基于射影定理分层控制的次同步阻尼控制器设计

火电机组经高压直流输电有可能引起轴系振荡,严重影响电力系统的稳定性,故为高压直流输电系统设计次同步阻尼控制器尤为重要。从系统状态方程的角度出发,基于系统状态方程,通过滤波器提取轴系各固有扭振模态,进而提出基于TLS-ESPRIT和射影定理设计直流附加次同步阻尼控制器,最终实现各个模态的分层控制。射影控制可保留系统的主导特征根,能够在保留系统实际信息的同时降低控制器的阶数。以某电网直流系统作为实例仿真模型,仿真结果表明,基于TLS-ESPRIT和射影定理分层控制的阻尼控制器可有效增大系统阻尼,实现次同步振荡的快速抑制,且控制器阶数较低,便于工程实现。     

机端次同步阻尼控制系统

正机端次同步阻尼控制系统(generator terminal sub-synchronous damping controller,GTSDC)将基于链式电力电子变换器的装置加装在汽轮发电机组的定子侧,通过发电机组的转速偏差控制电力电子变换器向机组注入与轴系扭振各个模态频率互补的次/超同步电流,以产生阻尼轴系扭振的电磁转矩增量,从而抑制汽轮发电机组的次同步振荡。     

交直流送出系统次同步振荡及抑制措施的研究

直流输电(HVDC)或可控串补线路运行时,有可能激发附近的汽轮发电机组轴系次同步振荡(SSO),振荡具有复杂的波形。对首先发生的这种复杂次同步振荡的特性进行了研究,并分析了引起SSO的原因,最后提出了使用基于STATCOM的SSO阻尼装置方案。现场运行结果表明,这种SSO阻尼装置可有效抑制发电机组轴系的SSO,其性价比有明显的优势。     

柔性励磁系统抑制次同步振荡仿真分析

次同步振荡可能会对汽轮发电机的转轴产生严重的威胁,而传统晶闸管励磁系统使用附加励磁阻尼控制器对次同步振荡的抑制效果有限,需要为发电机配置如STATCOM的额外装置。相较于传统晶闸管励磁系统,柔性励磁系统具有双阻尼通道且相互耦合作用小,因此柔性励磁系统相较于传统晶闸管励磁系统对次同步振荡有更强的抑制能力。本文采用Matlab编程对发电机存在的轴系扭振模态进行了计算,并针对其中可能发生次同步振荡的模态设计了基于柔性励磁系统的无功控制器与传统励磁调节通道配合。本文在PSCAD/EMTDC平台上搭建了采用柔性励磁系统的IEEE次同步振荡第一标准模型,验证了柔性励磁系统对次同步振荡的抑制效果。     

应用于高压直流换流站近区机组的次同步振荡阻尼控制器研究

在交直流混联系统中,高压直流输电系统可能引发送端交流系统发生次同步振荡现象,造成换流站近区机组的轴系扭振,使得发电机组大轴及周围设备损坏,同时对升压变压器一次侧造成冲击。针对该问题,文中首先分析了高压直流换流站近区机组次同步振荡的产生机理,然后提出了一种基于附加次同步振荡阻尼控制器的抑制方法。最后在PSCAD电磁暂态仿真环境下计算表明,附加次同步振荡阻尼控制器能够快速响应次同步振荡扰动,抑制次同步振荡幅值,平抑次同步振荡引起的过电压和过电流,避免其对机组轴系和升压变压器一次侧的冲击。     

汽轮发电机次同步阻尼在线监测装置的研发

针对汽轮发电机次同步振荡监测尚不能对系统阻尼进行连续在线监测的问题,提出了一种便于计算机实现的次同步振荡扰动提取判别方法、基于扰动的次同步模态阻尼衰减率和模态阻尼的计算算法,通过模态衰减率的在线计算得到模态阻尼的实时计算值。应用结果表明,该装置可实时定量系统阻尼和评估次同步抑制装置的抑制效果,同时可为次同步仿真研究提供更为精细化的模型参数和基础数据。     

基于TCSC的混合串补抑制次同步振荡的研究

研究了一种基于可控串补(TCSC)的混合串补(HTCSC)抑制次同步振荡的新方法。与三相TCSC相比,该方法只在单相上接TCSC,减少了2/3的晶闸管数量,降低了成本及控制难度。采用同步电压反转(SVR)控制方法,并设计出主动阻尼控制器。时域仿真结果表明,采用基于SVR方法的主动阻尼控制器后,HTCSC能有效抑制由线路串补度不合理引起的次同步振荡问题,且短路故障后的电压不平衡度稳态值能满足国家标准的限值要求。     

附加励磁阻尼控制抑制次同步谐振研究

基于阻尼特性分析对抑制次同步振荡的附加励磁系统阻尼控制器（SEDC）进行了详细研究。首先基于IEEE次同步谐振第一标准测试系统及IEEEST1A型励磁系统设计相应的SEDC。采用测试信号法,通过计算发电机组的次同步电气阻尼特性,分析所设计的SEDC对发电机组次同步振荡的抑制效果。结果表明,SEDC在不采用带通滤波器的方式下,将转速偏差经适当移相及放大,通过对励磁电压的调节,可以提供足够的阻尼转矩抑制次同步谐振;采用带通滤波器可大大提高通带频率对应的电气阻尼,同时对多个模态采用带通滤波,可以同时提高各个扭振频率处的电气阻尼,有利于次同步谐振的抑制。     

SEDC在抑制鄂温克电厂次同步振荡中的应用

从鄂温克电厂次同步振荡风险评估入手,研究了SEDC在解决鄂温克电厂次同步振荡问题中的应用。通过现场试验对SEDC的比例移相系数进行整定优化;采用励磁注入激励法激发出轴系扭振来检验SEDC的抑制效果,结果表明SEDC可大幅提高机组的各阶模态阻尼;对于外部持续扰动,SEDC可发挥持续的抑制作用。SEDC可有效抑制鄂温克电厂的次同步振荡问题,保障机组的安全稳定运行。     

上都电厂SEDC提高次同步扭振阻尼的现场试验

在上都电厂4号机上进行了附加励磁阻尼控制(SEDC)提高次同步扭振阻尼的现场试验,介绍了试验的基本原理、运行环境、主要内容和试验数据分析。试验结果表明:采用励磁注入法可安全、可靠地激发轴系次同步扭振并精确测定其特征频率,SEDC能有效改善各扭振模态的阻尼且不会对励磁系统常规调节功能(自动电压调节器/电力系统稳定器)造成不利影响。作为中国第1次以现场试验方式实证SEDC提高次同步扭振模态阻尼的效果,为自主研发和应用SEDC抑制次同步振荡/谐振奠定了基础。     

风火打捆系统次同步模式相互作用特性

风电和与其打捆的火电机组的模式相互作用存在诱发次同步振荡的风险。研究了风火打捆系统的模式准强相互作用的规律：随着参数的改变,直驱风机(permanent magnetic synchronous generator, PMSG)锁相环(phase-locked loop, PLL)模式靠近火电轴系模式并发生模式准强相互作用,两个模式的运动方向发生改变,其中的弱阻尼模式穿越虚轴快速变为负阻尼模式,引发次同步振荡,模式相互远离后系统振荡消失。研究表明,火电厂汽轮发电机轴系模式和PLL模式都可能穿越虚轴导致次同步振荡,而系统主要振荡的部分由负阻尼的模式决定。增强发生耦合的模式的阻尼有利于抑制相互作用,增大并网风机数量与线路阻抗都会加剧系统次同步振荡风险和振荡程度。最后基于PSCAD/EMTDC搭建风火打捆系统模型验证了理论分析的正确性,并提出应对措施避免振荡的发生。     

统一潮流控制器(UPFC)对次同步振荡的影响及抑制策略

FACTS等快速控制装置在一定条件下可能激发电力系统的次同步振荡问题,导致发电机轴系失稳,造成重大事故,危害电力系统的安全稳定运行。UPFC作为一种新型FACTS元件,虽然能实现母线电压控制和线路有功、无功功率的调节,但对次同步振荡影响的研究较少。同时,目前的UPFC阻尼控制器多针对低频振荡模态。故在搭建UPFC模型的基础上,运用测试信号法,研究了系统运行参数和UPFC电压有功控制等对次同步振荡的影响,并设计了相应的UPFC附加阻尼控制器。在IEEE第二标准测试系统上的计算机仿真说明,该控制器能有效提高多个扭振模态的电气阻尼,抑制系统的次同步振荡。     

高压直流输电次同步振荡时域仿真分析与控制

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。高压直流输电由于其闭环控制的影响,也会使系统产生次同步振荡现象。因此研究高压直流次同步振荡及其抑制措施问题具有重要的意义。以CIGRE高压直流输电模型为基础,结合IEEE第一谐振模型,搭建高压直流输电系统,然后对其发电机电磁转矩、各轴段扭矩进行分析。最后通过相位补偿原理设计SSDC进行抑制次同步振荡。     

直驱风电机组次同步振荡阻尼控制方法及其适应性

由风电波动引发的次同步振荡具有振荡频率多变、涉及动态装置多、影响因素复杂等特点,现有的阻尼控制类装置难以实现有效抑制,需研究适用的附加阻尼控制方法。文中通过线性化方法推导了直驱风电机组并网系统的特征方程和传递函数,并获取了风电机组并网系统在不同工况下的频率响应特性。然后提出了基于奈奎斯特稳定判据的风电机组次同步振荡阻尼控制器的参数设计方法,以及基于粒子群优化算法的参数优化方法;结合特征值法及时域仿真法,分析了阻尼控制器对于次同步振荡的抑制作用。研究结果表明,依据前述方法设计的阻尼控制器在多种运行条件下均具有较好的适应性。     

基于混沌优化算法的高压直流次同步阻尼控制器的设计

高压直流输电系统在一定条件下可能引发系统的次同步振荡。基于混沌优化算法可用于控制器参数寻优,且可避免陷入局部最优的特点,提出利用此算法设计附加次同步阻尼控制器。通过此算法,以阻尼比为目标函数,寻找出系统在不同运行方式下的控制器最优参数,从而达到抑制次同步振荡的作用。以南方电网贵广II号直流输电工程作为实例模型,分别利用PSCAD/EMTDC仿真程序和矩阵束算法验证此阻尼控制器的有效性。     

基于等效仿真模型的VSC-HVDC 次同步振荡阻尼特性分析

电压源换相高压直流输电(VSC-HVDC)是基于电压源换流器(VSC)的新一代高压直流输电技术。该文首先分析VSC的工作原理，在此基础上建立以交流侧受控电压源和直流侧受控电流源描述的VSC等效仿真模型。通过与VSC-HVDC电路模型的时域和频域响应对比,验证利用VSC等效仿真模型分析VSC-HVDC次同步频率范围内动态特性的有效性。利用复转矩系数法的时域实现方法--测试信号法及VSC-HVDC等效仿真模型，可计算得到连续且光滑的发电机电气阻尼De特性曲线；基于De曲线，分析VSC-HVDC采用不同控制方式及比例积分(PI)控制器中比例系数和积分时间常数，对发电机电气阻尼特性的影响。最后对加入VSC-HVDC的IEEE第一标准测试系统的仿真表明，配置次同步阻尼控制器(SSDC)的VSC，通过对其有功功率或无功功率的动态调制，均可显著增加发电机的电气阻尼，有效抑制发电机次同步振荡。     

海上风电场经VSC-HVDC并网的次同步振荡与抑制

基于电压源换流器的柔性直流(VSC-HVDC)输电技术已经成为远距离海上风电场接入系统的理想解决方案,由于海上风电机组采用大型风力涡轮机,导致轴系各质块的弹性系数相比传统内陆风电机组有所增大,当海上风电场经VSC-HVDC并网时,将引发两种次同步振荡:风电机组轴系扭振、风电机组与VSC-HVDC换流器控制装置之间相互作用引发的次同步振荡。针对此问题,文中建立海上双馈风电场经VSC-HVDC并网的小信号模型,利用参与因子辨识出轴系扭振和装置间相互作用两种振荡模式以及与之相对应的强相关状态变量;在此基础上,通过特征值分析法绘制根轨迹曲线,进一步分析强相关状态变量参数变化对系统电气阻尼特性的影响;基于信号测试法提出了一种附加阻尼控制的双馈风电机组附加励磁阻尼控制器与柔性直流输电系统次同步阻尼控制器协同抑制措施,并通过DIgSILENT/PowerFactory仿真验证了协同抑制方法的有效性。     

高压直流输电次同步振荡时域仿真分析与控制

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。高压直流输电由于其闭环控制的影响,也会使系统产生次同步振荡现象。因此研究高压直流次同步振荡及其抑制措施问题具有重要的意义。以CIGRE高压直流输电模型为基础,结合IEEE第一谐振模型,搭建高压直流输电系统,然后对其发电机电磁转矩、各轴段扭矩进行分析。最后通过相位补偿原理设计SSDC进行抑制次同步振荡。     

风火打捆外送系统次同步振荡的改进自抗扰直流附加阻尼控制

针对送端电网大规模风电接入可能加剧火电机组次同步振荡的问题,提出一种基于改进遗传算法的自抗扰附加阻尼控制方法。利用基于总体最小二乘法-旋转不变技术的信号参数估计(TLS-ESPRIT)算法对系统进行次同步振荡特性辨识,根据主模比指标选择合适的控制反馈信号,得到系统在次同步频段内各振荡模式对应的低阶传递函数;结合时间乘绝对误差积分准则(ITAE)指标与极大极小值原理确定被控系统控制目标,并利用改进遗传算法寻优确定多通道自抗扰控制器参数。在PSCAD上搭建含大规模风电的测试系统模型,仿真结果表明基于改进自抗扰控制的附加次同步阻尼控制器在送端电网多种运行方式和不同故障情况下都能有效抑制汽轮发电机组的次同步振荡,鲁棒性较强,同时低阶自抗扰控制器也具有令人满意的控制效果。