电压源型全控器件励磁控制策略

全控器件励磁系统不仅能实现常规励磁系统的功能,还能通过在网侧补偿无功,为发电机提供更多的阻尼,提高系统稳定性。本文首先分析了全控励磁系统的基本运行原理,从理论上推导了机端注入无功电流对发电机系统等效阻尼系数的影响,研究表明,通过合理的补偿无功电流,将会提高系统的阻尼,同时系统阻尼的改善受无功补充容量、系统参数及系统运行点的影响。根据理论分析,设计了基于电压源型的VSC串DC/DC变换器的全控励磁系统的控制策略,仿真分析表明这种电压源型全控器件励磁系统能够提供更多的阻尼,提高系统稳定性,并且随着补偿容量的增大,阻尼效果越明显。     

同步发电机的新型励磁系统

为提高电力系统的暂态稳定性,提出一种基于全控器件的新型励磁系统.该励磁系统能通过直流励磁和与机端交换无功的双通道为系统提供阻尼,起到STATCOM和常规励磁的效果.通过PSASP环境下多机系统的仿真研究,表明新型励磁系统能够迅速阻尼功率振荡,维持良好的机端电压特性,较常规自并励励磁系统表现出更好的动态性能.     

全控器件励磁系统的多变量反馈线性化控制

全控器件励磁系统不仅具有常规励磁系统的控制功能,还能够在网侧对系统补偿无功,为发电机提供更多阻尼,从而改善系统的阻尼特性,但随着控制变量的增加和系统结构的变化,使得整个系统变的更加复杂,控制系统的设计难度加大。针对这种复杂的非线性系统,首先分析网侧无功补偿与网侧并联等效阻抗的一致性,并在此基础上推导基于三阶同步发电机模型的全控器件励磁系统的等效模型。以控制转子功角和机端电压稳定为目标,采用多变量反馈线性化方法设计基于此等效模型的两输入两输出非线性控制策略。仿真结果表明,相对于线性控制(电压自动调节器+电力系统稳定器)方法,所提非线性控制策略在系统受到大干扰的情况下,依然能较好地增强系统阻尼,并且随着补偿容量的提高,阻尼效果更好;当系统参数发生改变时,依然具有良好的控制效果,相比线性控制适应性更好。     

采用大功率电力电子全控器件的新型励磁系统

为了提高电力系统的稳定性,提出了一种基于全控器件的新型励磁系统,该励磁系统能通过励磁控制,以及与机端系统交换无功功率,为系统提供双重阻尼。新型励磁系统采用最优协调控制策略,在PSASP环境下进行的单机无穷大系统的数字仿真结果表明,新型励磁系统能够适应运行方式的大范围变化,在大小扰动下较常规自并励励磁系统表现出更好的动态性能。     

柔性励磁系统无功阻尼控制器参数整定方法及现场应用

该文提出基于模型实测校核的柔性励磁系统无功阻尼控制器参数整定方法。通过线性化方法构建包含柔性励磁系统的Philips-Heffron模型,得到发电机电力系统稳定器（PSS）控制通道和无功阻尼控制通道的复转矩数学模型,开展影响控制器参数整定因素的量化分析。通过实测PSS控制通道的无补偿相频特性对复转矩模型进行校核,在校核模型的基础上,依据阻尼转矩相位校正要求对无功阻尼控制器的超前滞后等控制参数进行整定。现场应用结果表明,整定后的无功阻尼控制器显著提升了发电机对有功振荡的阻尼抑制效果,验证了柔性励磁系统无功阻尼控制技术的有效性,为进一步发挥柔性励磁系统双通道控制优势应对新型电力系统宽频振荡问题奠定良好的基础。     

MEC5220型数字式励磁调节器性能试验研究

建立了发电机励磁系统数学模型,通过对励磁系统模型的仿真研究,确定了各调节参数对励磁调节性能的影响,发现了机组产生动态稳定阻尼较弱的根本原因,优化了MEC5220型数字励磁调节器原整定参数,抑制了本机型低频振荡.同时,电力系统稳定器按照调整后的参数投入运行后,进行了无功反调试验,发现无功反调也在可接受的范围之内.     

电力系统阻尼特性分析与研究

分别从单机、多机电力系统线性化状态空间模型出发,证明了线性反馈励磁条件下,开环和闭环系统的总阻尼相等、轻载和重载工况下总阻尼相等,即一般电力系统具有阻尼守恒性.通过分析影响总阻尼的诸多因素,得出快速励磁是提供系统强阻尼主要保证,特征值计算和动态仿真证实了快速励磁可以显著改善电力系统小干扰稳定性.由于在不同负荷水平下,系统的总阻尼保持不变,所以只要励磁校正恰当,重负荷不会恶化系统阻尼.最后基于阻尼守恒性,指出在电力系统尤其是多控制器复杂电力系统中存在阻尼竞争现象,阻尼协调既非常必要又有较大难度.     

MEC5220型数字式励磁调节器性能试验研究

建立了发电机励磁系统数学模型，通过对励磁系统模型的仿真研究，确定了各调节参数对励磁调节性能的影响，发现了机组产生动态稳定阻尼较弱的根本原因，优化了MEC5220型数字励磁调节器原整定参数，抑制了本机型低频振荡。同时，电力系统稳定器按照调整后的参数投入运行后，进行了无功反调试验，发现无功反调也在可接受的范围之内。     

励磁系统在励磁切换过程中无功突增的原因分析

通过对湛江发电厂#4机组在励磁切换过程中无功突增的原因进行定性分析,阐明采用三相全控桥式整流电路的励磁调节器在并入励磁手动柜(备励)时无功突增与控制角α的关系,并提出如何避免或减少在励磁切换过程中无功突增的一些措施.     

电力系统阻尼特性分析与研究

分别从单机、多机电力系统线性化状态空间模型出发,证明了线性反馈励磁条件下,开环和闭环系统的总阻尼相等、轻载和重载工况下总阻尼相等,即一般电力系统具有阻尼守恒性。通过分析影响总阻尼的诸多因素,得出快速励磁是提供系统强阻尼主要保证,特征值计算和动态仿真证实了快速励磁可以显著改善电力系统小干扰稳定性。由于在不同负荷水平下,系统的总阻尼保持不变,所以只要励磁校正恰当,重负荷不会恶化系统阻尼。最后基于阻尼守恒性,指出在电力系统尤其是多控制器复杂电力系统中存在阻尼竞争现象,阻尼协调既非常必要又有较大难度。     

系统阻抗对竞比型低励限制控制励磁系统的稳定性影响研究

推导了单机-无穷大系统在竞比型低励限制(UEL)动作后的扩展菲利普斯模型,并基于阻尼转矩法分析了发电机励磁系统阻尼转矩系数及同步转矩系数随系统阻抗的变化特性;采用小干扰稳定性分析法,从特征根分布、阻尼比大小以及参与因子等方面研究了竞比型UEL动作后系统阻抗对系统稳定性的影响。研究结果表明:当竞比型UEL代替励磁主环控制励磁系统时,系统阻抗的增加能够提高系统阻尼,增强系统稳定性,但同时会对无功功率的稳定性产生不利的影响,增加无功功率的波动次数;基于某实际励磁调节器厂家UEL模型详细分析了其与励磁主环发生反复切换的机理,验证了无功功率波动的死区范围配合不当时会引发系统振荡的结论。     

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。     

Analysis and assessment of VSC excitation system for power system stability enhancement

The voltage source converter (VSC) excitation system is a novel excitation system based on pulse-width modulation (PWM) voltage source converter, which is proposed as improved alternatives to the conventional thyristor excitation systems. This paper aims to provide theoretical confirmation of power system stability enhancement by the VSC excitation system. The reactive current injected to generator terminals by the VSC excitation system can be controlled flexibly. Its capability of enhancing power system stability is investigated in this paper. The simplified model of VSC excitation system suitable for use in system stability studies is developed. An extended Philips–Heffron model of a single-machine infinite bus (SMIB) system with VSC excitation system is established and applied to analyze the damping torque contribution of the injected reactive current to the power system. This paper also gives a brief explanation on why the VSC excitation system can enhance the transient stability in light of equal area criterion. The results of calculations and simulations show that the injected reactive current of VSC excitation system contributes to system damping significantly and has a great effect on the transient stability. When compared with conventional thyristor excitation systems, the VSC excitation system can not only improve the small-signal performance of the power system, but also can improve the system transient stability limit.     

基于无功优化的DFIG并网电力系统OSC-OPF算法

双馈感应发电机(DFIG)与同步发电机(SG)间动态交互,影响系统阻尼振荡能力。由于系统状态矩阵由SG和DFIG参数决定,推导振荡模式对受控参数灵敏度的难度增加。针对含DFIG的电力系统,为量化无功调节对阻尼振荡的控制效果,提出阻尼比对SG无功出力灵敏度的解析表达。引入最小阻尼比约束,提出基于无功优化的振荡稳定约束最优潮流(OSC-OPF)模型。根据OSC-OPF拉格朗日乘子,提出稳定约束下网损对SG无功容量的灵敏度。仿真结果证实,所提模型有助于降低风电系统网损并改善其阻尼振荡能力。     

励磁系统中附加调差对电力系统振荡模式阻尼的影响

将附加调差引入菲利蒲-海佛隆模型,分析附加调差对模型参数的影响,推导出附加调差提供的阻尼转矩系数增量?KD随附加调差系数XC的变化是一条二次抛物线,且这条抛物线的特性与励磁参数、发电机参数、运行状况及线路参数有关。证明了此抛物线在以?KD为纵轴、以XC为横轴的坐标系中必经过原点,且与横轴的第2个交点随发电机功角变化而单调变化。根据此抛物线可全面说明附加调差对系统阻尼的影响情况。两机系统及实际互联电网各典型振荡模式的计算结果与理论推导吻合。     

双轴励磁发电机功率跟踪励磁控制系统研究

采用传统双通道励磁控制系统的双轴励磁发电机(简称为双励机)动态过程时间长,振荡幅值大,不利于电力系统的稳定运行。为此,在双励机的功率反馈环节增加不完全微分控制,提出了一种具有功率跟踪功能的励磁控制系统。对双励机动态过程中的有功功率、无功功率和励磁电流差值进行不完全微分,进而判断功率的变化趋势,调节d、q轴励磁电流的比例以改变励磁磁动势的方向,进而抑制功率的振荡,最终达到增加系统阻尼的作用。以转矩扰动和无功扰动为例,对比研究了功率跟踪励磁控制系统与双通道励磁控制系统对双励机动态过程振荡幅值和振荡时间的影响,结果表明,采用功率跟踪励磁控制系统可大幅减小系统的振荡幅值和振荡时间,有效提高系统的阻尼,为电力系统的稳定运行提供有力支撑。     

励磁系统附加调差对发电机阻尼特性影响的机制分析及试验

首先研究了附加调差对系统阻尼的影响,即将附加调差引入菲利蒲–海佛隆模型,推导出附加调差提供的阻尼转矩系数增量随附加调差系数变化的曲线是一条二次抛物线,而且这条抛物线的开口方向和位置与励磁参数、发电机参数、运行状况及系统参数有关。然后分析了附加调差对发电机频率响应特性的影响。仿真计算和现场试验结果表明：在0.1-2 Hz的低频振荡频段,较大的附加调差系数对发电机频率响应特性的影响明显,因此配置电力系统稳定器时计入附加调差的影响是很必要的。     

多机系统中励磁与SVC的协调控制

主要研究基于结构保持模型的多机电力系统的暂态稳定性。将连接与阻尼分配?无源控制方法进行从常微分方程到微分代数方程的拓展,求解一类仿射非线性微分代数系统的调节问题。并用所提方法设计多机系统中的发电机励磁与静止无功补偿器的协调控制器,不再拘泥于单机系统的协调控制研究。该方法充分利用整个系统的物理结构,通过引入电气与机械动态之间的耦合项进行能量整形,加强两者之间的联系,保证闭环系统的渐近稳定性。仿真结果说明了协调控制器在阻尼振荡和增强电压稳定性上的有效性。     

电力系统稳定器抑制次同步谐振的效果

采用时域仿真实现的复转矩系数法--测试信号法,基于IEEE次同步谐振第一标准测试系统及IEEE ST1A型励磁系统,研究了电力系统稳定器(PSS)对次同步谐振的抑制效果.根据励磁系统的相位滞后特性,对PSS的相位补偿环节进行设计,利用多个串联的超前滞后环节补偿低频段及次同步频段的相位,从而实现缓解次同步谐振的目的.通过频率扫描计算出发电机组在次同步频率范围内的电气阻尼特性曲线,进而分析所设计的PSS对电气阻尼特性的影响,并分析了PSS放大倍数、相位补偿环节对阻尼特性的影响.此外,采用并联结构的PSS,对低频段和次同步频段的相位分别进行补偿,并研究此结构对电气阻尼特性的影响.结果表明,文中设计的这两种结构的PSS,均能大大减小系统谐振点附近的电气负阻尼,说明通过对励磁系统在次同步频段的相位滞后进行补偿,可以使PSS在提高低频振荡稳定性的同时,实现缓解次同步谐振的目的.