基于矩阵束算法的次同步阻尼控制器设计

附加次同步阻尼控制器SSDC (sub-synchronous damping controller)是解决由直流输电引起次同步振荡的一种有效措施.振荡模态参数的提取对于SSDC的设计有重要作用.传统的Prony法在运算效率和抗噪声能力方面都比较差,文中发展了电力系统模态辨识的一种新方法-矩阵束算法MP (matrix pencil algorithm),并将其用于交直流混合输电系统的次同步振荡模态分析,在此基础上结合极点配置方法设计出抑制次同步振荡的附加直流阻尼控制器.PSCAD仿真结果验证了该阻尼控制器的有效性.     

H_∞控制理论在次同步阻尼控制器设计中的应用

电力系统次同步振荡阻尼控制器设计中,系统等值简化的准确度和控制器的鲁棒性对控制器的效果影响很大。通过对输出信号动态时域数据Prony辨识求得2008年南方电网贵广Ⅱ直流系统的等值降阶线性模型,利用基于时域仿真的复数力矩系数分析出该系统在弱连接和孤岛两种运行方式下易发生次同步振荡的模式,并针对监测出的振荡模式,采用H∞最优控制理论设计出抑制次同步振荡的附加直流阻尼控制器,最后电磁暂态时域仿真结果验证了该控制器抑制次同步振荡模式的效果明显,并具有一定的鲁棒性。     

含STATCOM的不同阻尼控制器对次同步振荡抑制的影响

电力系统输电过程中有一定概率产生次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO),这种振荡极易造成汽轮发电机组的大轴损毁,准确分析系统的次同步振荡特性对其防止和抑制有重要意义。研究了静止同步补偿器(STATCOM)的基本结构以及抑制SSO的基本方法,根据不同滤波器设计对次同步阻尼控制器的抑制效果不同,设计了3种次同步阻尼控制器。其中,提出一种新的控制器设计方法,利用该方法设计了窄带通次同步阻尼控制器;最后基于IEEE第一谐振模型,采用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件以及数值计算软件MATLAB,仿真验证3种不同控制器的有效性。     

基于射影定理分层控制的次同步阻尼控制器设计

火电机组经高压直流输电有可能引起轴系振荡,严重影响电力系统的稳定性,故为高压直流输电系统设计次同步阻尼控制器尤为重要。从系统状态方程的角度出发,基于系统状态方程,通过滤波器提取轴系各固有扭振模态,进而提出基于TLS-ESPRIT和射影定理设计直流附加次同步阻尼控制器,最终实现各个模态的分层控制。射影控制可保留系统的主导特征根,能够在保留系统实际信息的同时降低控制器的阶数。以某电网直流系统作为实例仿真模型,仿真结果表明,基于TLS-ESPRIT和射影定理分层控制的阻尼控制器可有效增大系统阻尼,实现次同步振荡的快速抑制,且控制器阶数较低,便于工程实现。     

基于H∞鲁棒控制理论的高压直流输电系统附加次同步振荡阻尼控制设计

对含串联电容补偿的交直流并联输电系统,通过在整流站附加相应的控制信号可以削弱次同步振荡,以往在设计高压直流输电系统附加次同步振荡阻尼控制器时忽略了逆变侧对次同步振荡特性的影响。实际分析表明,逆变侧交流母线的强弱以及逆变站不同的控制方式对次同步振荡阻尼特性有显著影响。作者运用H∞鲁棒控制理论设计了高压直流输电系统次同步振荡阻尼控制器,把逆变侧交流短路阻抗变化、逆变站控制方式的改变以及系统运行条件变化所引起的系统模型幅频特性差异看作系统模型的不确定性,并把在可行变化范围内对应的不确定界用相对简单的频域函数描述,把设计次同步振荡阻尼控制器归结为求解H∞鲁棒控制理论的混合灵敏度问题。特征根分析与时域仿真计算表明所设计的阻尼控制器能在较大的运行条件变化范围内可有效地抑制次同步振荡。     

改进的人工鱼群算法设计次同步阻尼控制器

为了抑制次同步振荡SSO(subsynchronous oscillation),提出了一种改进人工鱼群算法,并基于该算法利用美国电力研究院EPRI(electric power research institute)提出的抑制直流系统次同步振荡的基本原理,设计次同步阻尼控制器。将控制器参数视为自适应参数,以阻尼比为自适应函数,通过改进人工鱼群算法,计算出最优的控制器参数,达到抑制SSO的目的。以2012年四川电网向家坝-上海直流系统的送端交直流混合输电系统为例,验证了该阻尼控制器的有效性。     

基于Prony辨识的次同步阻尼控制器研究

发展了基于Prony算法的辨识系统传递函数的方法,将其用于交直流混合输电系统的次同步振荡模式分析和阻尼控制设计,通过对输出信号动态时域数据的Prony辨识得到了系统的等值降阶线性模型,分析出次同步振荡的模式,在此基础上采用极点配置方法设计出抑制次同步振荡的附加直流阻尼控制器.设计步骤为:在待研机组电气距离较近处施加低幅短时间的负荷扰动,对该机组的转子角速度暂态响应进行Prony辨识,获取系统的降阶线性传递函数模型,对于选定的极点,对阻尼控制器的参数取一估计值,配置阻尼控制器后,重复Prony辨识过程,并依据辨识结果调整阻尼控制器参数,直至闭环系统的Prony辨识极点与选定的极点相近.EMTDC仿真结果证明了该方法的有效性.     

含常规直流和柔性直流的交直流混合系统次同步振荡抑制研究

针对背靠背直流异步联网工程中存在的次同步振荡(SSO)现象,对基于常规直流(LCC_HVDC)的次同步阻尼控制器(LCC_SSDC)和基于柔性直流(VSC_HVDC)的次同步阻尼控制器(VSC_SSDC)的协同抑制问题进行了研究。首先针对待研究输电系统,从电磁转矩矢量合成方面分析了SSDC抑制次同步振荡的机理。然后分别设计了LCC_SSDC和VSC_SSDC的结构并整定了其参数。最后在PSCAD/EMTDC上搭建电磁暂态仿真模型,仿真结果验证了结论的正确性和所设计SSDC的有效性。     

基于输出反馈控制理论的HVDC附加次同步阻尼控制器

通过在直流输电系统的整流站装设附加次同步阻尼控制器可以削弱交直流并联输电系统中发生的次同步振荡。利用输出反馈线性最优控制理论设计附加次同步阻尼控制器,选取与控制器密切相关的反馈信号Δω5、ΔαR,求解有约束条件的Levine-Athans方程,得出附加控制器的输出反馈增量。特征值分析和时域仿真结果表明:所设计的附加次同步阻尼控制器在很宽的串联补偿条件下能有效地抑制交直流并联输电系统中发生的次同步振荡。     

兴安直流输电工程单极投运后次同步振荡问题及抑制措施

根据兴安（贵广二回）直流输电工程单极投运后南方电网的实际情况,采用机组作用系数法和时域仿真方法,分析了发生次同步振荡风险高的运行方式。针对如何采用阻尼控制器抑制次同步振荡的问题,重点分析了采用整流站就地控制策略的可行性,并提出工程实用的控制器设计方法。利用PSCAD/EMTDC仿真研究,验证了所设计的直流输电次同步振荡阻尼控制器的有效性。     

基于可观测与可控度的直流输电次同步振荡阻尼控制研究

汽轮发电机组轴系在次同步频率范围内往往存在多个扭振模态。目前对高压直流输电引起的多模态次同步振荡尚缺乏行之有效的抑制策略,系统中多次出现应用次同步振荡阻尼控制器后轴系依然存在明显振荡的现象。应用状态空间法对轴系机械系统进行分析,建立了次同步振荡模态的可观测度与可控度的概念。在设计次同步振荡阻尼控制器时,基于次同步振荡的可控与可观测度进行参数优化。PSCAD/EMTDC的时域仿真结果表明,传统的次同步振荡阻尼控制器对于可观测与可控度较低的振荡模态抑制效果较差,而所提出的基于可观测与可控度的次同步振荡阻尼控制     

直驱风电机组次同步振荡阻尼控制方法及其适应性

由风电波动引发的次同步振荡具有振荡频率多变、涉及动态装置多、影响因素复杂等特点,现有的阻尼控制类装置难以实现有效抑制,需研究适用的附加阻尼控制方法。文中通过线性化方法推导了直驱风电机组并网系统的特征方程和传递函数,并获取了风电机组并网系统在不同工况下的频率响应特性。然后提出了基于奈奎斯特稳定判据的风电机组次同步振荡阻尼控制器的参数设计方法,以及基于粒子群优化算法的参数优化方法;结合特征值法及时域仿真法,分析了阻尼控制器对于次同步振荡的抑制作用。研究结果表明,依据前述方法设计的阻尼控制器在多种运行条件下均具有较好的适应性。     

风火打捆外送系统次同步振荡的改进自抗扰直流附加阻尼控制

针对送端电网大规模风电接入可能加剧火电机组次同步振荡的问题,提出一种基于改进遗传算法的自抗扰附加阻尼控制方法。利用基于总体最小二乘法-旋转不变技术的信号参数估计(TLS-ESPRIT)算法对系统进行次同步振荡特性辨识,根据主模比指标选择合适的控制反馈信号,得到系统在次同步频段内各振荡模式对应的低阶传递函数;结合时间乘绝对误差积分准则(ITAE)指标与极大极小值原理确定被控系统控制目标,并利用改进遗传算法寻优确定多通道自抗扰控制器参数。在PSCAD上搭建含大规模风电的测试系统模型,仿真结果表明基于改进自抗扰控制的附加次同步阻尼控制器在送端电网多种运行方式和不同故障情况下都能有效抑制汽轮发电机组的次同步振荡,鲁棒性较强,同时低阶自抗扰控制器也具有令人满意的控制效果。     

基于混沌优化算法的高压直流次同步阻尼控制器的设计

高压直流输电系统在一定条件下可能引发系统的次同步振荡。基于混沌优化算法可用于控制器参数寻优,且可避免陷入局部最优的特点,提出利用此算法设计附加次同步阻尼控制器。通过此算法,以阻尼比为目标函数,寻找出系统在不同运行方式下的控制器最优参数,从而达到抑制次同步振荡的作用。以南方电网贵广II号直流输电工程作为实例模型,分别利用PSCAD/EMTDC仿真程序和矩阵束算法验证此阻尼控制器的有效性。     

统一潮流控制器(UPFC)对次同步振荡的影响及抑制策略

FACTS等快速控制装置在一定条件下可能激发电力系统的次同步振荡问题,导致发电机轴系失稳,造成重大事故,危害电力系统的安全稳定运行。UPFC作为一种新型FACTS元件,虽然能实现母线电压控制和线路有功、无功功率的调节,但对次同步振荡影响的研究较少。同时,目前的UPFC阻尼控制器多针对低频振荡模态。故在搭建UPFC模型的基础上,运用测试信号法,研究了系统运行参数和UPFC电压有功控制等对次同步振荡的影响,并设计了相应的UPFC附加阻尼控制器。在IEEE第二标准测试系统上的计算机仿真说明,该控制器能有效提高多个扭振模态的电气阻尼,抑制系统的次同步振荡。     

高压直流系统附加次同步阻尼控制器的综合设计

交直流混联电力系统中由于高压直流系统(HVDC)的快速可控性,可能导致系统产生次同步振荡,附加次同步阻尼控制器(SSDC)是解决这一问题的有效方法。以含HVDC电力系统的小干扰数学模型为基础,结合经典自动控制理论,提出了一种基于最佳相位补偿和模态分离的SSDC设计方法。结合贵广II回直流输电系统,从特征值和电气阻尼曲线两方面验证了SSDC抑制次同步振荡(SSO)的效果,同时还分析了控制器参数对电气阻尼改善效果的影响。     

基于电压源型静止同步补偿器缓解次同步振荡研究

提出利用安装在线路中点的静止同步补偿器(STATCOM),以发电机端信号为控制信号,并加装次同步阻尼控制器(SSDC)来缓解次同步振荡(SSO),最后利用MATLAB/Simulink软件,在IEEE第二标准测试系统对控制效果进行仿真试验.     

专用于抑制次同步振荡的次同步电压调制策略

针对并联接入系统的电压型逆变器提出一种专用于抑制次同步振荡的次同步电压调制策略。基于复转矩系数法推导了采用该方式抑制由串补引发的次同步谐振时提供的近似电气阻尼。分析结果表明,当接入点系统电压与电压型逆变器输出的次同步电压之间的相位差满足一定条件时,可使得逆变器提供正的电气阻尼。分析了影响此正的电气阻尼大小的相关因素。利用dq变换对电压型逆变器的控制器进行了设计,通过解耦控制,实现了抑制次同步振荡、维持逆变器直流侧电压的目的。测试信号法及时域仿真法的仿真结果表明,这种基于并联电压型逆变器的次同步电压调制策略