面向新能源外送系统次/超同步振荡的控制器参数协调优化

作为大规模可再生能源的主要输送方式,风电、光伏经高压直流输电(HVDC)并网外送的形式在新能源的异地消纳上发挥作用的同时,也引发了次/超同步振荡(SSO/SupSO)现象。对于风电引发的次/超同步振荡问题,尤其是对在直驱永磁同步机组(DD-PMSG)机/网侧控制器(GSC)参数与柔性直流输电(VSC-HVDC)送/受端控制器(SEC/REC)参数对于次/超同步振荡模式存在阻尼耦合的问题上的应对方案尚待深入研究。对此,该文通过优化风电柔直并网系统控制器参数来抑制系统次/超同步振荡,将阻尼耦合问题转换为控制器之间的参数协调优化问题。具体而言,以主导控制器参数作为优化变量,以待改善振荡模式为目标模式,以目标模式阻尼比最大化为优化目标,建立主导控制器参数的协调优化模型,采用了全局搜索性好、收敛速度快的I-PGSA算法对协调优化模型进行求解,获得最优控制器参数。在协调优化过程中,采用模式追踪技术对目标模式进行追踪锁定,确保优化的针对性;在约束条件中,提出了动态阻尼比概念并对各振荡模式的阻尼比阈值进行动态设定,保证优化的合理性。最后,基于PSCAD/EMTDC对控制器参数优化效果进行时域仿真和比对,结果验证了所提协调优化策略的有效性和优越性。     

直驱风电场经VSC-HVDC并网系统的多频段振荡特性分析

风电、光伏经由高压直流(HVDC)并网外送已经成为可再生能源消纳的理想方案。对于直驱型永磁同步风力发电机组(D-PMSG)经柔性直流输电(VSC-HVDC)技术并网外送系统的多频段振荡(MBO)问题值得深入研究。首先分别建立D-PMSG与VSC-HVDC的动态模型,并推导两者之间的接口动态方程,进而得到D-PMSG经VSC-HVDC并网外送系统的完整动态模型。基于特征值分析法,发现系统存在低频、次/超同步、高频多频段振荡模式,而这些振荡模式不仅与换流控制器参数有关,还与VSC-HVDC受端电网短路比及直流输电线路参数密切相关。通过PSCAD/EMTDC进行时域仿真,验证模型与特征值分析结果的正确性。进一步深入研究分析VSC-HVDC受端电网短路比与直流输电线路参数对多频段振荡阻尼特性的影响。结果发现,从调度运行的角度出发,尤其应当监视可能引起短路比过低进而恶化强相关模式阻尼比的运行状态;直流输电线路参数对高频振荡模式影响较大,直流线路过短特别是柔直背靠背的情况应给予关注。     

考虑稳态频率约束的含高渗透率风电的孤立电网机组组合

孤立电网具有各次备用容量小、自平衡能力差的特点。为了提高风能的利用率,在保障稳态频率约束的前提下,采用综合利用一、二次备用的方法。提出了考虑稳态频率约束的系统最大可调备用容量的概念,建立了考虑稳态频率约束的机组组合优化模型。以常规机组发电成本最小和系统消纳风能最大为多目标,并通过扩展ε约束法对模型进行求解。改造后含高渗透率风电的孤立电网10机系统的计算结果表明,所提模型通过有效利用系统中各次备用,在满足系统稳态频率约束的同时,有较好的经济性以及风电的消纳能力。     

采用VSC-HVDC并网的直驱风电场次/超同步振荡特性

风电、光伏经由高压直流输电系统并网外送已经成为大规模可再生能源基地的主要输送方式。对于风电引发的次/超同步振荡问题,尤其是直驱风电机组与柔性高压直流(VSC-HVDC)输电系统之间相互作用引发的次/超同步振荡问题值得深入研究。首先,分别建立直驱风电机组与VSC-HVDC的动态模型,并深入分析与推导两者之间的接口矩阵与接口动态方程,进而得到直驱风电机组经VSC-HVDC并网外送的完整动态模型。在此基础上,采用特征值分析法计算得到各振荡模式的参与因子,并根据模式参与因子判断出次/超同步振荡模式之间存在阻尼耦合。通过PSCAD/EMTDC进行时域仿真,验证了模型与特征值分析结果的正确性。进一步深入分析风电并网距离/阻抗、直驱风电机组机/网侧控制器与VSC-HVDC送/受端控制器参数对次/超同步振荡阻尼特性的影响,结果表明:同一个控制器参数可同时影响多个次/超同步模式,同一个次/超同步模式可同时受多个控制器参数影响,并且这种阻尼耦合的影响可能趋同(调节控制器参数,耦合的两种模式的阻尼比同向变化),可能趋反(调节控制器参数,耦合的两种模式的阻尼比反向变化),也可能趋同与趋反同时存在。     

机侧与网侧多通道附加阻尼控制器参数协调综合抑制低频振荡和次同步振荡

由于低频振荡与次同步振荡存在阻尼耦合,针对一种特定振荡模式设计控制器,会对其他频段的振荡模式造成不利的影响。综合考虑低频振荡与次同步振荡这2种模式,基于模式分离方法设计机侧与网侧附加阻尼控制器,将阻尼耦合问题转化为控制器之间的参数协调优化问题。使各控制器之间以及对应同一振荡模式的各通道之间的参数协调配合,以综合抑制低频振荡与次同步振荡,最大限度地降低模式之间的阻尼耦合;在协调优化过程中,对次同步振荡模式的阻尼比阈值进行动态设定,即次同步振荡模式的频率越大,其所需阻尼比的阈值越小。特征值分析与时域仿真结果均表明,所提协调控制策略能显著地改善系统各频段的阻尼特性;相比于传统的阻尼控制策略,所提协调控制策略具有更好的阻尼效果。     

滚动优化PSS参数搜索小干扰稳定极限边界策略研究

当前电力系统具有大区域间弱互联并伴随同步发电机快速高放大倍数励磁系统大量使用等特征,低频振荡问题多发。小干扰稳定域表征了参数空间中所有能够保持系统小扰动稳定性的平衡点的集合,对于电网的安全稳定运行有重要意义。但现有对小干扰稳定域边界的研究总体处于不计及阻尼控制器参数影响或仅考虑固定阻尼控制器参数的影响的状态,稳定域边界趋于保守。为拓展稳定域边界,以常用的PSS为对象,试图通过优化PSS参数达到拓展边界的目的,对电网规划以及运行方式校核等离线分析提供了一定参考,进一步提高了电网运行的安全性和经济性。为此,首先基于系统平衡点建立了以最小阻尼比最大化为目标的多PSS参数协调优化模型,并采用了改进的PGSA优化算法进行求解。在此基础上,形成了一种基于滚动优化的思路,通过逐步外拓来实现小干扰稳定极限边界点搜索策略。最后,基于4机2区算例,通过与常规方法的对比,验证了所提策略拓展稳定域边界的有效性和优越性。