制系统;对某一次同步振荡分析,验证了所提出的次同步控制系统的正确性。研究成果为新能源汇集区域的次同步振荡控制提供了技术方案,保障了新能源汇集区域电网安全稳定运行。     

新能源汇集地区广域次同步振荡监测系统研究与构建

新能源汇集地区广泛使用的电力电子设备容易产生大量次同步谐波,引发电力系统次同步振荡现象。为了实时监测及收集次同步振荡信息以研究振荡产生机理和控制方法,提出基于次同步谐波传播通道的PMU、SMU子站部署原则,将子站与WAMS主站呈辐射型互联构建广域次同步振荡监测系统。最后,将系统应用于新疆哈密地区后能实时精准、有效地监测到大量次同步振荡信息,直观地展示了次同步振荡的动态发展过程,为后续研究提供数据基础。     

电力系统次同步振荡的检测技术综述

电力系统次同步振荡问题由来已久,对电网安全稳定运行具有较大威胁性,是电力系统稳定性问题的重要组成部分。基于实测数据的振荡检测方法,可在一定程度上还原次同步振荡事故情况,并有助于后续振荡的溯源和抑制的实施。次同步振荡的检测方法种类繁杂,不同方法的效果也各不尽相同。首先对次同步振荡的信号预处理技术进行了整理综述,其次将信号提取辨识技术按照基于瞬时值数据和基于相量数据两大类进行了归纳和优缺点比较,并简单介绍了近来新兴的次同步振荡薄弱环节定位技术,最后在结尾对次同步振荡信号检测领域做出了总结和展望。     

东北电网风电次同步振荡风险评估及防控策略研究

鲁固直流投产以来,东北电网呈现火电及高渗透率新能源电力通过特高压直流打捆外送的局面,抑制次同步振荡、构建防护体系至关重要.揭示了高比例新能源电网出现次同步振荡现象的机理,开展次同步振荡影响因素分析;提出了一种基于有效短路比的次同步振荡风险筛选方法,为次同步监测布点提供理论依据;提出自适应频率变化的多振荡模式辨识技术,制...     

虚拟同步控制对风电并网系统次同步振荡阻尼影响分析

为厘清虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)对风电并网系统次同步振荡的影响机理,建立了含VSG的风电并网系统全阶状态空间模型。以振荡频率及阻尼比为量化指标,定量评估了在次同步振荡模态下VSG的阻尼特性,并通过求解参与因子得到VSG控制参数对次同步振荡的灵敏度。最后,通过时域仿真验证了建模方法的有效性和机理分析的准确性。结果表明,尽管VSG削弱了转子侧换流器内环比例系数对次同步振荡的影响,但是该系数对次同步振荡的影响仍然最大,且VSG励磁控制积分系数对次同步振荡的影响程度高于阻尼系数。     

基于SVG的次同步振荡抑制方法研究与应用

与传统的次同步振荡相比,风电场的次同步振荡频率不固定,其振荡主要取决于变流器特性以及输电系统的结构。针对风电场的次同步问题,设计了基于静止无功发生器(SVG)的次同步振荡抑制方法。该方法在风电场已有的SVG控制器上增加次同步振荡抑制环节并优化控制算法。在不影响既有的电压与无功功率控制功能的情况下,实现风电场的次同步振荡抑制。通过RTDS仿真和在新疆哈密三塘湖地区风电场的实际应用,验证了抑制方法的有效性。     

风电场内机群间次同步振荡相互作用

大型风电场内部包含大量控制参数各异、运行状态不同甚至类型多样的风电机组,其并网引发的次同步振荡问题日益凸显。研究了风电场内部不同风电机群之间次同步振荡相互作用及其影响因素,从而明确次同步振荡在风电场内的演化过程;建立了直驱风电场的并网导纳模型;应用广义奈奎斯特判据分析了风电场内不同风电机群并网的次同步振荡稳定性,在此基础上研究了风电场内不同风电机群之间的次同步振荡相互作用。结果表明,“振荡机群”能够引起“稳定机群”也发生次同步振荡,二者的并网机组台数比例对风电场次同步振荡特性具有显著的影响,“振荡机群”的锁相环参数对整座风电场的次同步振荡频率具有重要的影响。在MATLAB/Simulink中搭建了直驱风电场的并网仿真模型,时域仿真结果验证了上述理论分析的正确性。     

TCR型SVC抑制电力系统次同步振荡研究

针对目前由串补电容引起的次同步振荡问题日益严重的现象,文章拟利用TCR型SVC抑制次同步振荡。通过对次同步振荡与SVC的原理的研究,文章用MATLAB/SIMULINK建立了TCR型SVC仿真模型,并采用IEEE第一标准的模型来验证文章建立的模型的有效性。通过次同步振荡研究的时域仿真技术得出第一标准模型在安装SVC时,次同步振荡现象明显小于不安装SVC时。文章进一步对不同类型SVC在抑制次同步振荡的特点进行对比分析,对TCR型SVC进行优化,得出了改进后的SVC对次同步振荡抑制的效果会进一步提高的结论。     

应用于高压直流换流站近区机组的次同步振荡阻尼控制器研究

在交直流混联系统中,高压直流输电系统可能引发送端交流系统发生次同步振荡现象,造成换流站近区机组的轴系扭振,使得发电机组大轴及周围设备损坏,同时对升压变压器一次侧造成冲击。针对该问题,文中首先分析了高压直流换流站近区机组次同步振荡的产生机理,然后提出了一种基于附加次同步振荡阻尼控制器的抑制方法。最后在PSCAD电磁暂态仿真环境下计算表明,附加次同步振荡阻尼控制器能够快速响应次同步振荡扰动,抑制次同步振荡幅值,平抑次同步振荡引起的过电压和过电流,避免其对机组轴系和升压变压器一次侧的冲击。     

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。     

复杂多机系统次同步振荡的分析与抑制

对复杂多机系统与HVDC相互作用引起的次同步振荡进行分析与抑制研究。采用机组作用系数法对不同运行方式下可能发生次同步振荡的机组进行了筛选。依据UIF不变的原则将复杂多机系统简化为单机交直流系统,利用复转矩系数法分析了系统的阻尼特性。将根据单机系统设计的次同步振荡阻尼控制器用于抑制复杂多机系统的次同步振荡,时域仿真结果表明了所设计的次同步振荡阻尼控制器的有效性。