发电机励磁控制中负荷补偿对系统稳定性的影响

为了探讨发电机励磁控制中负荷补偿对电力系统稳定性影响产生的机理，论文以单机无穷大系统为例，分析了负荷补偿对同步转矩以及阻尼转矩的影响，深入探讨了不同系统参数和运行状态下补偿系数与同步转矩和阻尼转矩的关系,从而研究了负荷补偿对电力系统稳定性的影响。研究表明，小负荷情况下负荷补偿对同步转矩和阻尼转矩的改善较小，重负荷情况下，负荷补偿对同步转矩改善明显，但会恶化阻尼。论文通过对单机无穷大系统的时域仿真，验证了理论分析的正确性。     

虚拟同步发电机接入电力系统的阻尼转矩分析

针对虚拟同步发电机(VSG)控制的电压源型逆变器接入交流系统,建立含VSG的单机无穷大系统的线性化模型,分析VSG控制的新能源接入对电力系统低频振荡的影响。采用阻尼转矩分析法揭示VSG接入对电力系统机电振荡模式的影响机理,并利用DIgSILENT/PowerFactory仿真软件进行仿真验证,结果表明:VSG通过向系统中同步发电机的机电振荡环提供阻尼转矩改变系统的整体阻尼,进而影响电力系统的振荡稳定性。     

基于VSC的DCIPC抑制电力系统低频振荡的研究

根据电压源换流器(VSC)和相间功率控制器(IPC)的基本工作原理,以VSC代替IPC的移相环节构建了动态可控的相间功率控制器(DCIPC)。本文基于含一台DCIPC的单机无穷大和多机系统,建立了包含DCIPC电压源换流器VSC动态模型的系统动态方程,得到以VSC的调制比增量Δm和注入电压相角增量Δθ为输入,系统功角变化量Δδ为输出的Phillips-Heffron模型,并由此得出IPC在单机无穷大系统和多机系统中能够抑制低频振荡的理论依据。分析了IPC中阻尼功率振荡的控制参数,采取合理的控制策略调节IPC的参数,可以增加系统的阻尼转矩,使系统的振荡得到平息,提高系统运行的稳定性。     

异步化汽轮发电机和PSS装置阻尼特性的比较研究

建立了加装PSS并考虑等效阻尼绕组作用的同步汽轮发电机单机无穷大系统线性化数学模型;同时建立了双通道励磁控制策略下异步化汽轮发电机在同步旋转X-Y轴系下的单机无穷大系统线性化数学模型。利用所建模型,对加装PSS后同步汽轮发电机的阻尼特性与采用双通道励磁控制策略的异步化汽轮发电机进行了分析和比较。通过比较,揭示了加装PSS后同步汽轮发电机阻尼特性得到改善的原因,分析了异步化汽轮发电机阻尼特性与励磁控制系数的关系,指出异步化汽轮发电机的同步转矩系数和阻尼转矩系数与发电机运行状态无关,明确异步化汽轮发电机在提高电力系统稳定性方面比PSS装置更具优势。     

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。     

基于阻尼转矩分析法的光伏发电系统小信号建模分析

光伏发电系统的动态特性是分析其对系统影响的关键。本文在对光伏发电系统小信号模型特征分析的基础上,从阻尼转矩分析的角度解释了光伏发电系统阻尼成因,推导了无功电流内环模式的性质判定条件,结合特征值轨迹分析了系统特征模式随参数变化的规律,并依此优化设计了系统控制参数。研究表明:与同步机动力学阻尼类似的电气阻尼现象决定了光伏发电系统阻尼;系统等效阻尼系数和等效同步系数及各状态变量间的耦合关系决定了模式的性质。根据阻尼转矩分析优化选取系统控制参数可增强系统阻尼,改善系统受扰暂态性能。     

发电机叠加型低励限制对电力系统动态稳定影响机制

当前发电机励磁调节器广泛配置有叠加型低励限制功能,该功能对电力系统动态稳定性有着重要影响,但其影响机制并未获得充分认识。文中基于扩展Heffron-Phillips模型,分析了模型新增回路系数随低励限制参数和机组工况的变化规律;采用电磁转矩分析法,将机组的阻尼转矩分解为低励限制提供的阻尼转矩、电力系统稳定器(PSS)提供的阻尼转矩、系统固有阻尼转矩和D系数阻尼转矩;推导分析了低励限制参数和工况变化对各部分阻尼转矩的影响机制。研究结果表明,通常较大的低励限制边界线斜率会导致低励限制提供的阻尼转矩分量变为负值,并且恶化PSS提供正向阻尼转矩的作用。通过典型系统的算例仿真进一步验证了所得结论的正确性。     

基于转矩面积的STATCOM稳定控制器设计

同步发电机的同步转矩分量及阻尼转矩分量是影响电力系统稳定性最直接的因素,转矩面积则将这2个转矩分量有机结合起来.文中推导出转矩面积的计算方法,再利用最大转矩面积原理对静止同步补偿器(STATCOM)稳定控制器进行优化设计,解决了STATCOM稳定控制器可能会恶化系统同步转矩这一问题.所设计的稳定控制器投入运行后,可以保证同步发电机同时拥有足够大的同步转矩和阻尼转矩,使得系统的稳定水平得以提高.最后给出一个算例进行验证,EMTDC的仿真结果证实了此方法的有效性.     

计及电压环影响的虚拟同步发电机低频振荡阻尼分析与控制

虚拟同步发电机（VSG）通过多层控制模拟同步发电机运行特性,其动态具有多时间尺度特征,并网系统存在宽频振荡模式。文中关注低频振荡模式,基于多时间尺度特性分析,建立计及相邻尺度dq轴电压环影响的类Heffron-Phillips稳定分析模型,进而借鉴传统电力系统低频振荡研究思路,应用阻尼转矩法揭示了虚拟转子运动的阻尼特性。分析发现VSG阻尼可分为两部分：虚拟转子运动自身固有阻尼和等效电磁转矩提供附加阻尼。附加阻尼为负,并深受电压环动态影响,当附加阻尼大于固有阻尼时,低频振荡模式会因阻尼不足而失稳。基于阻尼特性分析,提出一种电压环相位补偿方法,增大等效电磁转矩与阻尼分量负半轴角度,以削弱电压环引入的负阻尼影响。最后,通过仿真验证了理论分析的正确性和改进控制的有效性。     

弱电网下电压源型变换器静态稳定性分析

电压源型变换器(Voltage Source Converter, VSC)作为新能源发电的并网接口广泛地应用于电力系统。以单台VSC经线路阻抗并入无穷大电网为例,推导弱电网下VSC功率输出特性。基于VSC系统阻尼转矩模型得出阻尼系数直接决定系统静态稳定,同步系数通过影响阻尼功率相位间接影响系统稳定。根据阻尼功率与同步功率之间的相位关系解释了VSC系统静态失稳机理,并且利用Bode图研究了系统参数与运行工况对系统稳定性影响。结果表明,电流环比例增益越低、锁相环带宽越窄或无功功率运行不合理,VSC系统将面临静态失稳风险。同时在Matlab/Simulink中搭建VSC并入弱电网模型,验证了理论分析的正确性。     

Stability assessment of multimachine power systems using multivariable frequency response methods

Two feedback representations of linearized models of power systems are presented. One features torque loops and the other exciter loops. The torque loops representation is used to study damping and synchronizing torque coefficients. In the power system community, stability of linear models is associated with positive damping torques. Design of controllers is based on maximizing damping torques. A previous result that used the Nyquist criterion showed that in a single-machine infinite-busbar system a positive damping torque is sufficient but not necessary for the system to be stable. This result is stated briefly and generalized to multimachine power systems using the generalized Nyquist stability theorem. A multimachine system is used to demonstrate the results. The excitation loops are also investigated and the role of system zeros explained.     

SVC电压控制与阻尼调节间相互作用机理研究

通过对含静止无功补偿器(static var compensator,SVC)的单机无穷大(single machine infinite-bus,SIMB)系统进行电磁转矩计算,从理论上分析SVC的电压控制和阻尼调节之间的相互作用关系,既要保证同时为系统提供正的同步转矩和阻尼转矩,电压控制增益和阻尼控制增益的取值需满足一定的限制关系。通过对PSASP中36节点系统进行特征值分析,从广义阻尼的角度分析SVC控制参数对系统阻尼的影响。分析结果表明,电压控制增益和时间常数可改变系统的总阻尼,阻尼控制增益只能对系统的阻尼特性进行重新配置,从而改善系统的弱阻尼区间振荡模式。仿真验证了上述结论的有效性。     

基于振荡能量的低频振荡分析与振荡源定位:（一）理论基础与能量流计算

提出了一种基于振荡能量的低频振荡分析方法。该方法通过网络中的振荡能量流评估元件的阻尼特性、定位负阻尼发电机和外施周期性扰动的位置。文中首先证明了发电机能量消耗和其阻尼转矩的一致性。然后利用广域测量信息,建立了不需要构造能量函数的网络中振荡能量流的计算公式。由于流入支路的振荡能量包含支路暂态能量的变化以及支路消耗或产生的能量,因此提出了一种计算能量流的实用方法,以减少其中的暂态能量分量,而只计算出支路消耗或产生的能量。由于系统的总能量与振幅对应,因此消耗能量的元件对振荡衰减的贡献为正,具有正阻尼,而产生能量的元件是振荡源。利用发电机的能量消耗来估计其阻尼转矩系数,与阻尼转矩分析的结果相符。利用能量流即可定位振荡源。     

低励限制动态特性优化实用技术机理分析

在国内外主流励磁调节器低励限制(UEL)涉网性能测试及建模仿真的基础上,基于阻尼转矩方法推导了竞比型和叠加型UEL控制方式下的阻尼转矩公式。通过详细分析UEL中有功测量环节后的惯性滤波环节对于改善竞比型和叠加型UEL动态稳定性的作用机理,指出了竞比型方式下UEL动作后的系统阻尼转矩基本为正值;而叠加型方式下UEL动作后的系统阻尼转矩与UEL参数有关,增大比例增益可以增强阻尼,增大积分增益则降低阻尼。最后,以数字物理混合仿真测试及特征值分析验证了增加惯性滤波环节可以大幅增强UEL默认参数对接入系统适应性的结论。     

发电机励磁调节器低励限制协调控制分析

从原理上分析了低励限制器(under excitation limiter, UEL)参数整定不当导致系统阻尼弱化的原因,指出了 UEL提供的电磁转矩在Δω方向的分量滞后Δω180°,以及 UEL的作用频段与 PSS 配合不当是产生机组阻尼弱化现象的主要原因,并在 PSS/E 和 Matlab 仿真软件中建立了单机-无穷大系统的励磁控制系统自定义模型,通过仿真验证了理论分析结论.仿真结果进一步表明 UEL 提供负阻尼转矩时,低励稳定曲线斜率越低,UEL 的作用频段越低,系统时域动态响应特性越好.     

多机系统复转矩系数分析及PSS参数计算

针对电力系统稳定器(PSS)抑制低频振荡所基于的阻尼转矩概念,为将阻尼转矩的概念推广应用到多机系统中,提出一个把多机系统中的区域间振荡简化为一个两机系统模型,在两机模型中应用复转矩系数法的研究方法,说明基于单机无穷大系统的复转矩系数法推广应用到多机系统中的意义和合理性,推导基于两机模型的PSS补偿角度计算方法,并且通过比较说明该方法的计算结果与基于单机无穷大模型的计算结果存在差异。     

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...