弱连接VSC的锁相环同步暂态稳定综述

聚焦于单个弱连接电压源变流器(WG-VSC)系统在对称故障等大扰动下的锁相环同步暂态稳定性问题,梳理总结了其研究现状,包括暂态失稳现象、稳定机理、量化分析方法、稳定性提升控制措施等。实际运行控制中,从参数空间的角度分析以VSC注入有功/无功电流为参数空间的暂态稳定域更为直观,因此定义该暂态稳定域为电流可行域,并综述了相关研究工作。最后从多WG-VSC并联系统、不对称故障下、电压源虚拟同步型或构网控制下、不同锁相环的影响分析等方面展望了锁相环同步暂态稳定性问题的发展与应用前景。     

电网阻抗比对跟网变换器同步稳定性的影响机理EI北大核心CSCD

随着基于电力电子变换器的电力装备在电力系统中渗透率的不断提高,并网变换器对系统的动态特性和稳定性的影响不断增强。电网阻抗同时影响跟网变换器的电流暂态和锁相环暂态,对跟网变换器的同步暂态响应以及变换器并网系统的同步稳定性有着复杂的影响。文章在考虑锁相环暂态和电流暂态的同时,研究电网阻抗比对跟网变换器同步稳定性的影响机理。首先建立考虑电网电阻和电流暂态的跟网变换器并网系统四阶同步稳定模型,接着提出故障瞬间锁相环频率偏差和电流变化量估计方法,分析电网阻抗比对频率暂态和电流暂态的影响规律。最后,通过Matlab/Simulink仿真,验证理论分析的正确性。     

含跟网型VSC的交流系统暂态稳定解析模型及协调控制

电压源换流器(VSC)型高压直流输电系统接入,可能引起交流系统暂态稳定特性发生变化。因此,针对含跟网型VSC的交流系统开展暂态稳定解析分析。建立了故障前、故障期间和故障后系统的暂态稳定解析模型,并提出了一种基于离散积分的系统故障临界清除时间解析计算方法。基于解析模型,分析了故障期间VSC注入电流相位和幅值、故障位置对交流系统暂态稳定的影响。提出了一种增强交流系统暂态稳定性的协调控制策略,其利用广域测量系统获取临界同步机群的转子角频率,实现VSC的有功、无功电流动态调制。基于PSCAD/EMTDC搭建的多机系统电磁暂态仿真模型,验证了理论分析的正确性、所提控制策略的有效性和鲁棒性。     

基于同调等值的多变流器系统聚合降阶建模

电网故障时,多锁相环同步型变流器系统面临严重的暂态同步失稳问题。然而多变流器系统模型阶数高,交互耦合复杂,给暂态同步稳定分析带来严峻挑战。为此,该文提出基于同调等值的多变流器系统聚合降阶方法。首先建立了多变流器系统等值摇摆方程,发现阻抗压降的差异是导致同母线与不同母线变流器同调特性差异的原因。在此基础上,提出基于阻抗压降的多变流器系统同调判据。接着,在功率约束条件下给出同调变流器群等值电路参数的计算方法,并借助惯性中心的概念通过聚合锁相环摇摆方程,得到等值控制参数的计算方法。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件与RT-LAB实验平台验证了所提同调等值方法的有效性。     

基于能量函数法的含虚拟惯性控制直驱风电场内部暂态同步稳定性分析

直驱风电机组的同步稳定性与锁相环动态特性紧密相关,锁相环同步失稳易引发风电场大规模脱网。为此提出一种基于能量函数法的直驱风电场内部暂态同步稳定性定量分析方法。首先,在一定假设条件下,保留惯性控制和外环控制对锁相环动态特性的影响,对直驱风机并网控制系统进行降阶。然后,在降阶控制系统的基础上,推导出计及惯性控制和外环控制影响的直驱风机广义摇摆方程。基于广义摇摆方程,利用首次积分法建立机组级风机暂态能量函数,在直驱风电场等效线路模型的基础上进一步推导出多风机暂态能量函数,并采用势能界面法确定系统临界能量值。最后,在直驱风电场四机系统中进行仿真分析,证明了该能量函数的有效性和准确性,并进一步分析了惯性控制参数对同步稳定性的影响。     

多预想故障暂态稳定约束最优潮流

基于传统最优潮流模型，利用隐式梯形积分规则，将电力系统中所有发电机转子摇摆方程差分化为等式约束、将发电机转子相对摇摆角稳定极限作为不等式约束。并将二者作为暂态稳定条件加入最优潮流的等式及不等式方程组中，建立了暂态稳定安全的最优潮流模型，并结合现代内点理论对其求解。在此基础上，提出以大积分步长计算结果作故障预选和同调识别的新方法。利用Maflab进行的仿真计算显示：以该模型和内点理论结合所得的新算法收敛性良好，故障预选和同调识别结果准确可靠，能迅速地得到满足多个电力系统预想故障暂态稳定条件和目标值最优的系统稳定运行状态。     

电网频率扰动下并网变换器系统暂态稳定性分析

在弱电网条件下,锁相环固有的非线性特性会对电网扰动条件下并网变换器系统的暂态稳定性产生影响.针对并网逆变器系统中电网频率扰动工况,建立了锁相环输出相角的二阶微分方程.基于非线性动力学多尺度法对模型进行了时域解析求解,并量化分析了电网扰动对锁相环输出相角的影响,进一步给出了暂态稳定边界.针对电网频率、电流以及电网阻抗扰动工况,将所建模型的解析解与其数值解、仿真结果进行了对比,并与传统相图分析方法进行了比较,验证了所提出的锁相环暂态解析模型与解析方法的正确性.通过实验进一步验证了暂态稳定边界的有效性.     

PLL-GFC型MMC-HVDC暂态同步稳定性研究

PLL-GFC（基于锁相环的构网型换流器）具备频率与电压调节能力，然而目前对其接入高压交流电网后的暂态同步稳定性缺乏深入了解。为此，对PLL-GFC型MMC-HVDC（模块化多电平换流器型高压直流输电）暂态同步稳定机理展开研究。首先，介绍PLL-GFC型MMC-HVDC控制策略并分析其功率响应特性。然后，建立MMC-HVDC并网系统暂态同步稳定模型，采用相图曲线方法分析电网故障后换流器失稳机理以及电网电流动态变化对其暂态同步稳定性的影响。研究发现稳定平衡点的存在是换流器并网系统故障后暂态稳定的关键因素，由此提出通过动态调节有功电流指令值来提升暂态同步稳定性的增强措施。最后，通过PSCAD/EMTDC搭建电磁暂态仿真模型，验证了失稳机理分析的正确性与增强措施的有效性。     

虚拟同步发电机的暂态稳定性分析

虚拟同步发电机通过模拟传统同步发电机的摇摆方程实现换流器的虚拟惯性控制,在大扰动下同样存在暂态失稳现象。文中分析了单机无穷大母线连接方式下虚拟同步发电机的暂态稳定性。首先,建立了虚拟同步控制的换流器的大信号模型并基于奇异摄动理论对系统进行降阶,通过与电磁暂态仿真模型进行对比验证了模型的正确性。然后,在此基础上引入胞映射方法对降阶模型的全局非线性进行分析,求出了以虚拟角速度和虚拟相角表示的相平面的吸引域及故障临界切除时间,并对影响虚拟同步发电机大扰动下稳定性的关键因素进行分析,分析结果与小信号分析的结果进行对比。分析表明,系统参数如电网内阻抗、输送功率、虚拟惯量、阻尼系数及滤波器参数等都对虚拟同步发电机的暂态稳定性有重要影响。最后,基于MATLAB/Simulink仿真验证了结论的正确性。     

基于能量函数法的电网暂态稳定性分析

为将能量函数更好地应用于工程实践,提出了一种适用于暂态稳定分析的具有良好精度的动态实用模型。该模型通过区域等值构造2机等值系统后,利用转子加速度方程得到等效单机无穷大系统。基于此模型构造等效暂态能量函数,求解新的稳定平衡点后计算出临界能量。通过暂态能量与临界能量的比较以及稳定域2种方式可判断系统稳定性,并通过PSASP...     

GPS同步时钟用于电力系统暂态稳定性预测和控制

提出了一种新的全局性的暂态稳定控制方法。它利用基于GPS同步时钟的相量测量 单元(PMU)来测量各发电 机的转子角度,从而预测系统未来的摇摆情况,当预测出系 统将失去稳定时进行切机控制以保持暂态稳定 性。对6机22节点系统进行了数字仿真试验 ,结果表明：所提出的控制方法对系统发生严重故障情况下的暂 态稳定性控制是有效的 ,且适应于系统的各种运行方式和故障情况。     

基于动态相量理论的高压直流系统换相失败暂态特性

在交直流互联电网中,受端交流电网故障很有可能会引发直流系统换相失败。基于动态相量理论和开关函数方法,建立换相失败下直流系统注入交流电网的等值工频电流的模型。结合直流系统换相过程的机理,分别分析了临界换相失败、轻微换相失败、较严重换相失败和严重换相失败这4种典型换相失败场景下的换流桥电流开关函数表达式,以及相应的故障等值工频电流的暂态特性,通过分析表明该等值工频电流的暂态特性有别于纯交流系统。最后,利用国际大电网会议的高压直流输电标准化测试系统,验证了理论分析的正确性。     

计及锁相环动态特性的逆变电源故障暂态电流解析

现有的逆变电源交流送出侧短路故障分析研究针对暂态期间控制系统非线性控制环节的影响缺乏定量考虑,因此难以保证暂态电流的解析精度。为精确刻画逆变器故障暂态特征,提出了一种计及锁相环(phase-locked loop,PLL)输出动态特性的逆变电源故障暂态电流解析方法。首先详细分析了锁相环故障暂态特征及其对电流环动态特性的影响,其次针对PLL输出角频率与工频补偿角频率存在静态误差的情况,提出基于复数域形式解耦的数理方法,分析该场景导致dq耦合下的暂态电流。进一步基于时间断面分段描点实现了考虑PLL非线性动态输出影响下的暂态电流解析。相较于现有未考虑PLL动态特性的逆变电源故障暂态解析方法,所提方法详细揭示了逆变电源故障暂态期间PLL非线性动态输出对暂态电流的影响机理,刻画了逆变器故障暂态电流的欠阻尼特征及振荡衰减特性。仿真结果与现场录波数据均验证了所提方法的有效性及准确性。     

永磁直驱风电机组故障穿越优化控制策略研究

永磁同步发电机构成的直驱型变速恒频风力发电系统通过全功率变流器与电网连接,当电网发生严重故障时,不仅对HVDC设备造成损害,甚至可能影响风力发电系统的整体安全稳定运行。对系统故障期间直流电压失稳的机理进行了分析,基于永磁同步发电机转子的惯性储能特性以及网侧换流器的无功补偿能力,提出一种适用于提高永磁直驱风电机组故障穿越能力的优化控制策略。在网侧故障期间通过分段式转速控制调整风机侧输入的有功并对网侧无功进行补偿,减小了中间直流系统注入的不平衡功率,抑制了故障期间直流电压的骤升。应用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件建立单机系统模型,仿真结果验证了所提出的控制策略的有效性。     

电网故障条件下双馈机组运行特性分析及其协调控制

电网发生暂态故障情况下,风力发电机定、转子均会出现过压、过电流等一系列问题,若不采取及时有效的应对措施,会导致风电机组大规模解列,将使电网故障进一步恶化。为防止上述情况出现,提高风电机组应对电网暂态故障的能力,详细分析了电网故障时双馈感应风力发电机的运行特性,提出了一种电网故障条件下转子侧变流器与Crowbar电路的协调控制策略。重点研究了转子侧变流器与Crowbar电路在暂态故障期间状态切换逻辑;在低电压稳态运行期间,提出采用不同故障类型下的相应控制方法,即对称跌落时采用常规PI控制,不对称跌落时采用PIR控制;并给出了整个跌落期间双馈发电机完整的协调控制流程图。最后基于理论分析,研制了40 kW双馈型风电模拟系统,将该系统应用于电力系统动模试验系统进行实验验证。实验结果表明,采用该协调控制策略,在电网暂态故障下,能有效改善双馈发电机定、转子过流、过压的情况,实现了双馈感应发电机在电网故障时的低电压穿越功能。电力系统动模试验系统与真实电网仿真度较高,研究成果对大功率机组增强应对电网故障能力具有重要的参考意义。     

考虑暂态稳定约束下的输电阻塞管理计算

针对目前电力市场环境下的阻塞管理问题,提出了一种考虑预想事故下暂态稳定约束的动态阻塞管理算法,以第一摇摆周期结束时各发电机转子相对最大摇摆角是否超过180°作为判稳标准。相对以往的其他方法,本方法由于考虑暂态稳定约束,因此相对来说更能确保系统的长期动态稳定。利用M atlab进行的仿真计算显示:用该模型和逐次二次规划算法结合所得的新算法收敛性良好,能迅速地得到满足电力系统预想故障暂态稳定条件和目标值最优的系统稳定运行状态。     

含构网型MMC的受端电网暂态稳定解析分析方法

针对新型电力系统中,构网型非同步机电源和同步机电源之间可能发生的暂态失稳现象,提出了适用于含构网型模块化多电平换流器（MMC）的受端电网暂态稳定解析分析方法。在故障期间和故障清除后系统中分别采用电流源和电压源对构网型MMC进行建模,并据此模型提出了临界切除角和临界切除时间的解析计算方法。基于所提解析分析方法,研究了MMC故障期间注入电流幅值和相角、故障位置、同步机和MMC对负荷的供电占比等关键因素对系统暂态稳定的影响机理。基于PSCAD/EMTDC搭建的电磁暂态仿真模型验证了所提解析分析方法的有效性、准确性和鲁棒性。     

基于BPA的电力系统暂态稳定时域仿真研究

应用电力系统稳定分析BPA软件,对典型的4机11节点系统进行时域仿真计算。通过在不同故障切除时间下发电机的转子摇摆曲线,判别电力系统的稳定状态,从而可以在系统受扰失稳前采取有效的措施,提高系统暂态稳定性,避免稳定事故的发生。     

弱电网下双馈发电机输入导纳建模及稳定性分析

弱电网条件下双馈风电机组控制系统与电网的交互影响目前得到了广泛的关注,传统的双馈电机变流器控制系统设计中并没有考虑电网阻抗的影响,因此该文采用阻抗分析方法分析了双馈风电变流器控制系统特性对双馈发电机并网稳定性的影响。首次在同步旋转坐标系下建立了考虑锁相环影响的双馈发电机输入导纳模型,建模过程中同时考虑了双馈发电机的电磁暂态特性和转子电流环控制器的影响。在此基础上,详细分析了锁相环和电流环控制器参数变化对双馈发电机输入导纳矩阵的影响。在所建模型的基础上对弱电网连接情况下的双馈发电机稳定性进行分析,利用广义奈圭斯特稳定判据分析电流环以及锁相环PI参数对于系统稳定性的影响,仿真结果验证了所建立模型和理论分析的正确性。     

弱电网故障下新能源并网变换器的奇异摄动模型与暂态稳定性分析EI北大核心CSCD

弱电网短路故障下新能源并网变换器易于暂态失稳,但由于并网系统表现高阶、非线性和强耦合等特征,其暂态稳定性分析十分困难。已有研究大多局限于单锁相环系统,即忽略电流控制动态的影响,无法充分反映并网变换器的暂态失稳机理。针对该挑战,该文同时考虑锁相环和电流环的控制动态,研究弱电网故障下并网变换器的暂态稳定性。首先,建立并网变换器接入弱电网的奇异摄动模型,将原高阶模型降阶简化为二个低阶的快、慢子系统。然后,分别采用李雅普诺夫第一法和第二法分析了快、慢子系统的稳定性,由此揭示了工作点、线路阻抗和控制参数等多重因素对暂态稳定性的影响规律,并给出一些参数优化设计的指导原则。最后,通过实验验证了分析结果的正确性。