同步调相机励磁及阻尼电阻对动态运行特性的影响

随着高压直流输电系统容量和电压等级的提高,换流站对无功补偿的容量需求也越来越大。大容量新型同步调相机旨在满足特高压直流换流站的动态无功需求,而调相机的动态无功响应与励磁绕组及阻尼绕组电阻紧密相关。建立了能够精确反映励磁电阻和阻尼电阻对调相机动态特性影响的时步有限元模型,计算了系统电压突降过程中调相机的动态响应时间;对比分析了不同励磁电阻和阻尼电阻对调相机无功响应速度的影响,揭示了调相机机端电压恢复时间随励磁电阻和阻尼电阻变化的规律。研究结果为同步调相机接入特高压直流换流站提供动态无功补偿提供了理论基础。     

转子阻尼绕组及其材料对同步调相机暂态特性的影响

为了研究转子阻尼绕组对同步调相机暂态无功特性的影响，建立了同步调相机的场-路-网耦合时步有限元模型，计算了系统短路过程中同步调相机无功功率、定转子电流等电气量的变化规律，对比分析了有无阻尼绕组对同步调相机各电气量的影响；在此基础上，研究了铜、铝和不锈钢等不同材料阻尼绕组对同步调相机暂态特性的影响。结果表明：转子阻尼绕组不仅可以抑制励磁绕组过电流，同时还能提升同步调相机的暂态无功支撑能力；当采用铜阻尼绕组时，同步调相机的暂态特性最优。研究结果可为同步调相机暂态无功及电压支撑能力的提升提供技术支持。     

考虑同步调相机无功特性的多馈入直流同时换相失败风险评估方法

针对加装同步调相机后多馈入直流输电系统同时换相失败问题,提出一种考虑同步调相机无功电压特性的风险评估方法。分析同步调相机、直流系统和静态无功补偿装置的无功电压特性,并推导出多馈入交互因子(multi-infeed interaction factor, MIIF)计算公式。根据换相失败本质定义换相失败评估因子(commutation failure estimate factor, CFEF),并基于CFEF提出含同步调相机的多馈入直流系统同时换相失败风险评估方法。以山东电网为例进行验证,结果表明所提方法能够准确、有效评估多馈入直流输电系统同时换相失败,并且在直流输电系统前期规划、保证交直流系统安全稳定运行等方面具有重要价值。     

调相机与静态无功补偿装置的容量配置和协调控制策略

调相机无功响应快、无功调节范围大,满足高压直流输电系统对动态无功支撑需求大的要求.然而,调相机稳态无功出力较大时其暂态无功出力会受到限制.在此背景下,为了充分发挥调相机暂态无功输出能力,增大其暂态无功调节裕度,为调相机配置静态无功补偿装置——电容器&电抗器(该静态无功补偿装置不是换流站内的滤波器组).首先,提出调相机与电容器&电抗器的容量配置和协调控制策略.然后,协调控制使得两类无功补偿装置响应频带错开,从而充分利用静态无功补偿装置的稳态无功输出能力和调相机的暂态无功支撑能力.最后,在PSCAD仿真平台搭建调相机应用于高压直流输电系统的模型,验证容量配置和协调控制策略的有效性.     

同步调相机等效电容特性的分析

本文对同步调相机的等效电容特性进行了分析,推导了等效电容的表达式,指出了同步调相机电容所具有的性质,并从等效电容观点出发对同步调相机在设计中所要注意的某些问题作了简要的说明。     

考虑低电压穿越能力的风火联运系统暂态稳定分析

对风火联运系统的暂态稳定性进行机理研究。根据低电压穿越试验的实测波形总结DFIG风机的功率调制行为特征,并采用DFIG的受控功率源模型,在原型系统中研究风场在系统大扰动过程中的作用。风电出力整体水平低时,主导失稳模式为功角失稳,风电出力的瞬时调制能够改变同等功角摇摆程度下的火电电磁功率,进而影响相邻同步机的功角暂态稳定。风电比例足够高时,主导失稳模式转化为功角、电压的混合失稳。若故障期间风场未进入低穿模式,风机的功率源特性使得网络约束呈现非线性,并导致同步机在功角摇摆过程中可能触碰奇异面而发生系统的暂态电压崩溃。当风场进入低穿模式而进行功率调制时,其在故障期间主动降低输出有功,可改变相邻同步机的加、减速特性以及系统距离奇异的程度。风场的无功调制可以支撑系统电压而提高临界功角值。低穿后的有功恢复行为会显著影响系统回到稳定的速度。     

考虑电网支撑能力约束的煤电退役与调相机配置协调策略

为了尽可能减少煤电机组退役和大规模非同步电源馈入对受端电网安全稳定运行的影响,本文在兼顾电网支撑能力约束的基础上提出了煤电退役与调相机配置协调策略。首先,构建了煤电机组对直流落点的无功支撑系数指标,并综合考虑机组役龄、污染物排放量、煤耗率等常规因素确定受端电网煤电机组的退役优先级顺序。进而,基于预想故障下系统的最大频率变化率和极值频率偏差约束得到煤电机组可退役的最大容量,形成相应的煤电机组退役策略。然后,提出了基于二分法的同步调相机配置策略,该策略可以对投建调相机的容量和选址进行决策,通过在煤电退役路径中协调配置调相机,确保受端电网的电压支撑能力满足要求。最后,在受端电网配置调相机后,对煤电机组可退役的最大容量进行同步更新,并对煤电机组退役策略进行相应的调整,实现煤电机组退役和调相机配置的相互协调。基于改进的IEEE 39节点系统和河南电网规划系统开展了仿真分析,根据多馈入短路比和预想故障下的暂态仿真结果可知,在煤电机组退役容量相同的情况下,与传统的煤电机组退役策略相比,本文所提策略确定的煤电机组退役顺序可以有效降低机组退役对受端电网静态电压稳定性的影响,并且可以降低大扰动故障下对受端电网暂态电压稳定性的影响。     

用于直流换流站动态无功补偿的调相机与SVC运行特性对比

调相机和静止无功补偿器(SVC)均可为换流站提供无功支撑,但两者产生无功的机理并不相同。以直流送端系统电压波动为例,研究两种设备的动态无功补偿特性及其对交直流输电系统电压的支撑作用;对比分析了系统电压突降和突增时,调相机和SVC的无功调节能力;在此基础上,对比分析了两种无功补偿设备对动态过程中系统传输功率的影响。结果表明:交流系统电压突降后,调相机具有更好的无功输出特性和电压调节能力;受无功吸收能力的限制,交流系统电压突升后,调相机和SVC均不能使得系统电压恢复到额定值。     

基于谐波与振动特性的大型调相机转子偏心故障诊断方法

"强直弱交"大电网背景下,换流站的动态无功支撑能力愈发重要,而调相机凭借其无功补偿优势成为当前研究的重点.现场中调相机转子偏心频繁出现,对调相机的安全稳定运行造成了重大影响.以转子偏心故障为研究对象,推导偏心前后气隙磁密和定子振动的变化特征,发现偏心后气隙磁密出现偶次谐波,定子出现奇数倍频振动的故障特征.提出基于磁密谐波与定子振动特性的动态偏心故障诊断方法以及应用检测线圈的故障特征提取方法.以某300 MVar大型调相机结构参数为依据,利用ANSOFT软件建立有限元模型,验证所提诊断方法的正确性.该诊断方法比以单一的电气或振动特性作为诊断依据准确度更高,操作简便,同时不受运行状态影响,能够为大型调相机的安全稳定运行提供保证.     

小扰动特征分析法在电压稳定分析中的应用

小扰动特征分析法是严格的李亚普诺夫意义的稳定分析,已经被广泛应用于系统低频振荡功角稳定问题的研究。针对系统电压失稳的模式与特征建立了适合开展电压稳定问题研究的小扰动电压稳定分析模型。提出应用同伦函数对小扰动分析中状态变量与特征值之间的对应关系进行判别,然后应用分叉理论引入分叉参数深入分析计及感应电动机负荷情况下的小扰动电压失稳模式。将该方法应用于对实例系统的分析,精确地找到了系统失稳临界点处影响系统稳定性的关键因素以及系统可能发生的失稳模式。     

双绕组电抗分流励磁发电机调相机运行的试验与分析

本文首先论述双绕组电抗分流励磁发电机的调相机过激运行条件,在此基础上,分析调相机运行状态下,主、副绕组间不同接法的励磁回路提供的励磁电流特性与调相机V—型曲线的关系,和电抗器参数、主副绕组间的场移等对调机运行行为的影响。得出的结论,与100KW发电机的调相机运行试验结果一致。另外,还给出了励磁电流特性的计算公式。     

考虑风力发电的电力系统小干扰稳定性分析

建立了适合小干扰稳定分析的风力发电机组的数学模型,用于研究含风电电力系统的小干扰稳定性,推导了考虑同步发电机励磁调节系统动态行为的全系统状态矩阵公式。利用特征值分析法,分析系统的小干扰稳定性。通过算例分析,表明风电场接入系统时,对系统中同步发电机强相关振荡模式的频率影响不大,但当风电出力增加时,相关振荡模式的阻尼增强,有利于系统小干扰稳定性。风电场接入受电端区域时,区域间振荡模式阻尼特性相对差一些,更容易发生振荡。     

区间不确定信息下微网小干扰稳定性分析方法

针对微网发电、网络以及负荷的不确定性,研究了一种基于二阶摄动理论的微网小干扰稳定性分析方法。首先建立区间不确定信息下描述微网振荡模式阻尼比分布情况的复模态二阶摄动模型,在此基础上,揭示微网参数在不确定区间内连续变化时,振荡模式阻尼比的运动轨迹,并据此评估系统参数的不确定变化对振荡模式阻尼比的影响,为运行人员提供更加全面的小干扰稳定信息,以改善不确定信息下系统的小干扰稳定性。通过算例验证了该方法的正确性和有效性。     

特高压变电站无功补偿研究

建立了由分布参数表达的特高压输电线的功角特性方程以及输电线两端的电压关系数学模型,在此基础上比较了恒电压控制和恒功率因数控制两种变电站常用的控制方法,提出了计算特高压变电站无功补偿的方法.     

考虑SVC的电力系统小干扰电压稳定性分析

基于模式参与因子,提出一种新的电压失稳系数计算方法。考虑SVC的无功补偿作用对小干扰稳定性系统的影响,当系统达到临界电压稳定状态时,计算系统的模式参与因子以及该模式下节点的电压失稳系数,分析系统局部模式下的电压不稳定因素,得到系统小于扰电压稳定的薄弱节点,从而通过调整SVC的安装点或者增装SVC,使得系统达到电压稳定。以新英格兰10机39节点为例,仿真验证了SVC对提高电压稳定性的作用,表明基于参与因子的新电压失稳系数能准确判断小干扰电压稳定的薄弱环节．     

静止无功发生器并联运行控制方法研究

随着 FACST 技术的发展,SVG 逐渐成为电力系统电压调整和无功补偿的重要元件,针对大容量SVG 存在的开关频率与容量之间的矛盾,提出了一种无需互联控制的 SVG 并联运行控制方法,该方法以实现电压调整为目标,在电压反馈的基础上,附加补偿电流反馈,通过电流反馈的增益整定 SVG 电压-电流特性曲线的斜率,实现按容量均分负荷.并联运行既扩充了补偿容量,同时冗余配置增加了系统的可靠性.通过仿真研究了各种工况下 SVG 并联运行的工作特性,验证了该方法的有效性.     

静止无功发生器并联运行控制方法研究

随着FACST技术的发展，SVG逐渐成为电力系统电压调整和无功补偿的重要元件，针对大容量SVG存在的开关频率与容量之间的矛盾，提出了一种无需互联控制的SVG并联运行控制方法，该方法以实现电压调整为目标，在电压反馈的基础上，附加补偿电流反馈，通过电流反馈的增益整定SVG电压—电流特性曲线的斜率，实现按容量均分负荷．并联运行既扩充了补偿容量，同时冗余配置增加了系统的可靠性．通过仿真研究了各种工况下SVG并联运行的工作特性，验证了该方法的有效性．     

附加阻尼控制静止无功补偿器对含风电互联系统阻尼特性的影响

静止无功补偿器(SVC)通常用于改善系统电压稳定性,但采用附加阻尼控制(ADC)后也可以抑制系统低频振荡。当互联电力系统中并网风电场装机渗透率达到一定水平后,区域间低频振荡就成为制约区域间电力传输能力和容纳风电能力的瓶颈,采用有ADC的SVC(简称ADC-SVC)有助于增加系统阻尼进而在相当程度上解决这一问题。在此背景下,研究ADC-SVC对含双馈感应风力发电机组(DFIG)的互联电力系统阻尼特性的影响。首先,简要介绍了DFIG的数学模型,导出了在转子电流限制条件下DFIG的无功功率极限。之后,分析了在含SVC的互联系统中与区域模式振荡相关的暂态能量。在上述工作基础上,针对SVC设计了用于改善系统阻尼特性的ADC,并采用特征根灵敏度法确定控制器参数。最后,以IEEE 2区域4机系统为例,分析了SVC电压控制增益与ADC增益对系统阻尼的影响,研究了ADC采用不同输入信号时的系统阻尼特性,并对比分析了不采用SVC、采用传统SVC和ADC-SVC的效果。仿真结果表明,ADC-SVC能有效提高互联系统的动态稳定性水平,对不同的系统运行方式和区域间振荡模式具有较好的鲁棒性。     

SVC附加控制抑制电网低频振荡的研究

针对静止无功补偿器（SVC）在抑制电网低频振荡方面的理论和应用进行了研究。基于电力系统分析综合程序（PSASP）仿真软件,用该仿真软件提供的用户自定义功能构造了SVC附加控制模型．运用时域仿真和特征值分析方法对4机两区域电力系统的低频振荡模式和阻尼特性进行了仿真和分析,可以改善电力系统的电压稳定性和暂态稳定性,同时可以使电网获得较好的阻尼,从而较好地抑制了电网的低频振荡。     

SVC附加控制抑制电网低频振荡的研究

针对静止无功补偿器（SVC）在抑制电网低频振荡方面的理论和应用进行了研究。基于电力系统分析综合程序（PSASP）仿真软件,用该仿真软件提供的用户自定义功能构造了SVC附加控制模型。运用时域仿真和特征值分析方法对4机两区域电力系统的低频振荡模式和阻尼特性进行了仿真和分析,可以改善电力系统的电压稳定性和暂态稳定性,同时可以使电网获得较好的阻尼。从而较好地抑制了电网的低频振荡。