基于分散控制理论的多机系统低频振荡抑制

常规的电力系统低频振荡抑制措施是在发电机励磁系统中加装电力系统稳定器(PSS),然而它在多机电力系统中的应用并没有充分的理论研究.将大系统分散控制原理应用于多机电力系统低频振荡抑制问题,只要分散阻尼控制器(DDC)的阶数足够高,分散闭环控制系统的低频振荡模态总可以在复平面内任意配置.分析了PSS与DDC的关系,论证了PSS是DDC的一种特殊形式,因而从理论上说明了DDC比PSS优越.将DDC的优化配置表示为一个带不等式约束的非光滑优化问题并用遗传算法求解.以新英格兰测试系统和我国西北电网为算例的计算结果表明,在发电机励磁系统中加装DDC是一种有效的低频振荡抑制新措施.     

全国联网条件下湖南电网低频振荡的研究

通过在全国联网条件下的湖南电网低频振荡的研究,掌握湖南电网内以及湖南电网与全国电网之间的阻尼特性和振荡模式,找出与振荡模式相关系数最为密切的发电机组,从而针对阻尼特性和振荡模式,尤其是增幅性的振荡模式以及弱阻尼振荡模式,提出电力系统稳定器的最佳配置地点.     

有功型PSS抑制低频振荡机理及反调特性

介绍了MEC5220型励磁调节器的原理及系统产生低频振荡的原因,分析了励磁调节器的阻尼特性。通过对有功型电力系统稳定器（PSS）的研究发现,PSS虽能抑制振荡,但有功型PSS使用的前提是机械功率变化相对电气功率变化近似不变,当调节发电机原动机出力时, PSS得到的信号远大于需要的信号,就会造成励磁电压和无功功率大幅变化,即反调。通过实例证实了有功型PSS反调特性,并提出了防止其危害的对策。     

采用广域测量信号的互联电网区间阻尼控制

在大型互联电力系统中，区间模式的低频振荡是限制传输能力的严重瓶颈之一，而经典阻尼控制(如PSS)因限于局部测量不能很好地解决这个问题。迅速发展的广域测量系统能在全网范围内精确测量和高速传递机组相对功角和角频率等量，使得采用广域测量信号构成全局性的区间阻尼控制系统成为可能，进而为提高互联电网的功角稳定性和传输容量提供了契机。文中在一个简单的2区4机电力系统中，研究了采用广域测量信号实现励磁控制器区间阻尼控制环节的设计原理、实现方法和仿真效果，说明了基于广域测量系统的区间阻尼控制能有效抑制区间低频振荡和提高互联系统的传输容量，而且可工程实现。同时就设计适用于复杂电力系统的广域阻尼控制系统提出了一些关键性理论和实际问题，以供进一步深入研究。     

FACTS装置对含风电互联系统低频振荡特性分析

随着电力系统互联加强,风电并网容量的增加对电网的稳定运行影响越来越大。构建了以UPFC(Unified Power Flow Controller, UPFC)和SVC(Static Var Compensator, SVC)为代表的FACTS装置与含风电系统的数学模型。采用留数指标定位FACTS装置,设计了附加阻尼控制器(Additional Damping Controller, ADC)。基于IEEE 2区域4机互联系统,从特征根分析和时域仿真两个方面分析了FACTS装置对含风电互联系统低频振荡特性的影响。研究结果表明,加装附加阻尼控制器的FACTS装置能够维持母线电压以及发电机转速的稳定,增加互联系统联络线功率传输范围,抑制低频振荡引起的电网参数波动,改善了含风电电力系统的低频振荡特性。     

基于增加联络线的互联电网低频振荡抑制方法

以西北电网的低频振荡问题为例,分析和比较了投入电力系统稳定器(PSS)和增加互联电网之间联络线这2种方法对互联电网区域低频振荡的抑制效果,指出由于弱互联电网联络线存在负阻尼效应,因此更好地抑制互联电网区域低频振荡的方法是加强互联电网之间联络线的结构.     

Fixed-order controller for reduced-order model for damping of power oscillation in wide area network

The interconnected power systems are complex and stabilizing control design still remains challenging task. The use of wide area monitoring system (WAMS) offers an integrated measurement-based and model-based control, which suits to the operation of large electric power system (EPS), along with online analysis. This paper presents a study on fixed-order controller design for equivalent network of coherent generator in order to stabilize inter-area electromechanical oscillations in the system. Firstly, the coherent generators in each area of large EPS are determined by mutual information theory, which represents the dynamic equivalence. Then network of each area with input–output variables of the selected generator that participates dominantly is reduced to lower size by square-root variant of balanced truncation algorithm. The dynamics and important oscillation modes are verified in equivalent representation of each area. Finally a local controller (decentralized) in each coherent area and a centralized controller between two coherent areas for selected generator are designed by reducing the H^∞ norm of its closed loop transfer function as much as possible. These controllers feed supplementary control signal in addition to one fed by local conventionally tuned PSS. The decentralized controller for selected generator is fed by local bus power or generator’s speed signal. On other hand, the centralized controller uses difference of power flow/speed of generators as input signal to dampen the oscillations between equivalent networks of two areas. The simulation results reveal effective damping of power/speed oscillations achieved by designed controller with respect to conventional PSS implemented. The robustness of controller is verified for heavy and light load operating conditions.     

大规模互联电网区域间低频振荡实用分析方法

结合PSASP小干扰频域分析与发电机功角曲线时域检测,提出一种大规模电力系统低频振荡实用分析方法。4台机算例研究了发电机模型、励磁系统与负荷模型对振荡模式的影响,验证了所提方法的正确性。运用此方法分析大区域互联全国系统,分两步方便快捷地求出了区域间、弱阻尼主导低频振荡模式。弥补了PSASP搜索部分特征值时存在的漏根缺陷,并且能准确评估系统真实阻尼水平。     

基于能量函数的电网低频振荡及扰动源定位研究

由于电力系统稳定器在实际电网中的广泛配置,常规的离线小干扰计算分析已经难以得到负阻尼或弱阻尼的低频振荡模式.然而,实际系统中仍然频繁出现低频振荡现象,根据对大量事故的分析,发现多重扰动的发生以及周期性扰动源的存在都可能引发低频振荡.构造了基于联络线的能量函数,并将能量分解为振荡分量和准稳态分量,从而对多重扰动引起的系统低频振荡进行分析,以提供可供调度人员参考的动态安全信息;并将传统的支路势能分解为周期分量和非周期分量,利用非周期分量在网络中传播耗散的方向来实现周期性强迫扰动源的快速、准确定位.实际电网仿真算例验证了所提方法的有效性和可行性.     

基于DFIG功率振荡阻尼器的电力系统低频振荡抑制综述

随着大规模风电并网,风电机组与同步机组间的动态交互加剧,前者对电网低频振荡(low-frequency oscillation,LFO)的负面影响和正面控制效果渐趋显著。文章对双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)并网系统LFO抑制问题展开调研。分析了DFIG并网对LFO的影响机理,从风电侧和电网侧比较了LFO抑制措施。重点讨论了DFIG附加功率振荡阻尼器(power oscillation damper,POD)的参数整定方法和控制策略设计。对基于传统方法、优化方法、鲁棒理论等参数整定方法,以及线性二次型调节器(linear quadratic regulator, LQR)、自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)、滑模变结构控制(sliding mode control,SMC)、模糊控制等控制策略进行比较分析。最后对DFIG并网电力系统低频振荡抑制问题,给出后续研究展望。     

Assessment of dynamic stability of large-scale power system by Rayleigh's quotient

A method of assessing dynamic stability of large-scale power system by Rayleigh's quotient is proposed. One-machine infinite-bus systems show damping torque characteristics similar to diagonal components of operational transfer matrices for original multimachine systems, which means that design of PSS with one-machine systems controls those components. An expression for damping constants of oscillation modes is derived based on an energy function and its time derivative for a simplified system representation. This expression demonstrates that oscillations do not necessarily become unstable even if there are some generators with negative damping; and the effect of damping torque is determined by eigenvectors. The expression is generalized with Rayleigh's quotient, and a method of estimating eigenvalues of large-scale power systems is proposed. With this method, approximate eigenvalues are refined to accurate eigenvalues. Only a specified number of eigenvalue analyses are required irrespective of the number of generators, hence much calculation is saved. Finally, this method is applied to a 107-machine system to verify its effectiveness.     

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。     

定能电厂电力系统稳定器的试验与分析

电力系统稳定器（power system stabilizer,PSS）是目前已经被证实的最经济、最有效的阻尼低频振荡的手段,也是国际大电网会议推荐的首选措施。近年来,随着电网规模的不断扩大,低频振荡的发生也越来越多,于是各国及各省纷纷在电网中大量投入PSS装置,以抑制低频振荡,加强系统阻尼,提高电网的动态稳定性。为此,分析了定能电厂1号、2号机组电力系统稳定器（PSS）的试验结果,所整定的PSS对于抑制低频振荡效果显著,并针对试验中出现的问题,给出了PSS的一种改进模型。     

RTDS在抑制低频振荡研究中的应用

介绍了国际上最先进的全实时数字仿真装置RTDS的发展状况,分析了电力系统产生低频振荡的根本原因。提出了电网安装PSS可以有效抑制低频振荡的有效措施,并利用RTDS仿真测试了PSS投入系统来抑制低频振荡的效果。案例表明,用RTDS验证PSS在电网抑制低频振荡的办法可靠、实用。     

电力系统稳定器相位补偿准确度探究

随着现代电力系统互联低频振荡问题愈发突出,电力系统稳定器广泛应用于抑制振荡。PSS的传统理论是负阻尼机理,以Philips-Heffron模型为基础,通过为系统提供增加阻尼转矩提高系统稳定性。理论上。相位滞后角度可通过计算从PSS输入点到暂态电势间传递函数的相位差来确定,实际常用机端电压代替暂态电势。这能否保证其在各种工况和振荡模式下相位补偿的准确度是值得讨论的。从机理上探究PSS作用,推导了机端电压和暂态电势间传递函数,并分别讨论了参考电压扰动、状态变量初始值和机械功率扰动对上述相位关系的影响,有助于解决现阶段PSS运行存在的问题。     

广西电网动态稳定问题研究

针对广西电网水电满发的迎峰度夏方式,以及枯大方式进行了广西电网动态稳定分析,并对多种检修方式进行了校核计算.全面分析正常方式和检修方式下广西电网存在的动态稳定问题.在广西电网完成PSS试验的机组PSS均投入运行的情况下,广西电网的动态稳定性良好.与广西电网范围内机组强相关的弱阻尼低频机电振荡模式的振荡频率一般都在1 Hz以上,高于南方电网常见的区间振荡频率.     

负荷特性对电力系统低频振荡阻尼的影响

首先介绍电力系统低频振荡的概念及分析方法，再从负荷模型对电力系统稳定性分析的重要性和准确性入手，引出了电力负荷的各种模型；在此基础上，介绍负荷特性对电力系统低频振荡阻尼影响的一些主要研究成果；最后提出目前研究存在的一些问题及今后的研究方向。     

用隐式重启动Arnoldi法计算电力系统小干扰稳定

利用收敛性能更为优越的稀疏特征值分析方法——隐式重启动Arnoldi法（IRA）编制SSAP V1．0软件,对南方大规模交直流并联运行的电网进行了小干扰稳定分析,找出了存在的弱阻尼模式。根据参与因子在强相关机组加装电力系统稳定器（PSS）,同时采用直流调制。结果表明,PSS和直流调制能够显著增强系统阻尼,从而有效地抑制了低频振荡。     

风电场并网对互联系统小干扰稳定及低频振荡特性的影响

为研究风电并网对互联系统低频振荡的影响,基于完整的双馈风电机组模型,定性分析了两区域互联系统在风电机组并网前后阻尼特性的变化情况.从双馈风电机组并网输送距离、并网容量、互联系统联络线传送功率、是否加装电力系统稳定器等多个方面,多角度分析了风电场并网对互联系统小干扰稳定及低频振荡特性的影响.之后,以两个包括两个区域的电力系统为例,进行了系统的计算分析和比较.结果表明,有双馈风电机组接入的互联电力系统,在不同运行模式下,双馈风电机组的并网输送距离、出力水平、联络线传送功率对低频振荡模式的影响在趋势和程度上均有显著差异,这样在对风电场进行入网规划、设计和运行时就需要综合考虑这些因素的影响.     

采用低阶动态补偿器的电力系统分散控制

提出一种用低阶动态补偿器抑制电力系统低频振荡的分散控制方法。安装在不同地点的多个低阶动态补偿器通过给定结构输出反馈统一设计,使系统的所有机电振荡模态具有整体最优的阻尼效果。用本地可测量和广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)提供的部分关键远方信息共同作为补偿器的输入,从而可使本地振荡模态和区间振荡模态都得到良好的抑制。同时考虑多种运行方式优化控制器参数,使控制器具有更好的适应性;采用区域极点配置保证控制器具有一定的鲁棒性。最后,将控制器的参数求解归结为一个非光滑优化问题,并用梯度采样法进行求解。2个示例系统的仿真结果表明,该文所设计的控制器对低频振荡有着明显的抑制作用,优于传统的电力系统稳定器(power system stabilizer,PSS)。