基于区域电网次同步振荡的协同监测策略研究

针对新能源汇集区域频发次同步振荡的问题,本文在电网侧安装次同步振荡监测点基础上,提出一种通过在电厂侧增加火电机组轴系扭振监测点,提高区域电网次同步振荡监测精度的协同监测策略,从而实现电网联络线次同步电流模态和电厂机组次同步模态的在线监测、记录、阻尼计算、稳定性评估等功能。并将协同监测策略应用到哈密某区域电网,通过现场试验表明了该策略能够对次同步振荡模态进行在线监测,并对模态阻尼实现在线辨识和预警,验证了该策略的有效性,为设计机网协调的次同步振荡监测、预警与保护一体化闭环防御系统提供可行的研究方向。     

利用环境激励下的发电机组转子动态响应识别次同步振荡模态的方法

通过实时测量运行中的发电机组受电网负荷波动及噪声随机激励下的微弱转子转速响应,可以将机网振荡的模态参数(包括模态频率、阻尼和幅值)在线辨识出来。采用随机减量技术处理环境激励下的转子角位移差分信号,从而获取随机减量特征信号,该信号包含机网系统结构振荡的自由衰减响应分量;采用窄带频率滤波算法从所述的随机减量特征信号中获得各个次同步分量的时域衰减特征曲线,进而计算出当前运行方式下的不同频率的振荡模态的阻尼。采用该方法对绥中电厂1 000 MW机组的实测数据进行计算,有效辨识出绥中电厂及高岭直流区域电网的次同步振荡阻尼等模态参数。基于该方法可以实现实时的次同步振荡安全监测。     

附加励磁阻尼控制器在某大型火电机组的可行性应用研究

特高压直流输电和交流串补输电可能给临近电厂发电机组带来次同步谐振风险,严重的次同步谐振问题会导致发电机组轴系损坏,影响到机组和电网的安全稳定运行。本文以西北某600MW火电机组为研究对象,通过对该电厂次同步谐振风险分析研究,采用频率扫描法和时域仿真法仿真分析后得出该火电机组存在次同步谐振风险的结论。对比现有常用的次同步谐振抑制措施,分析附加励磁阻尼控制装置(SEDC)的特点,将加装SEDC装置作为该电厂机组抑制措施之一。对比分析电厂一期机组在SEDC装置投入和退出时模态阻尼系数的衰减情况、串补投入时SEDC装置投入和退出时机组的模态响应情况,结果表明,配置参数适当时,SEDC装置可以提高机组模态阻尼,能有效抑制小扰动引发的机组SSR振荡扰动。     

基于多种在线监测装置的次同步振荡研究与分析

近几年,随着新能源机组以及特高压直流和多FACTS设备的集中接入,电网中扰动源不断增加,次同步振荡经常发生,严重影响电网安全稳定运行。由于电力电子器件的使用率不断增加,对次同步振荡问题的准确分析,以及扰动源的精确定位难度较大。目前,对于次同步振荡问题的分析,需要依赖在线监测装置定位次同步振荡扰动源,达到准确研判的目的。本文针对PCS-987T和CSC-853以及PMU(同步向量测量)三套在线监测装置进行对比,分析三种监测装置对次同步振荡问题的敏感程度,并针对新疆某地区次同步振荡实例进行分析,提出三种在线监测装置相应的改进措施和建议。     

柔性励磁系统抑制次同步振荡仿真分析

次同步振荡可能会对汽轮发电机的转轴产生严重的威胁,而传统晶闸管励磁系统使用附加励磁阻尼控制器对次同步振荡的抑制效果有限,需要为发电机配置如STATCOM的额外装置。相较于传统晶闸管励磁系统,柔性励磁系统具有双阻尼通道且相互耦合作用小,因此柔性励磁系统相较于传统晶闸管励磁系统对次同步振荡有更强的抑制能力。本文采用Matlab编程对发电机存在的轴系扭振模态进行了计算,并针对其中可能发生次同步振荡的模态设计了基于柔性励磁系统的无功控制器与传统励磁调节通道配合。本文在PSCAD/EMTDC平台上搭建了采用柔性励磁系统的IEEE次同步振荡第一标准模型,验证了柔性励磁系统对次同步振荡的抑制效果。     

电力系统次同步振荡分量的快速在线检测算法

电力电子装置及串联补偿装置的大量应用使得电力系统次同步振荡现象越来越普遍。针对这一问题,文中给出一种次同步振荡分量的快速提取方法,可有效抑制工频分量、谐波分量和噪声对次同步振荡分量测量的影响。该方法具有计算量小和响应速度快的优点,可实现在线测量分析。在此基础上,给出了电力系统次同步振荡分量的频率(模态)、幅值、相位的在线计算方法和抑制次同步振荡分量对工频量测影响的方法。仿真算例和实际算例验证了所述方法的有效性。     

微弱次同步振荡模态参数的在线实时辨识方法

提出一种基于环境噪声激励响应的微弱次同步振荡模态参数在线辨识方法。将其用于电力系统正常运行中的转子旋转振动响应和电网侧电气响应,从中提取出反映次同步振荡各模态特征的单自度自由响应分量;进而利用Ibrahim时域模态辨识法计算出各模态的频率和阻尼系数等参数。研究了用于获取自由响应分量的随机减量技术的关键参数,给出门槛值和子样本长度的推荐值,从而提高了模态阻尼的辨识精度。通过对多模态微弱响应信号进行模态预分离,从而保证幅值相差很大时的小幅值模态无缺失,提高了模态辨识的可靠性。利用上述方法和步骤,从新疆哈密地区机网正常运行中的环境激励响应中辨识出微弱次同步振荡模态的阻尼因子等参数,并实现对模态阻尼趋势的在线连续实时辨识,尤其在当前大规模新能源并网背景下,能够及时发现影响系统稳定运行的关键环节,为切实做好广域动态稳定工作奠定基础。     

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     

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。     

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。     

PSS和SVC联合抑制次同步振荡

针对静止无功补偿器(SVC)的附加次同步阻尼控制器(SSDC)无法抑制所有扭振模式的振荡,在励磁系统阻尼控制器(SEDC)基础上设计双输入多通道结构的改进电力系统稳定器(PSS).由于PSS无法解决大扰动下的次同步振荡问题,提出利用PSS和SVC联合抑制次同步振荡的方案:SVC抑制主谐振点的振荡,其他扭振模式用改进PSS来解决.复转矩系数法、时域仿真法和Prony分析结果均表明两者联合抑制次同步振荡能够弥补双方的缺陷,在较宽频带内提高系统阻尼,对次同步振荡取得理想的抑制效果.     

统一潮流控制器(UPFC)对次同步振荡的影响及抑制策略

FACTS等快速控制装置在一定条件下可能激发电力系统的次同步振荡问题,导致发电机轴系失稳,造成重大事故,危害电力系统的安全稳定运行。UPFC作为一种新型FACTS元件,虽然能实现母线电压控制和线路有功、无功功率的调节,但对次同步振荡影响的研究较少。同时,目前的UPFC阻尼控制器多针对低频振荡模态。故在搭建UPFC模型的基础上,运用测试信号法,研究了系统运行参数和UPFC电压有功控制等对次同步振荡的影响,并设计了相应的UPFC附加阻尼控制器。在IEEE第二标准测试系统上的计算机仿真说明,该控制器能有效提高多个扭振模态的电气阻尼,抑制系统的次同步振荡。     

SEDC在抑制鄂温克电厂次同步振荡中的应用

从鄂温克电厂次同步振荡风险评估入手,研究了SEDC在解决鄂温克电厂次同步振荡问题中的应用。通过现场试验对SEDC的比例移相系数进行整定优化;采用励磁注入激励法激发出轴系扭振来检验SEDC的抑制效果,结果表明SEDC可大幅提高机组的各阶模态阻尼;对于外部持续扰动,SEDC可发挥持续的抑制作用。SEDC可有效抑制鄂温克电厂的次同步振荡问题,保障机组的安全稳定运行。     

一种基于全闭环实时数字物理仿真的次同步振荡阻尼控制

为解决呼盟系统火电机组存在的次同步振荡问题,提出一种基于静止无功补偿器的次同步振荡阻尼控制。采用RTDS实时仿真工具与实际系统控制器搭建全闭环实时数字物理仿真平台,实现验证控制策略、优化控制参数及检验控制器有效性等工作。通过频率扫描法仿真实验寻找次同步振荡中心频率,大扰动仿真实验表明,静止无功补偿器能有效抑制火电机组轴系次同步振荡,验证了控制策略正确性及可行性,为现场调试提供指导。     

利用暂态能量流的次同步强迫振荡扰动源定位及阻尼评估

近年来,随着大量电力电子装置接入电网,次同步振荡越发复杂,难以准确判断振荡的主要诱发因素或元件。应用暂态能量流进行次同步强迫振荡扰动源定位及阻尼评估。提出了次同步振荡分析中暂态能量流的计算方法,将元件端口瞬时电压、电流从abc坐标系转换到xy坐标系计算暂态能量流。然后在汽轮发电机组多质量块详细模型下推导了能量流的组成,包括暂态能量和阻尼消耗的能量,说明了次同步振荡中暂态能量流和阻尼的关系,若元件吸收能量,则具有正阻尼。次同步强迫振荡中扰动源不断发出能量,通过计算网络中的振荡能量流和能流功率,即可定位扰动源。在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件下搭建了不同算例进行仿真研究,结果验证了所述方法的有效性。     

基于矩阵束算法的次同步阻尼控制器设计

附加次同步阻尼控制器SSDC (sub-synchronous damping controller)是解决由直流输电引起次同步振荡的一种有效措施.振荡模态参数的提取对于SSDC的设计有重要作用.传统的Prony法在运算效率和抗噪声能力方面都比较差,文中发展了电力系统模态辨识的一种新方法-矩阵束算法MP (matrix pencil algorithm),并将其用于交直流混合输电系统的次同步振荡模态分析,在此基础上结合极点配置方法设计出抑制次同步振荡的附加直流阻尼控制器.PSCAD仿真结果验证了该阻尼控制器的有效性.     

一种新的阻尼正弦原子分解算法辨识SSO模态参数

针对大多数线性化方法难以实现对次同步振荡（subsynchronous oscillation,SSO）模态参数的有效辨识,提出了基于改进入侵杂草优化（invasive weed optimization,IWO）算法优化的阻尼正弦原子分解算法。该方法根据次同步振荡信号特点构造过完备阻尼正弦原子库,引入混沌序列、选择机制、小生境分类策略以及矢量跟踪思想对IWO算法进行改进,利用改进后的IWO算法对传统的匹配追踪算法（matching pursuit,MP）进行优化,通过原子分解得到最佳阻尼正弦原子,将最佳阻尼正弦原子转换为次同步振荡信号的模态参数,即可实现对次同步振荡模态参数的有效辨识。算例结果表明,该算法具有良好的时频特性,辨识精度高,适用于扰动源定位、故障诊断等领域。     

附加励磁阻尼控制抑制次同步谐振研究

基于阻尼特性分析对抑制次同步振荡的附加励磁系统阻尼控制器（SEDC）进行了详细研究。首先基于IEEE次同步谐振第一标准测试系统及IEEEST1A型励磁系统设计相应的SEDC。采用测试信号法,通过计算发电机组的次同步电气阻尼特性,分析所设计的SEDC对发电机组次同步振荡的抑制效果。结果表明,SEDC在不采用带通滤波器的方式下,将转速偏差经适当移相及放大,通过对励磁电压的调节,可以提供足够的阻尼转矩抑制次同步谐振;采用带通滤波器可大大提高通带频率对应的电气阻尼,同时对多个模态采用带通滤波,可以同时提高各个扭振频率处的电气阻尼,有利于次同步谐振的抑制。     

次同步振荡监测控制系统的研究与实现

研究了一种次同步振荡监测控制系统,由监测控制装置、同步相量测量单元(PMU)和监测分析主站三部分构成。监测控制装置通过功率轨迹跟踪的辨识技术,快速准确地识别次同步振荡工况。同时结合火电机组的模态频率特征,以分轮分级的控制策略,在火电机组扭振保护动作前快速平息电网次同步振荡。提出了次同步振荡的全景分析方案,通过召唤PMU的连续录波文件,在监测分析主站实现了全网次同步振荡状态的自动计算和直观展示,为次同步振荡机理研究创造了有利条件。最后,通过工程应用案例验证了系统的可行性和有效性。     

采用阻尼水平定义边界的实用电力系统小扰动稳定域

提出了一种适用于低频振荡、次同步振荡问题分析的电力系统小扰动稳定域(P-SSSR)定义方法。根据低频振荡、次同步振荡的特点,分别以相对阻尼水平和绝对阻尼水平定义了一种新的小扰动稳定边界,并用这种新的稳定边界构成P-SSSR。提出了一种连续法和直接法相结合的稳定域边界求解方法,在IEEE次同步谐振第一标准模型中分别计算了传统小扰动稳定域(SSSR)和P-SSSR边界,比较了这2种稳定域的计算耗时和边界点特性。结果表明,实用电力系统小扰动稳定域考虑了实际运行的阻尼水平要求,使得位于该小扰动稳定域内的运行点符合实际运行的阻尼标准,能在几乎没有增加计算量的情况下获得一种更为可靠实用的电力系统小扰动稳定域,具有重要的理论研究价值和工程实用意义。