一种虚拟同步发电机自适应阻尼补偿方法

针对系统电感对虚拟同步发电机控制系统存在等效负阻尼效应的问题,提出了一种自适应阻尼补偿方法。首先,基于虚拟同步发电机控制技术,通过dq变换和小信号分析建立系统的动态电磁方程和动态小信号模型。然后利用电磁转矩偏差分解出同步力矩系数和等效阻尼系数。最后根据等效负阻尼的产生机制,在有功-频率调节器中加入以系统频率、虚拟阻抗为自适应控制变量的阻尼补偿模块,实现对虚拟同步发电机阻尼的自适应补偿。通过Matlab/Simulink仿真,并与基于传统的虚拟同步发电机控制方法及基于虚拟阻抗补偿方法等方法所获得的结果进行比较,表明文章所提出的自适应阻尼补偿方法具有更强的稳定性和更快的响应速度,验证了方法的有效性。     

采用三阶模型的虚拟同步发电机功率振荡特性分析及附加阻尼控制

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)为电力电子化电力系统所存在的惯量不足等问题提供了新的解决方案，但VSG是基于同步发电机的数学模型设计的，因此也存在传统同步电机的功率振荡问题。采用同步发电机的三阶模型进行VSG–无穷大系统的小信号模型的构建，并通过复数力矩系数法，分析得出在一定条件下，VSG–无穷大系统在线路阻抗等因素的影响下将产生负阻尼力矩，且线路电阻对负阻尼力矩具有非线性影响，功率振荡的可能性较大。设计一种用于改善系统阻尼特性的附加阻尼力矩补偿器(additionaldampingtorquecompensator,ADTC)，通过引入正阻尼力矩抑制功率振荡。最后通过仿真，验证了负阻尼力矩的影响因素及ADTC的可行性与有效性。     

强阻尼电压源型虚拟同步发电机大扰动功角稳定性分析

虚拟同步发电机与传统同步发电机具有相似的外特性,在大扰动下,虚拟同步发电机也具有与传统同步发电机相似的失稳机理。但是,与传统同步发电机相比,虚拟同步发电机逆变器会受到电流限幅的影响,功角曲线与传统同步发电机不同;同时虚拟同步发电机阻尼系数比同步发电机大得多,无法简单判断虚拟同步发电机的功角稳定性。因此,以虚拟同步发电机—无穷大系统为例,首先,介绍虚拟功角由饱和曲线向非饱和曲线的转变,分析虚拟同步发电机强阻尼系数的特性。然后,指出受扰后虚拟同步发电机系统动态响应的强时变特性,给出虚拟同步发电机大扰动功角稳定性的判断方法。最后,基于PSCAD仿真验证了所提方法的合理性。     

基于直观线性化模型的同步发电机电磁力矩解析

含阻尼绕组同步发电机电磁力矩系数的传统算式忽略直轴阻尼绕组与励磁绕组的互感,且不考虑自动励磁调节(AVR)的作用。为提高电磁力矩系数计算的准确性,细化关于AVR和阻尼绕组对机组稳定性影响的认识,基于计及阻尼绕组作用的c1-c12模型,采用微振荡法建立了计及AVR以及直轴阻尼绕组与励磁绕组互感的同步发电机电磁力矩系数表达式。基于这些表达式,按是否与AVR有关,将电磁力矩划分为固有分量和受控分量,对交、直轴阻尼绕组,励磁调节主通道等对机组同步能力特别是阻尼能力的影响以及低频振荡的机理进行了详细分析。分析表明,AVR总是削弱机组阻尼;在AVR作用下,交轴阻尼绕组的阻尼作用得到增强,而直轴阻尼绕组反而可能提供负阻尼;外部电抗和有功负载的增大导致固有阻尼能力下降;AVR削弱阻尼的强度不仅与其增益有关,而且随着固有阻尼能力的下降而增强。根据c1-c12模型与Phillips-Heffronk1-k6模型下阻尼力矩系数之差,给出了k1-k6模型等效阻尼系数算式。     

基于虚拟同步发电机控制的并网变流器同步频率谐振机理研究

虚拟同步发电机控制策略是解决高渗透率新能源并网问题的有效方案之一。然而,不同于传统同步发电机,变流器模拟的虚拟同步发电机因其快速灵活的调节能力可能引发同步频率谐振现象。通过建立精确的虚拟同步发电机动态模型,分析得到同步频率谐振现象是由电磁磁链的动态过程引入;基于此谐振在控制参数设计不合理时会带来稳定性问题,提出2种阻尼控制的策略来抑制同步频率谐振现象。最后,通过搭建8 k W实验平台,验证了虚拟同步发电机中的同步频率谐振现象及所提阻尼控制策略的有效性。     

基于VSG的改进型虚拟阻尼控制策略与特性分析

传统虚拟同步发电机（VSG）控制策略可模拟同步发电机的惯量和阻尼特性,但会使并网逆变器产生功率振荡和功率偏差。针对虚拟同步发电机动态过程中存在的功率振荡问题,提出一种基于VSG的改进型虚拟阻尼控制策略来抑制功率振荡。首先介绍了传统阻尼绕组与常系数虚拟阻尼绕组抑制功率振荡的原理及特性,其次利用根轨迹法分析设计了改进型虚拟阻尼控制策略的参数,最后搭建仿真模型验证了该控制的有效性及准确性。     

基于虚拟同步发电机的频率谐振抑制策略

虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator）技术应用于新能源并网,其惯量和阻尼特性可灵活调节,提高了电力系统可控性、安全性及稳定性。大多数对VSG系统的研究都忽略了电磁磁链的动态过程引发的同步频率谐振现象,该现象在控制参数设计不合理时会导致系统稳定性下降,针对这一问题文中提出了选择VSG最优参数的约束条件。通过分析VSG的同步频率谐振产生机理推导出VSG系统的全频段动态功角,在此基础上推算出维持VSG系统稳定的约束条件,从而引入虚拟惯量与阻尼系数的最佳比值以及虚拟阻抗,消除了同步频率谐振,提高了虚拟同步发电机的稳定性。使用 Matlab/Simulink 软件进行仿真,验证了所提的控制策略具有有效性和可行性。     

基于自适应阻尼算法的虚拟同步发电机控制策略

常规的并网逆变器作为分布式电源和电网的接口,无法为电网提供惯量支撑,基于并网逆变器的虚拟同步发电机(VSG)控制策略可以增强系统频率和电压的稳定性.为了使频率响应拥有更小的超调量和更短的调节时间,本文根据动态过程中阻尼和频率最大偏差量的关系,提出了一种基于自适应阻尼算法的虚拟同步发电机控制策略,同时也能在一定程度上改善输出电压的动态特性.基于小信号数学模型,根据系统的响应指标要求,确定了阻尼系数的取值范围.最后,利用Matlab/Simulink进行仿真实验,与各种阻尼控制算法进行对比,验证了所提控制策略的有效性.     

应用于储能变流器的虚拟同步发电机阻尼特性分析与改进EI北大核心CSCD

针对使用虚拟同步发电机策略控制储能变流器时,孤岛微电网中采用常数阻尼系数控制会导致稳态有功功率偏差的问题,首先建立了基于虚拟同步发电机控制的储能变流器小信号模型,分析了并网模式和孤岛模式下阻尼系数对有功功率振荡的影响规律,然后提出了一种改进的基于稳态频率差值补偿的阻尼控制方法。之后研究了改进阻尼控制对系统稳定性和动态特性的影响,通过仿真和实验验证了改进的阻尼控制可以解除阻尼对稳态有功下垂特性的影响,在保证不影响稳态有功功率分配的前提下有效抑制系统振荡。     

阻尼条电阻率对同步电动机稳定性的影响

往复式压缩机类型的负载,由于负载转矩波动,会对机组轴系产成一定的扰动和激励,如果转矩波动的能量较大,会对机组的安全稳定运行产生危害.通过调整同步电动机阻尼条的材质,适当的增加阻尼条的电阻率,可以提高电机的阻尼力矩,提高电机的稳定性.现以一台1400kW-18P同步电动机为例来分析励磁电流对同步电动机稳定性的影响.     

基于转矩面积的UPFC稳定控制器优化设计

通过推导统一潮流控制器(UPFC)稳定控制器的状态方程,分析了UPFC稳定控制器对同步发电机电磁转矩的影响。同步发电机的同步转矩分量和阻尼转矩分量是影响电力系统稳定性最直接的因素。考虑到利用UPFC稳定控制器提高系统阻尼转矩时有可能会恶化系统的同步转矩,文中利用转矩面积对UPFC稳定控制器进行了优化设计,较大的转矩面积可以确保同步发电机同时拥有足够的同步转矩和阻尼转矩。优化后的UPFC稳定控制器在提高系统阻尼转矩的同时,改善了系统的同步转矩,从而有效提高系统的稳定水平。最后给出一个算例进行验证,EMTDC的仿真结果证实了该方法的有效性。     

水轮机调速系统转矩系数分析

水轮机调速系统包括水轮发电机组对象和调速器,其小波动暂态的阻尼特性是影响机组稳定性的主要因素,本文对调速系统附加机械阻尼以及同步力矩的形成机理和计算进行了系统的研究。以典型调速器结构为例,建立包括机组对象和控制器在内的水轮发电机组线性化模型框架,给出了水轮机及其调速系统附加机械阻尼系数和同步力矩系数的计算方法。分析机组运动特性和阻尼系数的构成,定义了稳态和动态阻尼系数两种类型,并提出以机电振荡模式特征根近似计算机组自振频率的方法。仿真表明,适当调整调速器PID参数可以提高机组动态阻尼系数,本文所提出的计算方法是有效的。     

基于规则的STATCOM的控制器设计

了ＳＴＡＴ驿发电机同步及阻尼力矩系数的影响,指出并解释了在某些系统参数及运行条件下固定控制参数的ＳＴＡＴＣＯＭ可能向系统提供零阻尼或负阻尼的现象,分析了ＳＴＡＴＣＯＭ电压控制与阻尼控制之间的矛盾。在理论分析的基础上,了基于规则的协调控制器,数字仿真结果表明该控制方法可在所有的运行条件下有效地提高系统稳定性。这是固定参数控制所无法做到的。     

直接转矩控制用于同步电机的特点综述和仿真分析

介绍了同步电机直接转矩控制的研究现状,着重分析了同步电机的直接转矩控制与异步电机的直接转矩控制的不同点,如零矢量的作用、转子的初始位置、直流偏置的影响、转速的观测等。利用MATLAB软件中的SIMULINK对同步电机的直接转矩控制系统进行建模、仿真。仿真结果表明,同步电机直接转矩控制系统性能很好。     

改善虚拟同步发电机阻尼特性的设计方法

虚拟同步发电机(virtual synchronous generators,VSG)控制基于虚拟同步机制可以增大电力系统等效转动惯量,改善电网稳定性.但是由于虚拟同步发电机模拟传统电机的机电暂态特性,传统电机的动态稳定性问题也因此被引入到虚拟同步发电机中.通过建立虚拟同步发电机的动态模型,发现线路电感会对系统等效产生...     

忽略电磁暂态对低频振荡分析的影响

在分别计及和忽略电阻影响的两种情况下,推导了单机系统低频振荡原模型SM1+LM1与简化模型SM2+LM2(忽略电磁暂态模型)及SM3+LM3(忽略电磁暂态及转速变化模型)的复转矩系数。通过对比原模型SM1+LM1与简化模型SM2+LM2及SM3+LM3的复转矩系数,分析了忽略电磁暂态对低频振荡分析的影响。复转矩分析结果显示:电阻为零时,SM1+LM1和SM3+LM3有相同的低频振荡模式阻尼,而SM2+LM2的低频振荡模式具有较低的阻尼;电阻增加时,全阶模型SM1+LM1的低频振荡模式阻尼减小,而简化模型SM2+LM2及SM3+LM3的低频振荡模式阻尼增加。因此,实际工程应用简化低频振荡模型可能获得过于乐观的结果。最后,应用特征值分析方法验证了上述分析结果的正确性。     

定子回路电阻对次同步谐振的影响

为了深入讨论定子回路电阻对电气阻尼的影响,采用解析与仿真相结合对其进行研究。推导了系统在受到小扰动时发电机电磁转矩的增量,并将其中与定子回路电阻相关的部分分解成同步转矩分量与阻尼转矩分量之和,然后结合IEEE次同步谐振第一标准模型参数,对同步电机及与定子回路电阻相关的阻尼转矩系数进行讨论,得出定子回路电阻与阻尼转矩系数之间的关系。结果表明:当定子回路电阻减小时,系统电气阻尼将减小,机组各轴段间的扭振加剧,有些轴段间的振荡甚至由收敛变为发散。因此,在次同步谐振研究过程中,需谨慎处理发电机定子回路中各元件的电阻,否则会使得分析结果与实际偏差较大,甚至得到错误的结论。仿真结果与解析法所得结论一致。     

自整角机转子交轴阻尼短路环损耗和电流的实验测试

介绍力矩式自整角机转子交轴阻尼短路环损耗和电流的一种测试方法。用该方法对同步控制系统中的自整角机交轴阻尼短路环的损耗和电流进行了间接的实验测试，证实该方法可行。     

Calculation of damping torque of power systems compensated with TCSC

The thyristor‐controlled series capacitor (TCSC) is being developed to improve the transmission capability of power systems. The TCSC is thought to compensate transmission line reactance without causing subsynchronous resonance (SSR). However, in order to evaluate its effect quantitatively, we must calculate the frequency response of the generator damping torque. Simulations need a long computing time, and it is hard to choose the frequency freely. In this paper, we propose a method of analytically calculating the damping torque. First, when a generator rotor oscillates at some frequency, two voltage components appear. We analytically calculate the damping torque from small current variations due to the voltage components. The damping characteristic changes depending on the method of firing thyristors. The best characteristic is obtained when triggering with reference to the fundamental wave of TCSC voltage or current is used. By choosing an appropriate firing angle, we can drastically reduce negative damping by the TCSC. The damping characteristic is closely related to the system impedance. The fact that the TCSC has large resistance in the 0 to 60 Hz range helps significantly in improving the characteristic. Lastly, numerical simulations of SSR are used to examine the validity of our investigation. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 143(1): 39–49, 2003; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10068