基于广域测量信号的双馈风电机组阻尼控制策略

为了抑制电力系统的区域间低频振荡,本文提出了一种应用于双馈风电机组(DFIG)的附加阻尼控制策略。首先,建立了双馈风电机组的动态模型及其控制策略。然后阐明了动态有功功率注入和动态无功功率注入提高系统阻尼的原理,在此原理的基础上提出了双馈风电机组附加阻尼控制器的设计方法。阻尼控制器基于电力系统稳定器(PSS),将广域测量信号区域间同步机组电压相角差作为输入信号。考虑到DFIG有功功率和无功功率可解耦控制,控制器输出信号附加到DFIG有功功率控制环和无功功率控制环。最后,建立了四机两区域电力系统仿真模型,通过特征值分析和时域仿真分析验证了附加阻尼控制策略的有效性及动态功率注入提高系统阻尼原理的正确性。     

基于区域极点配置的风电系统弱阻尼低频振荡模式抑制

风电并网不仅影响原有低频振荡模式,而且可能引入新的模式。改善单个低频振荡模式,可能削弱其他模式阻尼。基于双馈风电机组详细建模,建立风电系统状态空间方程,选择控制变量和输出变量。考虑双馈风电机组出力变化,分析弱阻尼低频模式区域极点配置的必要性。兼顾电网原有及新引入弱阻尼低频模式,构建降阶模型。采用基于线性矩阵不等式的区域极点配置法,设计输出反馈控制器,将所有弱阻尼低频模式配置在设定区域,提高其阻尼比,并增加系统稳定裕度。算例分析表明,所设计控制器有效提高所有弱阻尼低频模式的阻尼,改善了风电系统振荡特性。     

基于在线辨识和区域极点配置法的电力系统低频振荡协调阻尼控制

基于均匀阻尼思想和低频振荡的在线辨识,提出采用区域极点配置法设计阻尼控制器,以实现大系统低频振荡的协调阻尼控制。首先分析了电力系统低频振荡的阻尼特性和机组参与振荡的特点,提出实现均匀阻尼控制的条件和方法;然后基于低频振荡特征的辨识进行阻尼评估,确定均匀阻尼控制的目标;针对辨识模型进行降阶,得到适合控制器设计的降阶模型,最后采用区域极点配置法求出控制器的参数,同时抑制发电机参与的多个振荡模式。由于辨识的模型中考虑了其他发电机和调节系统对本机的影响,极点配置的目标保证发电机所参与振荡模式的阻尼尽量均匀,避免了其他模式阻尼的过度削弱,因此低频振荡控制具有一定的协调性,同时控制器的反馈信号为本地信号,实现了系统的分散协调控制。以新英格兰10机39节点系统为例,说明了本文设计控制器的有效性和鲁棒性,为电力系统低频振荡的分散协调控制提供了新思路。     

双馈风电机组附加阻尼控制器与同步发电机PSS协调设计

针对大规模双馈风电机组接入电力系统后的区间低频振荡问题,提出了一种协调双馈风电机组附加阻尼控制器和同步发电机电力系统稳定器(PSS)的设计策略。首先,考虑风电机组的机械部分、电气部分和控制结构,建立了双馈风电机组的机电暂态模型和附加阻尼控制器模型。在闭环电力系统线性化模型的基础上,提出利用动态指标值的优化模型来协调整定双馈风电机组附加阻尼控制器和同步发电机PSS的控制参数,并使用粒子群算法求解优化模型的全局最优解。最后,通过2个标准仿真系统算例,对比传统的阻尼控制器设计策略,验证了所设计策略的有效性和实用性。     

虚拟同步风电场协同光伏电站附加阻尼控制方法

迅速增长的新能源并网容量可能会导致电力系统的低频振荡现象,以风电和光伏为主的新能源机组应具备抑制低频振荡的能力。以含风电场和光伏电站的系统为研究对象,阐明双馈风机（doubly fed induction generator, DFIG）虚拟同步控制和附加阻尼控制增加系统阻尼的原理,以DFIG并网点处有功功率变化量为输入,分别在虚拟同步风电场有功控制环和光伏电站控制器上设计附加阻尼控制器。然后,根据DFIG运行区域,设计两者的协同控制策略。当DFIG运行在转速恒定区时,考虑到风机变桨距控制响应速度慢、抑制振荡效果不理想的特点,使DFIG不再参与附加阻尼控制,而是控制光伏电站输出额外的附加功率来弥补DFIG的不足。最后,建立包含风电场和光伏电站的仿真系统,通过Prony分析和时域仿真验证该协同控制方法的有效性和正确性。     

含双馈风电机组系统的广域阻尼控制器协调优化策略

为了提高含双馈风电机组系统抑制低频振荡的能力,提出一种基于自抗扰控制器的广域阻尼控制器协调优化策略。首先对含有双馈风电机组的电力系统进行建模;然后基于系统可观/可控性综合几何指标选择广域阻尼控制回路;最后利用人工蜂群算法对自抗扰控制器和广域阻尼控制器进行协调优化,以增强系统的稳定性。通过2区域4机系统和新英格兰10机39节点系统案例验证了所提出的方法在抑制含双馈风电机组系统低频振荡方面的可行性和有效性。     

含传输线功率信号的双馈风电场附加阻尼控制策略

从抑制电力系统区域间低频振荡以及减少风电机组传动链轴系扭振方面,提出双馈风电场附加阻尼控制策略。首先,建立了考虑传动链柔性的风电机组暂态模型及控制策略。其次,提出了考虑电力系统传输线功率信号的双馈风电机组无功功率环的附加阻尼控制策略。最后,以双馈风电场接入IEEE两区域四机系统为例,针对电网传输线三相短路故障和区域内同步发电机有功功率小扰动2种情况,分别对不同阻尼信号增益下的有功功率环和无功功率环附加阻尼控制策略的系统动态性能进行仿真。比较结果表明,与无附加阻尼控制相比,基于有功功率环或无功功率环的附加阻尼控制能够更好地抑制传输线功率振荡,且无功功率环附加阻尼控制不会导致风电机组传动链轴系扭矩振荡幅值增加。     

附加频率控制双馈风电场频率响应特性建模与参数辨识

随着风电渗透率的增加,风电机组参与电力系统调频已成为间歇式风电消纳的共识.为实现含高比例风电电力系统频率特性的高效准确分析,该文首先建立了附加频率控制下双馈异步风电机组(DFIG)双输入(风速、频率)-单输出(并网功率)频率响应模型,并通过劳斯近似,依次建立了DFIG频率响应4阶和2阶模型;进而针对双馈风电场整体频率响应特性的建模需求,结合矩阵束法和最小二乘法,设计了采用数据重构的双馈风电场频率响应降阶模型参数辨识算法;最后,基于DFIG单机并网系统和含双馈风电场的扩展IEEE 30节点系统,通过对比Matlab/Simulink电磁暂态仿真结果,分别验证了频率响应降阶模型和所提参数辨识算法的准确性和有效性.     

大型双馈风力发电系统小信号动态建模及附加阻尼控制器设计

由于风电场输出功率的波动性及远距离输电等原因,大规模风电场接入互联电力系统后会面临不同区域电网间的低频振荡问题。建立了大型双馈风力发电系统的小信号动态模型,该模型包括风力机及传动系统动态方程、异步发电机动态方程、变频器动态方程以及变频器控制系统动态方程4个部分,具有一般性。以双馈风力发电机转子侧变流器有功功率参考值为输入,以互联电力系统区域间同步发电机功角差值为输出,通过系统辨识方法得到二者间的开环传递函数。在此基础上,利用极点配置方法,设计了双馈风力发电机的附加阻尼控制器。非线性时域仿真表明,配备了阻尼控制器的大规模风电场能够有效抑制互联系统的低频振荡,增加互联系统的阻尼。     

含直驱风电机组的电力系统次同步振荡鲁棒阻尼控制

风电功率波动会导致电力系统运行点变化,为有效提高次同步振荡阻尼控制的适应性,文中采用直驱风电机组附加控制的方法设计了一种次同步振荡鲁棒阻尼控制器。首先,基于状态空间模型利用含区域极点配置的混合H_2/H_∞控制方法抑制由随机扰动引起的电力系统次同步振荡。将不同运行点作为凸多面体的顶点构建凸多面体模型,以适应风电输出波动引起的系统运行点大范围变化,提高控制器的鲁棒性。然后,利用线性矩阵不等式求解状态反馈矩阵,设计次同步振荡鲁棒阻尼控制器。最后,利用接入2台直驱风电机组的4机2区系统作为测试系统进行时域仿真。仿真结果表明,基于凸多面体的鲁棒阻尼控制器不仅能够为系统次同步振荡模式提供足够的阻尼,并且在风电功率在较大范围内变化的情况下,控制器也具有较好的控制效果。     

基于混合H2/H∞控制理论的交直流并联系统机网阻尼协调控制

针对交直流并联运行系统阻尼不足、存在区域间低频振荡的问题,文中提出一种基于混合H_2/H_∞控制理论的交直流并联系统的机网阻尼协调控制策略。首先采用最小二乘-旋转不变算法辨识出系统振荡模式和开环降阶模型,结合混合H_2/H_∞控制理论,在高压直流输电和发电机中设计了附加鲁棒阻尼控制器,该控制器采用线性矩阵不等式的求解方法和输出反馈构造,求解容易,控制器构造简单,具有较强的鲁棒性。最后在PSCAD/EMTDC中搭建四机两区域测试系统,并与传统附加阻尼控制器对比,仿真结果验证了机网阻尼协调控制的有效性、鲁棒性。     

An active power control strategy for a DFIG-based wind farm to depress the subsynchronous resonance of a power system

This study presents a novel auxiliary damping control strategy to depress subsynchronous resonance (SSR) oscillations in nearby turbine generators. In the proposed control strategy, SSR damping is achieved by adding turbine generator speed as a supplementary signal at the active power loop of the rotor-side converter (RSC) of doubly-fed induction generator (DFIG)-based wind farms. To design the SSR auxiliary damping controller, a transfer function between turbine generator speed and the output active power of the wind farms was introduced to derive the analytical expression of the damping coefficient. Then the damping effect of the active power of the DFIG-based wind farms was analyzed, and the phase range to obtain positive damping was determined. Next, the PID phase compensation parameters of the auxiliary damping controller were optimized by genetic algorithm to obtain the optimum damping in the entire subsynchronous frequency band. The last, the validity and effectiveness of the proposed auxiliary damping control were demonstrated on a modified version of the IEEE first benchmark model by time domain simulation analysis with the use of DigSILENT/PowerFactory.     

应对并补电网下DFIG系统高频谐振的宽频阻抗重塑策略

并联补偿在电力系统中广泛用于无功补偿及提高电网电压供电质量,当基于双馈式感应发电机(DFIG)的风电机组接入并补电网时,若其阻抗与并补电网阻抗不匹配,则风电机组与电网的互联系统会引发高频谐振,恶化系统运行性能。提出一种基于阻抗重塑技术的DFIG系统高频谐振抑制策略,在分析DFIG机侧和网侧阻抗的基础上,在网侧变流器中引入了基于切比雪夫滤波器的阻抗重塑控制器,对DFIG系统高频段阻抗特性进行宽频域范围重塑,从而避免了已有高频谐振控制策略中的谐振检测环节,改善了目前基于谐振频率检测的谐振抑制策略中存在的在并补度改变时谐振抑制性能下降的问题,提高了DFIG系统对并补电网的适应能力。进而,分析了所提出的谐振抑制策略对基频控制的影响,并对所提DFIG系统高频谐振抑制策略进行了仿真验证。     

Design of a nonlinear power system stabilizer using synergetic control theory

Electromechanical oscillations of small magnitude and low frequency exist in the interconnected power system and often persist for long periods of time. Power system stabilizers (PSSs) are traditionally used to provide damping torque for the synchronous generators to suppress the oscillations by generating supplementary control signals for the generator excitation system. Numerous techniques have previously been proposed to design PSSs but many of them are synthesized based on a linearized model. This paper presents a nonlinear power system stabilizer based on synergetic control theory. Synergetic synthesis of the PSS is based fully on a simplified nonlinear model of the power system. The dynamic characteristics of the proposed PSS are studied in a typical single-machine infinite-bus power system and compared with the cases with a conventional PSS and without a PSS. Simulation results show the proposed PSS is robust for such nonlinear dynamic system and achieves better performance than the conventional PSS in damping oscillations.     

直驱风电机组次同步振荡阻尼控制方法及其适应性

由风电波动引发的次同步振荡具有振荡频率多变、涉及动态装置多、影响因素复杂等特点,现有的阻尼控制类装置难以实现有效抑制,需研究适用的附加阻尼控制方法。文中通过线性化方法推导了直驱风电机组并网系统的特征方程和传递函数,并获取了风电机组并网系统在不同工况下的频率响应特性。然后提出了基于奈奎斯特稳定判据的风电机组次同步振荡阻尼控制器的参数设计方法,以及基于粒子群优化算法的参数优化方法;结合特征值法及时域仿真法,分析了阻尼控制器对于次同步振荡的抑制作用。研究结果表明,依据前述方法设计的阻尼控制器在多种运行条件下均具有较好的适应性。     

DFIG风电机组协同SVG抑制电网低频振荡方法

随着风电渗透率的日益增加,电力系统阻尼不足时易发生低频振荡,双馈风电机组（DFIG）可解耦控制有无功和无功输出,有利于增强系统阻尼。提出一种DFIG协同静止无功发生器（SVG）并网的方法,采用附加阻尼的控制策略,接入控制系统的功率控制节点,改变参考装置的有功和无功参考电流,实现装置动态输出功率,抵消功率增量,对系统中产生的功率振荡进行抑制。搭建DFIG协同SVG并网的4机2区域系统的控制系统模型,添加附加阻尼控制信号,控制DFIG输出的有功功率和SVG输出的无功功率,改变系统的特征根,并基于Prony方法分析振荡信号各模态。结果表明：该方法能够有效提供正阻尼,抑制系统低频振荡,加速振荡波形平息,提高电力系统的小干扰稳定性。     

DFIG风电机组协同SVG抑制电网低频振荡方法

随着风电渗透率的日益增加,电力系统阻尼不足时易发生低频振荡,双馈风电机组（DFIG）可解耦控制有无功和无功输出,有利于增强系统阻尼。提出一种DFIG协同静止无功发生器（SVG）并网的方法,采用附加阻尼的控制策略,接入控制系统的功率控制节点,改变参考装置的有功和无功参考电流,实现装置动态输出功率,抵消功率增量,对系统中产生的功率振荡进行抑制。搭建DFIG协同SVG并网的4机2区域系统的控制系统模型,添加附加阻尼控制信号,控制DFIG输出的有功功率和SVG输出的无功功率,改变系统的特征根,并基于Prony方法分析振荡信号各模态。结果表明：该方法能够有效提供正阻尼,抑制系统低频振荡,加速振荡波形平息,提高电力系统的小干扰稳定性。     

基于事件触发的DFIG次同步附加阻尼控制方法

为快速、准确判断和有效抑制双馈感应发电机(double fed induction generator,DFIG)并网经串补输电系统送出发生的次同步控制互作用(sub-synchronous control interaction,SSCI)问题,首先分析了DFIG经串补送出系统SSCI的作用路径,并经数学推导给出了SSCI发生判据。然后,基于该判据,进一步提出了一种基于SSCI事件触发的DFIG次同步附加阻尼控制方法,提出了适用于快速检测需求的次同步频率提取方法;引入了迟滞环节来解决电机参数不确定导致的误判问题,提高方法的鲁棒性;设计了相频特性平滑的带通滤波器,增强了控制方法对频率变化SSCI问题的适用性。最后,进行PSCAD/EMTDC仿真验证,结果表明所提控制方法能够在风速变化、串补度变化及风机参数不确定情况下较好地阻尼SSCI,且由于引入了SSCI事件判断机制,附加控制在未出现SSCI风险时退出运行,不影响风机变流器的主控制功能。与已有的附加阻尼控制方法相比,所提控制方法在较高串补度下仍然具有较好的抑制效果。