基于稳定域的阻尼控制器设计及其抑制多频段振荡

首先提出了一种多频段稳定域的方法用于优化设计机侧/网侧多通道附加阻尼控制器。在此基础上,以TC-SC导通角组成的多频段稳定域最大为优化目标建立协调优化模型,并采用遗传算法对其进行求解,得到能最大程度提高系统阻尼的控制器参数。特征值计算和时域仿真表明,经过协调优化的阻尼控制器能有效地抑制包括低频振荡与次同步振荡在内的多频段振荡。     

面向新能源外送系统次/超同步振荡的控制器参数协调优化

作为大规模可再生能源的主要输送方式,风电、光伏经高压直流输电(HVDC)并网外送的形式在新能源的异地消纳上发挥作用的同时,也引发了次/超同步振荡(SSO/SupSO)现象。对于风电引发的次/超同步振荡问题,尤其是对在直驱永磁同步机组(DD-PMSG)机/网侧控制器(GSC)参数与柔性直流输电(VSC-HVDC)送/受端控制器(SEC/REC)参数对于次/超同步振荡模式存在阻尼耦合的问题上的应对方案尚待深入研究。对此,该文通过优化风电柔直并网系统控制器参数来抑制系统次/超同步振荡,将阻尼耦合问题转换为控制器之间的参数协调优化问题。具体而言,以主导控制器参数作为优化变量,以待改善振荡模式为目标模式,以目标模式阻尼比最大化为优化目标,建立主导控制器参数的协调优化模型,采用了全局搜索性好、收敛速度快的I-PGSA算法对协调优化模型进行求解,获得最优控制器参数。在协调优化过程中,采用模式追踪技术对目标模式进行追踪锁定,确保优化的针对性;在约束条件中,提出了动态阻尼比概念并对各振荡模式的阻尼比阈值进行动态设定,保证优化的合理性。最后,基于PSCAD/EMTDC对控制器参数优化效果进行时域仿真和比对,结果验证了所提协调优化策略的有效性和优越性。     

抑制次同步和低频振荡的多通道直流附加阻尼控制器设计

采用矩阵束算法分析了实际交直流混合输电系统在孤岛运行方式下次同步和低频振荡共存的现象,并获得保留系统关键特性的低阶模型。采用带通滤波器分离低频和次同步振荡模态,基于降阶模型设计多通道直流附加阻尼控制器。该控制器能够降低振荡模式间的相互影响,通过单独调节各通道的增益、相位、输出限幅及滤波器参数为不同频段的振荡提供恰当的阻尼,进而同时抑制次同步和低频振荡。EMTDC/PSCAD实例仿真证明了控制器的有效性。     

电力系统低频振荡和次同步振荡统一模型阻尼分析

电力系统低频振荡和次同步振荡可能存在阻尼耦合,电力系统稳定器PSS(Power System Stabilizer)等控制装置的加入在抑制低频振荡的基础上,会引发系统次同步振荡。从系统阻尼出发,运用小干扰分析法．对低频振荡和次同步振荡实施统一建模,并分析系统的阻尼变化规律。对算例运用特征根分析法．分析比较了PSS、励磁放大倍数以及发电机出力和功率因数等参数变化对系统各振荡模式阻尼的影响。结果表明系统阻尼守恒,且低频振荡与次同步振荡不可共容;在调节以上参数时须考虑对低频振荡和次同步振荡的双重影响。     

采用VSC-HVDC并网的直驱风电场次/超同步振荡特性

风电、光伏经由高压直流输电系统并网外送已经成为大规模可再生能源基地的主要输送方式。对于风电引发的次/超同步振荡问题,尤其是直驱风电机组与柔性高压直流(VSC-HVDC)输电系统之间相互作用引发的次/超同步振荡问题值得深入研究。首先,分别建立直驱风电机组与VSC-HVDC的动态模型,并深入分析与推导两者之间的接口矩阵与接口动态方程,进而得到直驱风电机组经VSC-HVDC并网外送的完整动态模型。在此基础上,采用特征值分析法计算得到各振荡模式的参与因子,并根据模式参与因子判断出次/超同步振荡模式之间存在阻尼耦合。通过PSCAD/EMTDC进行时域仿真,验证了模型与特征值分析结果的正确性。进一步深入分析风电并网距离/阻抗、直驱风电机组机/网侧控制器与VSC-HVDC送/受端控制器参数对次/超同步振荡阻尼特性的影响,结果表明:同一个控制器参数可同时影响多个次/超同步模式,同一个次/超同步模式可同时受多个控制器参数影响,并且这种阻尼耦合的影响可能趋同(调节控制器参数,耦合的两种模式的阻尼比同向变化),可能趋反(调节控制器参数,耦合的两种模式的阻尼比反向变化),也可能趋同与趋反同时存在。     

基于量测及智能优化算法的阻尼控制器协调设计

针对PSS与FACTS阻尼控制器的参数协调问题,提出了基于量测及智能优化算法的阻尼控制器协调设计方法。采用基于量测的Prony算法可以准确得到各机电振荡模式的特征值,采用微粒群优化算法可以有效协调优化阻尼控制器参数。仿真分析表明：PSS对提高本地模式及区间模式的阻尼比均有效,FACTS阻尼控制器则对提高区间模式阻尼比则更为有效,采用PSS与FACTS阻尼控制器的协调可以更好地抑制电力系统低频振荡。     

基于在线辨识和区域极点配置法的电力系统低频振荡协调阻尼控制

基于均匀阻尼思想和低频振荡的在线辨识,提出采用区域极点配置法设计阻尼控制器,以实现大系统低频振荡的协调阻尼控制。首先分析了电力系统低频振荡的阻尼特性和机组参与振荡的特点,提出实现均匀阻尼控制的条件和方法;然后基于低频振荡特征的辨识进行阻尼评估,确定均匀阻尼控制的目标;针对辨识模型进行降阶,得到适合控制器设计的降阶模型,最后采用区域极点配置法求出控制器的参数,同时抑制发电机参与的多个振荡模式。由于辨识的模型中考虑了其他发电机和调节系统对本机的影响,极点配置的目标保证发电机所参与振荡模式的阻尼尽量均匀,避免了其他模式阻尼的过度削弱,因此低频振荡控制具有一定的协调性,同时控制器的反馈信号为本地信号,实现了系统的分散协调控制。以新英格兰10机39节点系统为例,说明了本文设计控制器的有效性和鲁棒性,为电力系统低频振荡的分散协调控制提供了新思路。     

基于BCC算法的多机系统PSS参数优化设计

电力系统稳定器(Power System Stabilizer,PSS)通过调节励磁电流进而调整发电机内电势,以实现对有功低频振荡的抑制.由于系统中除了PSS控制器外,还存在各种FACTS元件和储能装置,各控制器参数间需要协调控制以提高系统阻尼.为此,对PSS与储能装置间的协调机制进行了分析,确定了相应的协调控制策略,同时建立了相应的参数优化模型,利用细菌群体趋药性(BCC)算法对PSS和储能控制器进行了参数优化.最后基于电力系统分析综合程序(PSASP),以4机2区域系统模型为例,搭建相关控制器模型,对协调优化方法进行了验证,特征值分析及时域仿真结果表明,本文所提优化策略能够提高系统阻尼,有效抑制低频振荡.     

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。     

PSS和TCSC联合抑制互联电网低频振荡

分析推导了含有PSS和TCSC阻尼控制器且适用于小扰动稳定分析的多机电力系统线性化模型,提出了利用改进遗传算法对电力系统中的PSS和TCSC阻尼控制器进行鲁棒分散协调控制,以所有弱阻尼运行方式下的系统机电振荡模式特征值阻尼比之和为目标函数,对阻尼控制器进行了参数优化。仿真结果表明,通过协调控制系统中分散的阻尼控制器,不仅显著提高了系统的阻尼比,而且对严重故障下产生的持续振荡具有很好的抑制作用。     

抑制共振机理低频振荡的PSS设计方法

电力系统稳定器(PSS)是抑制低频振荡最常用的方法,但安装了基于负阻尼机理设计的PSS后仍然可能发生共振机理低频振荡。推导了共振机理低频振荡幅值的数学表达式,并对振荡模式的共振特性进行分析。据此提出了抑制共振机理低频振荡的PSS设计方法。本方法设计的目标函数不仅考虑PSS的相位补偿特性,同时考虑了其幅频特性,能够更好地补偿振荡频率处所需相位并调整PSS提供的增益。此外根据不同振荡模式的共振特性计算得到不同的权重系数,保证了对系统危害更大的振荡模式能被更好地抑制。最后采用粒子群优化算法求得最佳的PSS参数。四机两区域系统中的仿真结果表明,相比传统的基于负阻尼机理设计的PSS,所提方法设计的PSS能够更加均衡有效地抑制共振机理低频振荡,同时不影响其原有的对负阻尼低频振荡的抑制效果。     

电力系统低频振荡和次同步振荡的阻尼耦合分析

电力系统稳定器PSS(Power System Stabilizer)等控制装置在很好抑制低频振荡的基础上．可能会对次同步振荡造成不良影响。从系统阻尼出发,在综合考虑低频振荡和次同步振荡的基础上．将轴系的六质量块模型加入到低频振荡的模型中,实行统一建模,运用小干扰分析法分析PSS加入前后系统的阻尼特性,采用系统部件判别特征根的方法对特征根进行辨识。并就一实例进行了计算分析,所得结论对系统的安全稳定运行有参考价值。     

HHT在电力系统低频振荡模态参数提取中的应用

针对目前电力系统低频振荡的分析局限于用线性化方法来处理而导致的分析结果不精确，甚至不尽合理，提出基于希尔伯特-黄变换(HHT)的提取电力系统低频振荡模态参数新方法。首先运用HHT中的经验模态分解(EMD)实现各低频振荡模态分量的有效分离，并对各模态分量进行希尔伯特(Hilbert)变换、计算其相对应瞬时幅值、瞬时频率及相位；其次运用该文推导的阻尼比计算公式提取各振荡模态分量阻尼比，从而实现低频振荡模态参数的有效提取。同时对超低频振荡的产生机理给出一种新的解释，该方法有助于分析电力系统强非线性振荡模态及阻尼控制器的设计研究。数值仿真及实例分析均表明该方法的可行性和有效性。     

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。     

并网DFIG多通道附加阻尼控制器设计及其控制参数整定

针对双馈感应发电机(DFIG)并网电力系统中多低频振荡(LFO)抑制的问题,提出一种基于DFIG的多通道附加阻尼控制器(MBSDC)设计及其参数整定方法,用于增加系统多LFO模式的阻尼。建立DFIG并网系统状态矩阵,由特征值分析筛选出待抑制的LFO模式,并设计了MBSDC控制策略。在DFIG-MBSDC系统线性化模型基础上,推导目标LFO模式对相应抑制通道传递函数灵敏度的解析表达,以量化多LFO模式与MBSDC传递函数间的联系,应用于控制参数整定。特征值分析与时域仿真结果表明,所提DFIG-MBSDC能抑制DFIG系统中多LFO模式。基于传递函数灵敏度对控制参数进行整定,提高多LFO的抑制效果。     

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。     

直流机电暂态与电磁暂态模型在低频振荡分析中的比较

对交直流混合运行系统进行低频振荡分析时,直流系统通常采用机电暂态仿真模型。介绍了直流系统的机电暂态和电磁暂态两种仿真模型,在电力系统全数字仿真装置（ADPSS）平台上建立了EPRI36系统和某实际电网系统的机电暂态模型和机电-电磁暂态混合仿真模型,分别用于低频振荡分析。采用基于总体最小二乘-旋转不变技术的信号参数估计（TLS-ESPRIT）算法,分析故障后的振荡功率信号。提取低频振荡主导振荡频率、阻尼比等信息进行模态分析,并对分别利用两种仿真模型进行仿真得到的低频振荡分析的结果进行比较。结果表明,直流线路分别采取两种仿真模型时,仿真结果较为吻合,低频振荡分析的结果基本相同,机电暂态模型具有较高的实用价值。     

基于线性最优控制的交直流低频振荡附加阻尼控制器设计

对于低频振荡抑制问题,提出了一种新的电力系统稳定器(PSS)及直流附加控制的设计方法。通过改进的总体最小二乘-旋转不变(TLS-ESPRIT)辨识技术分析系统振荡特性,再对各个振荡模态分别辨识出相应的被控传递函数,最后利用带观测器的线性最优控制(LQR)方法设计出相应控制器,达到抑制低频振荡的目的。在设计过程中,利用基于LQR的PSS抑制区域内低频振荡,区域间低频振荡通过基于LQR的直流附加控制完成。     

多光伏发电单元并入弱交流电网系统的站内/站网次同步振荡特性分析

针对多光伏发电单元并入弱交流电网系统的次同步振荡(sub-synchronous oscillation, SSO)问题,建立了3个光伏发电单元并入弱交流电网系统的小信号模型。通过特征值法分析,得出系统中存在的SSO模式,并计算各SSO模式的参与因子。结果表明,系统中存在2个站内SSO模式和1个站网SSO模式。站内SSO模式由光伏电站内部3个发电单元之间交互作用产生,主导因素为直流侧电容、逆变器电流内环控制器参数;站网SSO模式由3个发电单元与交流电网交互作用产生,主导因素为直流侧电容、逆变器电流内环控制器参数和交流电网。同时,通过分析主导因素对站内/站网SSO模式的阻尼耦合特性,得出光伏发电单元的发电容量、直流侧电容、电流内环控制器参数变化对2种SSO模式阻尼的影响趋同。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建时域仿真模型,验证了理论分析结果的正确性。