电阻参数对次同步模态阻尼影响机制

以往研究TCSC对次同步谐振抑制机制,通常认为TCSC对次同步电流分量呈电阻特性,这实质上是假设电阻特性对次同步谐振有抑制作用。针对这一假设,详细推导了同时考虑超同步、次同步电流分量及磁链变化的次同步模态电气阻尼计算公式,应用该公式分析了电阻参数对次同步模态阻尼的影响机制。分析结果显示,次同步电流的阻性分量产生了次同步模态电气负阻尼,电阻参数对次同步模态阻尼的影响机制可以分为2类:随电阻参数变大,互补次同步电流阻性分量及次同步模态电气负阻尼减小,而非互补次同步电流阻性分量及次同步模态电气负阻尼则增加,电阻特性并不能很好地解释TCSC对次同步谐振的抑制作用。并以IEEE第一标准模型为算例,应用特征值法验证了上述电阻参数对次同步模态电气阻尼影响机制分析结果的正确性。     

次同步扭振互作用机制解析

文中分别推导了次同步频率阻性电流和次同步频率感性电流产生的2个电磁转矩偏差分量表达式,发现次同步频率阻性电流产生负阻尼转矩,而次同步频率感性电流产生同步转矩。在此基础上,揭示次同步频率的等值电阻与电抗比过大是导致机组轴系扭振模态弱阻尼或负阻尼的根本原因。同时,阐释了由于机组轴系机械弹性系数远大于电气系统引起的上述阻尼转矩系数和同步转矩系数,次同步扭振互作用只发生周期失稳。最后,以改编的IEEE第一标准模型为算例,应用时域仿真和特征值法验证上述分析的正确性。     

基于双馈风机转子侧变流器的次同步谐振抑制方法

从双馈风机产生次同步谐振的机理出发,当双馈风机转速变化时,其电磁转矩变化量可以分为转子转矩变化量和定子转矩变化量两部分。基于双馈风机转子侧变流器,提出一种新的抑制次同步谐振的附加阻尼控制策略。通过在转子侧变流器控制策略中引入附加控制,产生一个与转速反相的附加转矩,为系统提出正阻尼。然后,利用PSCAD/EMTDC对所提出的附加阻尼控制策略进行仿真验证。结果表明,通过对转子侧变流器进行附加阻尼控制后,可以有效抑制次同步谐振的发生。     

次同步振荡中暂态能量流与电功率和阻尼转矩的关系

暂态能量流法是一种新的振荡分析方法,可用于多种振荡的扰动源定位和阻尼评估。文中进一步研究了其在次同步振荡中的物理意义。推导了暂态能量流与次同步功率、超同步功率之间的关系,暂态能量流的能流功率正比于超同步功率和次同步功率之差。在含串补的次同步谐振系统中,电阻可能消耗或产生暂态能量,产生暂态能量时即为负阻尼,电感和电容表现为零阻尼,但会通过改变线路电流而极大地影响电阻的阻尼特性。通过比较暂态能量流与电气子系统阻尼转矩系数,验证了上述推导的合理性。最后,在不同算例中的仿真结果验证了结论的有效性。     

TCSC及其主动阻尼控制对次同步谐振的抑制

可控串联电容补偿(thyristor controlled series capacitor,TCSC)能够控制串联电容器与汽轮发电机轴系之间的能量交换,抑制系统中的次同步分量,从而避免发生次同步谐振的风险。对TCSC抑制次同步谐振(sub-synchronous resonance,SSR)的2种不同方法,即自然抑制和主动抑制,进行了分析和对比,设计了次同步阻尼控制器,研究了TCSC在不同触发角下及附加了阻尼控制器的主动抑制下对次同步谐振抑制的效果,通过PSCAD/EMTDC对这些方法进行时域仿真发现,2种方法均能有效抑制SSR,而主动抑制的效果更好一些。     

简单电力系统的次同步振荡辨识

传统汽轮发电机发生次同步振荡的本质为轴系的固有振荡频率和扰动电压或电流引起的电磁转矩频率接近同步或一致而引发的机械共振。在IEEE第一基准模型的基础上,利用时域仿真对次同步振荡现象进行了辨识。最后,计算了汽轮发电机的电气阻尼系数,进一步验证了仿真辨识的可信度。     

神木电厂串补送出方案次同步谐振的计算分析

为评估神木电厂一期串补送出方案的次同步谐振(SSR)问题,采用电气阻尼频率特性计算与时域仿真相结合的方法,对该方案的SSR进行了全面、深入的计算和分析。首先采用基于时域仿真实现的复转矩系数法-测试信号法计算了不同串补度和运行工况下发电机组的电气阻尼频率特性;然后据此计算出使次同步谐振不发散所需的最小发电机机械阻尼,并与已知的发电机机械阻尼进行了比较,判断出不同串补度和运行工况下神木电厂一期串补送出方案的次同步谐振稳定性;最后采用PSCAD/EMTDC,基于发电机组轴系的多刚体模型进行了时域仿真,验证了已得到的结果。所得的计算分析结果对神木电厂一期串补送出方案的设计具有指导意义。     

基于傅里叶分析的高压直流输电次同步振荡控制研究

当高压直流输电遭受短时扰动时,电气量变化产生的电磁转矩变化量所包含的电气负阻尼转矩,加剧了汽轮发电机的转速变化,使得输电线路中产生次同步振荡现象。文中通过傅里叶分析方法计算得出电网次同步振荡频率,在汽轮发电机的转子转速控制系统中通过调节励磁系统锁相环的频率合成,减小励磁电流波动,生成一个新的附加电磁转矩量,使最终的电气阻尼转矩分量为正,实现对转子转矩控制。仿真结果表明,在电网出现短时扰动时,汽轮发电机的转速没有出现大波动,实现了对次同步振荡的有效抑制。     

含TCSC的电力系统次同步谐振的复转矩系数分析法

经推理证明,对于采用固定串联电容补偿的电力系统,如果对发电机转子角度施加一微小正弦扰动,则按系统线性化方程求得的电磁转矩稳态增量的正弦和余弦分量的幅值分别与电气弹性系数和电气阻尼系数成正比,从而提出了一种计算复转矩系数的微小扰动稳态响应算法。然后将这种算法推广到采用晶闸管控制的串联电容补偿电力系统的次同步谐振分析中,给出了具体的计算公式和步骤。采用IEEE典型系统进行计算,所得结果与采用EMTP时域仿真的结果相吻合。     

含双馈机组转子侧附加控制的风电场次同步振荡抑制方法

针对含双馈机组风电场通过串联补偿外送功率时产生的次同步振荡(sub-synchronous oscillations,SSO)问题,建立了包含两质量块轴系、d-q解耦控制回路等的详细模型。采用测试信号法绘制分析阻尼曲线。该曲线显示,串联补偿的加入改变了电气阻尼特性。如果控制器参数不合理,较低串补度下也有发生振荡的风险;随着串补度的加大,电气谐振点的负阻尼越大,对应于转子侧的电气谐振频率越低。当轴系参数耦合时会发生轴系扭振。针对双馈机组转子变换器控制回路的特点,在转子侧注入次同步电流,以激发次同步电磁转矩阻尼振荡,设计附加功率控制的次同步阻尼控制器(sub-synchronous damping controller,SSDC)对次同步振荡予以抑制,并给出了控制器参数的整定方法。时域仿真结果表明:采用该SSDC方案,能够有效抑制串补引发的风电场SSO问题。     

并网双馈风力机感应发电机效应研究

中国大型风电场的建立,使得大容量风功率需交流输电系统远距离输送。风力机通过含串联电容补偿的交流输电系统外送功率时,可能诱发感应发电机效应(Induction Generator Effect,IGE),威胁系统的安全稳定运行。建立了双馈风力发电系统模型,从理论角度分析了影响感应发电机效应的因素;采用复转矩系数法,计算了串补度、输电线路电阻及风速变化时,系统的电气阻尼,最后进行了时域仿真验证。研究结果表明,串补度的增大、风速的减小及输电线路电阻的减小可以增大系统的电气负阻尼。当系统等效电气负阻尼大于定子和输电系统等效正阻尼之和时,将导致输出功率发散振荡,即产生感应发电机效应。     

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。     

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。     

考虑气隙偏心时发电机定子匝间短路位置对电磁转矩波动特性的影响

针对同步发电机定子匝间短路位置对电磁转矩波动特性的影响进行理论推导分析、计算机数值仿真和动模实验验证。首先,对发电机气隙偏心单故障和气隙偏心与定子匝间短路复合故障下的电磁转矩表达式进行推导,分析得到了短路位置与电磁转矩特征频率幅值的映射关系。然后,以实验室MJF-30-6型动模发电机组为验证平台和建模对象,应用有限元软件Ansoft建立求解模型,对不同短路位置下的电磁转矩进行了仿真计算,并在实际机组上进行了实验测试。实验结果与理论分析、计算机数值仿真数据相吻合。分析表明,电磁转矩与短路位置和最小气隙位置的夹角近似呈余弦变化的映射关系,短路匝中心位置与最小气隙位置越接近,则电磁转矩平均值下降越多、二倍频和四倍频转矩分量幅值增大越多。该文是对定子匝间短路故障分析的一个重要补充,对此类故障的实际监测与识别具有参考价值。     

定子匝间短路时双馈异步发电机电磁转矩的研究

定子绕组匝间短路故障会引起双馈异步发电机气隙磁场的畸变,从而导致电磁转矩的变化,因此电磁转矩可作为故障特征之一。基于能量法分析定子绕组匝间短路故障前后电磁转矩的变化特征,建立了双馈异步发电机的多回路数学模型,并对其正常和不同程度匝间短路时的电磁转矩进行仿真计算。对仿真结果进行频谱分析,得到了定子绕组匝间短路故障前后电磁转矩谐波分量的变化规律,验证了理论分析的正确性。定子绕组匝间短路故障和电磁转矩的关联特征可以作为诊断定子绕组匝间短路故障的依据。     

一种通过调整VSC等效输出阻抗来抑制SSR的新方法

严重的次同步谐振（SSR）会危及电力系统的安全运行。分析和探讨了电压源型换流器（VSC）在近同步发电机侧时,对系统次同步谐振的影响。VSC由一系列的电路元件组成,其等效输出阻抗和其控制参数是与电网交互作用的关键因素。采用复转矩系数法分析了VSC等效输出阻抗对系统阻尼的影响,进一步对VSC做出改善,提高其等效注入电阻以改善系统的阻尼,进而实现抑制次同步谐振的目的。最后给出了时域仿真结果,证明了这种VSC阻抗调整技术能够一定程度的抑制次同步谐振。     

电网电压骤升情况下双馈变流器控制策略研究

风电场电网电压跌落恢复过程中若无功过剩、负载突然切除以及风电场35 kV非有效接地系统因单相接地故障引发谐振过电压,电网电压面临升高风险。由于双馈型风力发电机定子与电网相连,电网电压骤升时其暂态过程会造成定转子电压电流冲击和电机转矩振荡。为实现机组高电压穿越,针对电网电压骤升期间变流器不脱网的保护,拓扑上增加了直流Chopper电路,制定了一套穿越期间的脉冲管理逻辑。从变流器模型最大输出电压出发,提出了网侧无功优先的控制策略。转子侧变流器引进转子附加阻尼控制,加快直流磁链衰减,避免直流Chopper频繁动作,减轻机组转矩振荡过程。通过Simulink建立主回路模型,在控制程序嵌入Simulink作为控制器的方式进行混合仿真,更加逼近现场环境。结果验证了所提策略与保护方案的有效性和可行性,同时也验证了程序代码的正确性。     

考虑整机转矩控制的双馈风机轴系扭振机理分析及抑制策略

双馈风电机组轴系模型可等效为风力机质块经柔性轴与发电机质块连接,其轴系柔性较大,阻尼较低,现场存在轴系扭振现象.提出将整机转矩控制嵌入双馈风机两质量块数学模型中,并进行小信号线性化,得到适用于轴系动态特性分析的双馈风电机组机电小信号模型,基于该模型开展扭振机理分析和抑制策略设计.双馈风机轴系扭振本质原因是电磁转矩与发电...     

大扰动下次同步谐振仿真分析的模型改进及应用

结合实际工程需求及实践经验,对次同步谐振(sub synchronous resonance,SSR)仿真研究几个重要方面,即机组轴系、串补及附加励磁阻尼控制(supplementary excitation damping control,SEDC)建模和RTDS仿真进行了精细化研究,使其适用于大扰动时的SSR模式稳定性、暂态扭矩和疲劳损耗的精确分析。将改进仿真方法应用于实际串补输电工程,通过上都电厂送出系统一次短路故障情况下SSR事件的仿真分析,并与实际结果进行对比,验证了所述方法在实际工程SSR分析中的适用性、准确性和有效性。SSR仿真与实际大扰动事件对比分析在国内外应属首次,具有重要的参考价值。