孤网模式下基于HBBC的水轮机调节系统稳定性量化分析方法研究

针对目前孤网模式下水轮机调节系统(hydraulic turbine regulating system, HTRS)稳定性研究方法忽略水轮机非线性的问题，结合Hopf分岔理论、二分法和稳定性判据，提出了一种考虑水轮机非线性的控制器参数约束确定算法(controller parameter constraint determination algorithm based on Hopf bifurcation theory, bisection method and stability criterion, HBBC)，以实现对孤网模式下非线性水轮机调节系统的全工况稳定性分析。首先搭建了孤网模式下含非线性水轮机模型的高精度HTRS数值仿真平台，然后详细介绍了基于HBBC的稳定域约束定量计算过程。最后以某实际水电站为例，基于HBBC计算了孤网模式下非线性HTRS全工况下的稳定域，并在特殊工况下对稳定域计算结果进行了验证。结果表明，在HTRS稳定性分析中，HBBC可取代传统的稳定域计算方法，在准确性和可靠性方面优于后者；HTRS存在稳定域较小的“恶劣工况点”。     

调速系统对孤网频率稳定性影响分析任华;姚秀萍;常喜强;周专;15-18+39

随着区间电网的互联,各地区的自然资源得到充分的利用。但是有些区间联络线由于输电走廊限制等原因相对较弱,一旦发生解列事故,容易形成送端(受端)孤立电网,将导致局部系统功率严重失衡,系统的频率稳定问题就会凸显出来。以新疆阿勒泰地区电网为研究对象,分析调速系统调速特性以及调速系统对孤网频率稳定性的影响,得出孤网中不同容量机组调速系统对孤网频率影响不同;水电机组调速系统和火电机组调速系统对孤网频率影响不同;不同容量水电、火电机组调速系统之间的配合对孤网频率影响不同。运用PSASP仿真验证了相关结论。这对实际电网运行、水电和火电机组调速系统之间的配合具有重要的参考价值。     

基于高通滤波器技术的电力系统霍普分岔控制

针对电力系统运行中出现的影响系统电能质量及安全运行的Hopf分岔现象,给出了一种基于高通滤波器技术的电力系统Hopf分岔控制方法。根据Hopf分岔发生的条件确定高通滤波器控制器的线性和非线性增益系数。通过控制有效地消除了控制前系统存在的Hopf分岔点,很大程度上增大了系统运行的稳定域。理论分析和仿真结果表明了该控制方法的有效性。     

大型汽轮发电机组轴系振动特性设计

为了提高机组安全运行,轴系振动特性设计是减少机组振动的主要途径。文章介绍了大型汽轮发电机组轴系临界转速、不平衡响应、共振转速峰值响应灵敏度(Q因子)和轴系扭振的研究。通过轴系动态振动特性计算,使大型机组轴系具有良好的振动特性。     

含高渗透率风电的孤网频率动态特性研究

大规模风电集中并网后,风电近区系统的频率动态稳定性将面临严峻挑战。以实际电网为例,以现有频率保护配置方案为基础,仿真模拟了风电近区电网孤网运行时风电机组、常规机组、核电机组高频保护装置的动作情况。分析了各类机组在暂态过程中的差异,深入研究了近区孤网的频率动态特性,并提出了适用于风核联合运行工况下的孤网高频保护优化配置方案。该研究成果对大规模风电集中并网近区各类机组频率保护定值的整定具有重要的参考价值。     

基于Hopf分岔特性分析的调压室设置条件与参数判别方法

调压室是水电站输水系统缓解水击波影响,进而满足机组调节保证要求的关键建筑;调压室的设置条件、临界稳定断面和位置是工程设计阶段需科学合理确定的3个关键指标。建立考虑上游调压室和水头损失的水轮发电机组调节系统非线性模型,引入Hopf分岔理论判断系统的分岔特性;依据系统的稳定域,提出调压室的设置条件和临界稳定断面判别方法;分析调节系统水流惯性时间常数和水头损失系数对系统稳定性的影响,确定调压室的合理位置。实验结果表明,所提方法可依据系统Hopf分岔特性判别调压室设置条件、临界稳定断面位置,为工程中关于调压室设置的设计提供了理论支撑。     

风电并网系统的虚拟同步稳定分析与惯量优化控制

风电并网系统引入虚拟惯量后,应综合分析风电机组安全和电网动态稳定,完善附加控制的友好并网功能,提升其推广应用价值。首先建立了含虚拟惯量风电并网系统的状态方程。其次,采用小信号分析理论,并设计非线性扩张干扰观测器,为惯量控制附加动态响应补偿信号,完善其动态稳定支持功能。通过积分流形方法,对风电机组轴系模型降阶,进一步分析虚拟惯量控制对风机轴系振荡模式的影响,并建立轴系暂态能量函数,为轴系稳定控制提供参数设计范围。最后,基于RTLAB数模混合仿真平台,建立含高渗透风电并网系统,结果表明虚拟惯量在互联系统功角摆动及风机轴系振荡中的稳定控制功能得到显著改善。     

含多种分布式电源的微网动态仿真

通过算例仿真研究了不同分布式电源配置方案下低压微网从并网模式向孤网模式转换的动态运行特性,获得了分布式电源的功率、微网电压和频率的变化规律。如果选择微型燃气轮机作为微网的功率支撑手段,在微网从并网向孤网过渡过程中,系统频率波动较大,且部分分布式电源有可能在低频保护动作下与电网隔离,不利于微网的稳定运行;增加储能设备后,储能设备对于微网的稳定运行可发挥重要的作用。采用下垂控制策略的蓄电池在微网孤岛运行时可以快速为系统提供有功、无功支撑,有效抑制了由于燃气轮机动态响应速度慢引起的电压和频率偏差。     

水电机组转子-转轮弯扭耦合振动特性分析

针对水轮发电机组轴系由多振源激励引起的非线性振动问题,本文构建了考虑动、静偏心因素的不平衡磁拉力及非线性密封力联合作用下机组轴系弯扭耦合振动模型,采用数值分析方法对系统动力学特性进行了研究。通过分岔图、轴心轨迹图和频谱图等方法分析了质量偏心、密封间隙对系统振动特性的影响。结果表明,动静偏心的加入对系统动态特性表现形式及振幅均带来了明显改变,系统稳定性在一定程度上得到了提升,新的运动特征周期6得以显现。质量偏心在恶化转子振动的同时会削弱不平衡磁拉力的影响,使振动趋于规则,但过大的质量偏心会导致定转子发生全周碰摩故障,容易引起系统潜在的不稳定。密封间隙的增加可以减少阻尼和摩擦,使系统运动趋于稳定;但过大的密封间隙会增加流体的泄漏,降低水轮发电机组运行效率。     

地区电网火电机组孤网运行频率控制策略研究

地区电网在面对孤网工况时,机组如何进行频率调节以保证系统的稳定运行一直缺乏系统的指导。针对这一问题,在深入研究孤网运行形成时频率动态响应的基础上,提出了一种考虑孤网运行频率特性的控制策略。首先根据孤网运行的频率特性建立了适应孤网运行的仿真模型,并仿真分析了影响机组孤网运行频率响应的主要因素;然后提出机组孤网运行的一次调频和二次调频策略;最后以频率控制策略为指导进行了实际孤网试验,试验结果表明了该控制策略是正确有效的。所提出的频率控制策略适应性强,可作为各类型火电机组面对孤网工况时的控制指导。     

一种改进的虚拟同步发电机功率控制策略

详细分析了虚拟同步发电机(VSG)离网和并网模式下的功频调节特性和励磁调节特性,针对单机并网模式下惯性J,阻尼D和调差系数Kω等参数优化的局限性,提出了一种基于微分负反馈的改进型虚拟同步发电机有功功率控制策略。建立了并网模式下功频调节特性分析模型,分析了加入微分负反馈前后系统的等效阻尼。仿真和实验结果表明所提出的方法能够改善VSG并网模式下的动态特性。     

含双馈式风机的电力系统分岔研究

风力发电作为一种清洁能源,在电力系统的应用越来越广泛。文中基于分岔理论,研究不同风速下系统电压的变化过程。结果表明,风力电机在并网过程中,电压会出现Hopf分岔、鞍结分岔、普通静分岔或fold分岔等。这些分岔点的出现,表明系统电压会在运行中发生静态或动态失稳,这也是风力发电机并网的基本特性。     

虚拟同步双馈风电机组的非线性联轴功率振荡抑制方法EI北大核心CSCD

虚拟同步机须面对复杂的振荡类型,具备宽频带抑振性能会使其更适于融入新型电力系统。该文首先分析传统虚拟同步控制时变速风电机组与同步发电机组间的线性轴系刚度耦合关系。其次,利用机组间的非线性功率耦合,引入轴系立方刚度,建立双馈风电并网系统的虚拟同步非线性联轴运动模型。结合最优带宽理论,分析风电并网系统处于线性和非线性联轴耦合时的功率振荡抑制带宽特性,提出双馈风电机组的非线性虚拟联轴控制方法,并完成控制器参数设计。最后,搭建风电高比例电网仿真系统,验证所提控制策略可有效拓展风机抑振带宽,避免谐振风险,提升其抑制功率振荡和频率变化的并网主动支撑性能。     

适用于电力系统稳定计算的水轮机调速系统模型研究

为满足电力系统稳定性仿真计算的需要,需建立符合并网运行水电机组实际的水轮机调速系统模型,通过水轮机调速系统理论建模研究,并以试验修正理论模型,建立了符合并网运行机组实际的适用于电力系统稳定分析计算用的水轮机调速系统模型。     

水电机组调节系统考虑黑启动及孤网运行控制策略

对电厂侧调节系统黑启动及孤网运行的控制策略进行详细研究有着重大的意义,以确保电网事故时,发挥作用,在最大可能情况下起到抑制电网全黑的发生,即使解裂为孤网,也能够迅速恢复负荷。针对试验过程中和黑启动、孤网运行中可能出现一系列问题结合现场实际进行了分析研究,提出了水电机组调节系统考虑黑启动及孤网运行控制策略,从调节系统的运行方式、运行模式、运行参数、频率控制等方面进行详细分析及论述,为减少事故损失,合理配置黑启动中的控制,快速恢复系统供电,提供一些理论及实践依据。     

基础激励下水电机组轴系统的非线性动力分析

以水轮发电机组轴系统和基础耦合动力系统为研究对象,提出了带有基础随机外激励的水电机组轴系统的动力学模型。考虑机组的转子不平衡、转轮密封力等非线性作用,建立了该系统的非线性动力学微分方程。应用相应的数值仿真方法,结合轴心轨迹图、Poincaré映射图和分岔图等,研究了不同频率、不同强度和不同谱宽下的基础随机不确定性激励对主轴系统横向振动的影响。结果表明,基础激励频率的改变及强度和谱宽的变化将影响机组轴系统的运行稳定性,导致主轴系统出现多周期运动和混沌运动等复杂的非线性振动现象。研究进一步揭示了水轮发电机组轴系统的一些复杂非线性动力特性的内在机理和影响规律。     

一例50 MW机组启动期间轴系振动故障的分析及处理

某火电厂一台50MW汽轮发电机组在A级检修后的启动期间,轴系振动异常增大、无法正常升速和并网运行,故障诊断结果是发电机和励磁机转子存在不平衡。通过多次高速动平衡,解决了机组在过临界和空负荷运行时振动异常增大问题,使机组按时并网,带满负荷运行。     

风力发电机组多领域耦合模型及动态响应分析

并网风力发电机组承受风波动及电网扰动外部激励,同时传动链轴系结构的扭振特性及控制器的动态响应向机组增加了内部激励。在内外部激励作用下,机组各部件相互影响,形成耦合。这种多耦合作用影响着机组动态负载。该文以FAST及Matlab/Simulink为平台,建立了复杂的多耦合模型并研究了含有多自由度传动链的机组在湍流风及电网扰动下的动态负载特性。通过瞬态分析及频率分析揭示了机组间更多细节的相互耦合影响,表明耦合模型对控制研究、动态特性研究的必要性。根据机组的动态响应,传动链有低通滤波作用;根据刚度值对转矩的影响,可以通过改变刚度避免共振并减小机组瞬态载荷。     

孤网发电机调速系统参数定量调整理论分析

为了分析调速系统对孤网一次调频频率响应的影响,合理调整其工作模式及参数,以孤网一次调频的频率响应特性作为研究对象,提出了一次调频评价指标。在此基础上,利用根轨迹及主导极点分析法从理论上分析了调速系统中调差系数、参与一次调频的机组比例、油动机时间常数及发电机惯性时间常数各线性环节对孤网调频性能的影响。并以孤网静态频率特性为出发点,分析了死区、调频上下限及OPC动作定值等非线性环节对调频性能的影响,提出了相应参数定量调整的方法,为孤网调速系统参数调整提供了理论依据。     

水电直流孤岛系统的Hopf分岔和极限环

以水电为主的直流孤岛送出系统中多次出现具有长振荡周期和稳定振幅的超低频频率振荡事件。考虑到水轮机的非线性特性,建立了水电孤岛系统的非线性描述方程进行研究。并对比了非线性系统和其线性化模型下的稳定性和表现,发现了水电孤岛系统中非线性模型下的Hopf分岔和稳定极限环现象。在一定的参数范围内,系统平衡点不稳定,但出现稳定的极限环,系统轨迹收敛到极限环而呈现出等幅振荡。进一步分析得到极限环特性与Hopf分岔参数的关系。分析结果为研究水电直流孤岛中频率稳定问题提供了一种理论上的可能,最后说明了考虑水轮机非线性的重要性。