考虑DFIG桨距角参数优化的小干扰稳定约束最优潮流模型

现有小干扰稳定约束最优潮流(SC-OPF)一般选择同步发电机(SG)有功出力作为控制参数,当某些危险特征值受SG出力影响较小时,电网稳定水平改善效果有限。基于双馈感应发电机(DFIG)详细模型,推导风电系统危险特征值对控制参数灵敏度的解析表达,利用特征值灵敏度调节控制参数,从而改进现有SCOPF算法;同时优化SG有功出力和DFIG桨距角参数,以调整各自主导特征值。仿真结果表明,所提优化模型能够同时改善电网阻尼比和稳定裕度,并且减小经济损失。     

基于机电回路相关比灵敏度的机电振荡模式抑制方法

机电振荡模式(electromechanical oscillation mode, EOM)是与同步发电机(synchronous generator, SG)机械暂态强相关的低频振荡(low-frequency oscillation, LFO)模式,对SG轴系安全和电网稳定影响较大。减小EOM机电回路相关比ρ能减小EOM与SG的相关度,抑制SG振荡。基于此,提出机电回路相关比对SG出力的灵敏度的模型:将ρ对控制参数的灵敏度展开为对参与因子的灵敏度;考虑参与因子由特征向量组成,补充后者幅值和相位约束,得到特征向量灵敏度的唯一解;考虑SG出力对节点电压和特征值的影响,但未出现在状态矩阵中,引入潮流雅可比矩阵的逆,建立特征值和特征向量对SG出力的灵敏度,提出ρ对SG有功和无功出力灵敏度的解析表达。最后利用算例分析检验了EOM及其特征向量、参与因子、ρ对SG出力的灵敏度的准确性,证实了调节SG有功和无功出力对抑制机电模式的控制效果。     

采用可控负荷灵敏度的DFIG并网电力系统低频振荡模式抑制

双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)并网加剧了低频振荡(low-frequency oscillations,LFO)。电力市场和智能用电设备,使得负荷可参与阻尼控制。此时危险模式阻尼比受负荷影响,增加特征灵敏度解析表达难度。现有恒阻抗模型,不能反映综合负荷对小扰动稳定影响;异步电机模型精确,但参数辨识难度大,很难用于小扰动稳定分析。该文为避免潮流计算和稳定分析中负荷模型差异,采用ZIP负荷模型修正系统状态方程。以潮流解对负荷灵敏度为中间变量,提出危险模式阻尼比对负荷灵敏度的解析表达。引入准比例谐振控制(quasi-proportional resonance,qPR)调节负荷,相应修正阻尼比灵敏度,以改善阻尼控制的鲁棒性。仿真结果验证了所提算法的控制效果。     

基于机电回路相关比灵敏度的DFIG并网系统机电模式抑制

机电模式(EOM)是与同步发电机(SG)机械暂态强相关的振荡模式,对SG轴系和电网稳定影响较大.为了抑制EOM,可以调节SG出力以减小机电回路相关比(ρ),但需要以灵敏度为依据.双馈感应风电机组(DFIG)并网后,需要联立SG和DFIG以建立系统状态矩阵,增加了抑制EOM的难度.针对DFIG并网电力系统,筛选出EOM.将ρ对控制参数的灵敏度,展开为对参与因子的灵敏度.考虑参与因子由特征向量组成,补充后者幅值和相位约束,得到特征向量灵敏度的唯一解.考虑SG出力间接影响节点电压和特征值,引入潮流雅可比矩阵的逆,建立特征值和特征向量对SG出力的灵敏度.最终首次提出ρ对SG出力灵敏度的解析表达.结果 验证了所提灵敏度的准确性.调节SG出力后,危险机电模式19,20的ρ减小约13％,验证了所提算法对EOM的抑制效果.     

基于双馈风电机组控制参数优化的电网功角振荡控制

随着大量风电并网，双馈感应发电机（DFIG）与同步发电机（SG）间的动态交互，将加剧SG功角振荡。基于特征值分析的控制参数优化，未考虑非线性元件和大扰动场景。该文从抑制功角振荡出发，以SG转速为DFIG电力系统稳定器（PSS）输入信号，建立风电并网电力系统动态模型。在微分方程中引入中间变量，以解耦状态变量轨迹灵敏度。区分状态变量与代数变量对应的雅可比矩阵，推导DFIG并网电力系统轨迹灵敏度的解析表达。设定目标函数为SG功角偏差相对值二次方对时间积分，按时间顺序累加功角对控制参数的轨迹灵敏度，得到目标函数对控制参数的梯度信息。考虑DFIG-PSS可能弱化转子侧变流器（RSC）控制效果，提出基于轨迹灵敏度的RSC和DFIG-PSS参数协调优化方法。给出4机2区域系统仿真结果，验证了所提方法对DFIG并网系统功角振荡的阻尼效果。     

基于SVG的双馈风电场电压稳定控制策略研究

双馈异步发电机(DFIG)在大规模风电并网环境下提供的无功功率无法满足并网需求。虽然引入固定电容器能够提供无功补偿,但系统受功率耦合的影响无法有效实时维持电压稳定。提出了一种静止无功发生器(SVG)与DFIG协调补偿无功的控制策略,同时引入电力系统稳定器(PSS)抑制系统的低频振荡,充分利用DFIG风电机组自身发出无功的能力,减少了SVG的配置容量。在MATLAB/Simulink软件仿真平台建立DFIG风电机组并网模型,仿真结果证实了此控制策略能够完成连续无功补偿,有效维持并网点电压稳定,增强系统输电能力。     

基于系统有功网损-风速灵敏度的双馈机风电场并网位置研究

关于风电并网对网损影响的分析,有助于风电系统安全经济运行,但是现有网损灵敏度指标,不能直接反映风速波动影响。在最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)方式下,考虑双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)内部损耗时,有功出力与定子电压有关,在潮流求解前未知。基于并网DFIG潮流模型,拓展网损灵敏度算法,提出电网有功网损对风速的灵敏度模型,以反映有功网损受风速影响及趋势。量化DFIG不同无功控制方式对网损及风速灵敏度的影响。考虑风速概率区间分布,综合分析灵敏度结果对风电场选址和双馈感应风电机组无功控制方式的辅助参考价值。算例结果证明了所提灵敏度模型的可行性和正确性。     

基于随机森林算法的电力系统小干扰稳定评估校正

区域电网的互联互通使电网结构日趋复杂，弱阻尼模式引发的低频振荡会影响系统安全稳定运行，对电力系统小干扰稳定带来了严峻挑战。针对常规小干扰稳定评估方法计算复杂度高、不能满足实时分析需求的问题，提出基于随机森林算法的小干扰稳定评估校正方法。首先，利用随机森林算法建立发电机有功、无功出力，负荷的有功、无功功率和支路功率等数据与最小阻尼比之间的映射模型，得到基于随机森林算法的小干扰稳定评估模型；然后，对发电机参数进行微小摄动，放入随机森林模型中算出最小阻尼比的变化，用数值分析法得到发电机阻尼比灵敏度；接着，建立系统弱阻尼状态下发电机阻尼比的优化模型，优化调整发电机有功出力；最后，在IEEE-9节点系统和某区域615节点系统中进行仿真验证。仿真结果表明，所提模型能够准确估算出系统运行的最小阻尼比和近似阻尼比灵敏度，将系统的最小阻尼比校正到0.03以上，消除弱阻尼状态，使系统恢复稳定运行。     

基于混沌并行差分进化算法的含风电配电网无功优化

将风电机组接入配电网,其出力的间歇性、随机性使得传统无功优化模型不再适用。为此,采用场景分析法对双馈异步发电机（doubly fed induction generator,DFIG）的出力情况进行探讨,建立了含DFIG的配电网无功优化场景模型。考虑DFIG的灵活无功调节能力,建立以降低系统网损、抑制电压波动为综合目标的模糊无功优化模型。通过蒙特卡罗仿真对配电网系统进行无功补偿选址,采用带反馈的混沌并行差分进化算法（chaotic parallel differential evolution algorithm with feedback,CPDEF）求解含DFIG的配电网无功优化问题。通过IEEE 33节点系统对所提出的无功优化模型进行仿真计算,结果表明系统网损得以明显降低,电压水平明显改善,并证明了所提方法的可行性和有效性。     

随机数据驱动下的机电振荡参数在线提取与阻尼调制(二):基于有功调节的区间模式阻尼调制策略

随着互联系统规模和复杂度不断增大,弱阻尼低频振荡成为影响电网安全稳定运行的关键因素之一。针对系统运行过程中出现的弱阻尼低频振荡模式,该文提出了随机响应数据驱动下基于发电机有功定向调节的区间模式阻尼调制策略。首先利用文献[1]提出的低频振荡参数在线递推算法实现频率和阻尼比等振荡参数的递推跟踪,以随机环境激励下发电机有功输出变化作为天然摄动量,利用摄动法计算各个模式的阻尼比–发电机有功灵敏度,对于区间弱阻尼模式,结合送端功率下调与受端功率上调的原则,根据灵敏度大小,筛选确定最佳有功调控发电机对,并根据发电机实际运行情况和有功输出约束确定调控量,实现仅依赖随机响应数据的弱阻尼区间振荡模式阻尼比的在线调制。IEEE四机两区系统和IEEE 68节点系统的仿真与计算结果验证了文中算法的有效性和可行性。     

双馈风电机组虚拟惯量控制对电力系统机电振荡的影响分析

虚拟惯量控制能使双馈风电机组为电网提供类似同步发电机的调频特性而得到广泛关注,但同时这种有功—频率外特性将不可避免地使双馈风电机组参与到同步发电机的机电振荡模式中,导致系统动态变得更为复杂。为了揭示双馈风电机组中虚拟惯量控制对电力系统机电振荡模式的影响规律,文中建立了基于虚拟惯量控制的双馈风电机组并网系统小信号模型,采用模态分析法分析了虚拟惯量控制相关控制回路(即虚拟惯量模拟环、锁相环和有功控制环)对同步发电机间机电振荡模式的影响规律。基于改进四机两区域系统的研究表明,增大下垂系数和适当增大滤波时间常数能改善系统阻尼,锁相环带宽和功率外环带宽过小将使双馈风电机组有功控制延迟,从而无法提供正向的阻尼转矩,导致系统阻尼减小。     

双馈感应发电机参与调频的概率最优潮流模型

随着风电并网容量增加,风电机组部分取代同步机组,需要其参与调频以维持电网稳定性。现有电网经济调度研究,在考虑频率时往往忽略风电,或以风电功率代替具体风电机组。提出一种计及双馈感应发电机(DFIG)参与一次调频的概率最优潮流模型。计及风速预测误差概率特性,在优化目标中引入频率偏移,通过权重系数兼顾发电成本和频率偏移。引入DFIG内部约束,提出优化模型中DFIG参数的修正方法,实现DFIG与同步发电机共同参与一次调频。算例分析了DFIG参与调频效果、目标权重系数对优化结果的影响,给出了发电成本和频率偏移的概率特性,验证了所提模型的有效性。     

改善区域间振荡阻尼的快速功率调制策略研究

提出一种通过双馈风机快速有功功率调制改善系统阻尼的方法。首先建立了双馈风机的数学模型,进而提出了单台双馈风机-无穷大系统小干扰稳定分析的一般方法。通过对含4机2区域系统开展特征值分析,找出区域间主导的振荡模式。类比同步机电力系统稳定器（PSS）的设计思路,给出设计双馈风机阻尼控制器的设计流程。暂态仿真结果表明在加装双馈风机阻尼控制器后,系统阻尼得到了有效提升,系统的低频振荡得到有效的抑制。     

基于DFIG功率振荡阻尼器的电力系统低频振荡抑制综述

随着大规模风电并网,风电机组与同步机组间的动态交互加剧,前者对电网低频振荡(low-frequency oscillation,LFO)的负面影响和正面控制效果渐趋显著。文章对双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)并网系统LFO抑制问题展开调研。分析了DFIG并网对LFO的影响机理,从风电侧和电网侧比较了LFO抑制措施。重点讨论了DFIG附加功率振荡阻尼器(power oscillation damper,POD)的参数整定方法和控制策略设计。对基于传统方法、优化方法、鲁棒理论等参数整定方法,以及线性二次型调节器(linear quadratic regulator, LQR)、自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)、滑模变结构控制(sliding mode control,SMC)、模糊控制等控制策略进行比较分析。最后对DFIG并网电力系统低频振荡抑制问题,给出后续研究展望。     

抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化

超低频频率振荡是有功频率控制过程的小扰动稳定问题。由于负荷电压调节效应使得无功电压控制和有功频率控制产生耦合,传统用于抑制低频振荡的电力系统稳定器(PSS)可用于抑制频率振荡。提出了在多机系统中选择抑制频率振荡的PSS的方法,该方法综合了PSS对低频振荡和频率振荡的影响大小。构建了抑制频率振荡的PSS参数优化模型,该模型仍然以低频振荡模式阻尼比作为优化目标,但加入频率振荡对应频段发电机励磁系统相位要求作为约束,保证机组励磁系统为频率振荡提供足够的正阻尼。采用粒子群优化算法对模型进行求解得到PSS最优参数。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于DFIG功率振荡阻尼器的电力系统低频振荡抑制综述

随着大规模风电并网,风电机组与同步机组间的动态交互加剧,前者对电网低频振荡(low-frequency oscillation,LFO)的负面影响和正面控制效果渐趋显著。文章对双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)并网系统LFO抑制问题展开调研。分析了DFIG并网对LFO的影响机理,从风电侧和电网侧比较了LFO抑制措施。重点讨论了DFIG附加功率振荡阻尼器(power oscillation damper,POD)的参数整定方法和控制策略设计。对基于传统方法、优化方法、鲁棒理论等参数整定方法,以及线性二次型调节器(linear quadratic regulator, LQR)、自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)、滑模变结构控制(sliding mode control,SMC)、模糊控制等控制策略进行比较分析。最后对DFIG并网电力系统低频振荡抑制问题,给出后续研究展望。     

大区联网条件下四川电网低频振荡分析

针对川渝、华中、华北、山东等电网的互联,求出了与四川电网相关的系统主导低频振荡模式,研究了区域电网互联出现的低频振荡问题。分析了区域间弱阻尼低频振荡模式及发电机在振荡中的作用。利用Prony分析方法检测出了这些主振模式,验证了小干扰稳定分析的正确性。用数值微分方法计算了系统某些运行参数对系统主导振荡模式的灵敏度,分析了这些参数在小干扰稳定中的作用。研究了电力系统稳定器对系统主导振荡模式的阻尼作用。     

风火电组合外送系统中风电改善火电机组SSR的研究

大型煤炭基地电力与风电基地电力的组合外送在中国具有现实需求。外送通道中一般需加装串联补偿装置,以提升风火电组合外送能力,但可能导致送端火电机组发生次同步谐振（sub-synchronous resonance, SSR）。为此,基于加入风电系统的IEEE SSR第一标准测试模型,采用时域仿真及Prony阻尼比辨识法,定量分析风电场接入对其近端火电机组SSR特性的影响;并根据相位补偿原理设计风电机组附加阻尼控制器,通过动态调节风电机组的无功出力,在次频域内提供电气正阻尼,以消除SSR。此时,由于双馈风电机组采用有功、无功解耦控制,风电机组的有功出力基本不受影响。仿真结果表明,该方法能改善经串联补偿外送的大容量风火电组合系统动态特性,提高大规模风电跨区消纳能力。     

双馈电机风电场等裕度无功分配策略

双馈式异步发电机可实现P-Q解耦控制,能够为电网提供无功支持,但其输出功率受变流器容量限制。为充分发挥双馈机无功调节能力,提出等裕度无功分配策略:根据各台风机无功极限的大小,以各机组具有相同的无功裕度作为无功分配的标准。该策略能够使风电厂在满足电网功率因数要求的同时,有效防止有功出力较大的双馈机由于变流器电流越限而发生跳机的现象,提高风电场运行可靠性。采用PSCAD/EMTDC软件进行仿真研究,通过与等功率因数无功分配策略进行比较,验证了等裕度无功分配策略的有效性。     

利用柔性功率调节器抑制电力系统功率振荡

基于飞轮储能的柔性功率调节器(FPC)是一种以储能原理为基础的新型FACTS装置。FPC能够快速与电力系统进行动态功率交换,改变系统的电气阻尼,从而抑制电力系统的功率振荡,增强电力系统的稳定性。本文基于含一台FPC的单机无穷大系统模型,分析了FPC阻尼功率振荡的机理,提出了其功率控制器的控制策略。根据所建立的模型和控制策略,在EMTDC/PSCAD环境建立了该系统的仿真平台,进行了详细的全时域数字仿真研究。并通过研制一台10kW的FPC样机进行电力系统动态模拟实验研究。研究结果表明,FPC改善了系统的阻尼特性,增强了系统抑制电力系统功率振荡的能力。