基于变结构控制理论的高压直流附加频率控制器设计

针对因故障扰动或负荷投切引起电力系统频率振荡的问题,提出一种基于变结构控制理论的高压直流附加频率控制器设计方法。利用TLS-ESPRIT算法辨识出系统的低阶线性化模型;基于二次最优型的变结构控制原理设计高压直流附加频率控制器,通过直流功率的快速调节来抑制交流系统中因功率不平衡引发的频率振荡;利用极大极小值原理和改进粒子群优化算法对控制器参数进行优化。在PSCAD/EMTDC中搭建某实际电网模型进行仿真验证,并与传统PI控制器进行对比分析。仿真结果表明所提控制器对不同故障引发的系统频率振荡都具有更好的抑制效果,能明显提升系统频率稳定性,且具有较强的鲁棒性。     

改变直流电流控制器特性抑制次同步振荡的机理及实现

当高压直流(HVDC)整流站主要输送配套火电基地电力时,利用高压直流附加控制抑制次同步振荡(SSO)是一种经济有效的措施。基于单机和高压直流的简化模型,分析了整流站直流电流控制器(CCA)电流偏差增益对发电机次同步电气阻尼的影响,提出动态改变控制器增益抑制次同步振荡的控制策略及其工程实现方法。该方法通过优化直流电流控制器动态响应特性,改善了直流控制器在次同步频率范围内的阻尼。算例证明该算法可以快速抑制发电机次同步振荡,同时对直流系统原有的动态性能和暂态响应没有影响。与目前工程中应用的附加阻尼控制器相比,该方法实现简便,抑制效果好。     

基于TLS-ESPRIT辨识的多直流控制敏感点研究

多直流输电系统的出现及发展,使得通过直流附加控制抑制低频振荡的方法更加复杂也更加灵活,附加直流控制地点选择与振荡抑制效果息息相关,可定义低频振荡控制敏感点为附加控制器对系统不同振荡模态的最佳安装位置。提出了通过TLS-ESPRIT方法辨识各直流扰动情况下发电机加权功角曲线,得到振荡模态对应于各条直流的多直流控制因子,通过多直流控制因子确定振荡模态的控制敏感点,附加控制器的参数通过综合性能指标进行整定,在控制敏感点附加直流调制将获得最优的控制效果。以川渝电网振荡模态为算例对四川电网多直流输电系统进行了仿真验证,结果表明了控制敏感点的准确性。     

电力系统强迫功率振荡的等效电路定位分析法

强迫功率振荡事故发生时,最有效的应对办法是找到扰动源。文中以单机无穷大系统中原动机注入不平衡功率引发强迫振荡为例,根据振荡达到稳态时线性化系统变量关系以及能量转化的特性,把强迫振荡的功率偏差和频率偏差用相量表示,再将稳态的振荡过程转化为一个电路进行分析,并将此电路分析方法推广到多机系统。在此基础之上,给出了4种判断扰动传播方向的方法,并据此找出扰动源所在的位置。通过10机39节点系统仿真验证了该方法的有效性。     

电力系统强迫功率振荡的基础理论

以单机无穷大系统模型为基础,阐述了电力系统强迫功率振荡的基础理论,分析了影响电力系统强迫功率振荡的主要因素,并对单机无穷大系统的强迫功率振荡进行了仿真验证。电力系统强迫功率振荡理论指出,持续的周期性小扰动会引起电力系统强迫振荡,当扰动频率接近系统固有振荡频率时,会引起系统谐振,导致大幅度的功率振荡。谐振引起的强迫振荡的幅值与扰动的幅值、系统固有的振荡阻尼大小有关:扰动的幅值越大,谐振幅值越大;系统固有的振荡阻尼越强,谐振幅值越小。谐振引起的强迫振荡的表现形式类似于属于自由振荡的电力系统负阻尼低频振荡,但两种振荡的起因不同。     

风电功率波动引发的强迫振荡扰动源定位方法

电力系统中的强迫功率振荡有可能引发大范围的功率波动。风电等新能源接入电网时,其输出功率的波动具有随机性,当该功率波动导致系统中发生强迫振荡时,振荡同样会呈现随机特征,难以对扰动源进行定位。文中提出一种对风电引发的强迫振荡扰动源定位的方法,该方法利用振荡的双谱获取中心频率,并通过小波变换得到振荡中心频率处的初始相位,据此可通过能量函数对扰动源进行定位。实际算例验证了所提方法的可行性及有效性。     

一种基于功率谱密度的发电机机械功率扰动源定位方法

强迫振荡通常是由发电机的机械功率受到周期性扰动引起的低频振荡。解决强迫振荡问题的关键是准确定位扰动源的位置并消除扰动源。提出了一种基于功率谱密度的发电机机械功率扰动源定位方法。该方法推导了扰动源到发电机有功功率的传递函数和发电机有功功率的功率谱密度的解析关系。利用上述解析关系可以对每一台发电机进行逐一判断,定位扰动源的位置。10机39节点算例证明了扰动源定位方法的有效性与可行性。     

基于参数辨识的强迫功率振荡扰动源定位方法

基于对广域测量系统量测数据参数的辨识,提出一种实现电网强迫功率振荡扰动源位置判断的方法。根据强迫振荡的能量函数,推导出基于参数辨识的扰动源定位方法,并根据理论分析指出该方法能够适用于振荡的稳态和瞬态阶段。通过对实际振荡案例分析,验证了所述方法的正确性和可行性。理论和实际分析结果表明,该方法能够快速判断强迫功率振荡扰动源的位置,易于实现在线计算。     

引入故障恢复信号的VSC-HVDC附加阻尼控制研究

基于电压源型换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)具有快速、灵活的有功功率和无功功率控制能力。VSCHVDC附加阻尼控制能有效地抑制交流系统的低频振荡。讨论了附加阻尼控制器的限幅环节对控制效果的影响,然后提出了引入故障恢复信号的附加阻尼控制。故障恢复信号为指数规律衰减信号,将其与附加阻尼控制器输出信号叠加,作为直流功率调制的参考信号,以减小直流功率调制前期的直流功率幅值。并在直流电压波动的允许范围内,使直流功率调制过程趋于理想的自由衰减振荡,比无故障恢复信号的附加阻尼控制衰减更快,从而显著减小限幅环节的影响。还给出了直流电压波动随直流功率波动变化的关系曲线。仿真结果验证了所提附加阻尼控制方法的有效性。     

交直流配电网小信号模型和直流侧低频振荡分析

交直流配电网发展迅猛、应用广泛,其稳定性是行业关注的焦点。文中针对某交直流配电网工程调试阶段出现的直流侧低频振荡现象,开展稳定性分析。文中首先在小信号建模基础上,采用特征值分析方法,分析电网强度、功率水平、控制参数3种因素对低频振荡的影响。随后,文中提出改变控制器参数和增加附加控制器的振荡抑制措施。理论和仿真分析表明:弱电网会影响电压源型变换器(VSC)的稳定性;375 V直流侧功率增大至超过额定功率时会发生低频振荡;Buck变换器电流内环比例积分(PI)控制器积分系数不影响系统的稳定性,但影响振荡发生后的振荡频率,电压外环PI控制器比例系数过小或积分系数过大会造成系统不稳定;改变Buck变换器电压外环PI控制器参数和增加附加控制器可有效抑制低频振荡。文中针对实际交直流配电网振荡影响因素的理论及仿真分析,对其他交直流配电网工程调试及运行分析具有借鉴意义。     

基于多级线性最优方法的多频段直流附加阻尼控制器设计

通过总体最小二乘-旋转不变技术辨识出系统振荡模式和降阶模型,对应系统的不同振荡模式,利用巴特沃斯带通滤波器将控制器分解为多个频段,基于多级线性最优方法控制和阿克曼公式,设计出带状态观测器的多频段高压直流附加阻尼控制器,为不同频段的振荡模式提供阻尼,实现同时抑制低频振荡和次同步振荡的功能。同时,在PSCAD实际系统中进行了仿真实验,并对比线性二次型最优控制和比例积分控制,证明了本文所设计控制器的有效性和鲁棒性,对于工程实践具有一定意义。     

交直流互联系统非线性自适应控制规律设计

针对舍有多台发电机的交直流互联系统,为了提高交直流输电系统的稳定性,应用非线性自适应控制设计方法,通过递推法得到了应用于交直流互联系统直流功率调制的非线性自适应控制策略,该控制规律包含了对系统中未知参数的动态估计,用以阻尼交直流互联系统的区域间功率振荡。最后,获得了交直流互联系统的非线性自适应直流附加控制器的一般表达式。4机系统的仿真结果表明,与传统的线性直流功率调制相比较,所设计的控制器对联络线的功率振荡具有良好的阻尼功能;特别是当系统中出现大的扰动时,更能体现该控制器的良好性能。     

基于静止同步补偿器与直流调制协调控制的低频振荡抑制方法

为实现交直流互联系统低频振荡的有效抑制,提出一种基于滑模变结构控制理论的直流调制与静止同步补偿器(STATCOM)统一阻尼协调控制策略。首先建立包含高压直流(HVDC)与STATCOM的交直流系统惯性中心模型,整体考虑互联系统阻尼,并引入滑模控制理论设计统一阻尼控制策略;其次将直流调制和STATCOM附加控制对STATCOM电压控制回路的相对增益、惯性转速差作为目标函数,协调优化分配HVDC与STATCOM参与阻尼控制的权重,实现在抑制系统阻尼效果最佳的同时使系统电压保持稳定。最后,利用PSCAD建立四机两区域仿真模型,证明了该控制策略的正确性及有效性。     

基于同步相量测量单元的直流附加控制器研究

利用直流系统的快速响应特性，可以在不增加附加设备的条件下有效地抑制交直流系统的低频振荡。基于全球定位系统(GPS)的同步相量测量单元(Phasor Measurement Unit，PMU)能够测量母线电压相量，尤其是电压的相角。该文利用PMU可改进控制提出了一种基于PMU的直流附加控制器，该控制器以不同区域电压相角差作为输入信号，能有效地反映区域间的低频振荡信息，同时研究了通信延迟对系统阻尼的影响，并考察了控制器的鲁棒性。以一个四机两区域系统作为测试系统，利用仿真软件PSS／E对系统进行小信号稳定和时域仿真分析，分析结果表明该直流附加控制器在系统较大的运行范围内提高了系统阻尼和系统区域联络线的传输能力，有效地抑制系统低频振荡，并且具有较好的鲁棒性，在故障情况下也能较好地发挥作用。     

高压直流系统附加次同步阻尼控制器的综合设计

交直流混联电力系统中由于高压直流系统(HVDC)的快速可控性,可能导致系统产生次同步振荡,附加次同步阻尼控制器(SSDC)是解决这一问题的有效方法。以含HVDC电力系统的小干扰数学模型为基础,结合经典自动控制理论,提出了一种基于最佳相位补偿和模态分离的SSDC设计方法。结合贵广II回直流输电系统,从特征值和电气阻尼曲线两方面验证了SSDC抑制次同步振荡(SSO)的效果,同时还分析了控制器参数对电气阻尼改善效果的影响。     

由风力发电引起的电力系统强迫功率振荡

强迫功率振荡理论可以解释电力系统非负阻尼功率振荡,建立了风力发电机组模型,仿真分析了计及风电场接入电网时风速扰动引起系统传输功率的振荡的情况,结果表明,风速扰动的频率接近或等于系统功率振荡的固有频率时,会引起大幅度的功率振荡.且随着风速扰动幅值的增大,系统功率振荡的幅值也增大.     

改善交直流混合系统阻尼特性的HVDC模糊控制

设计了一个用于改善交直流混合系统阻尼特性的HVDC模糊控制器，该模糊控制器既能根据运行条件修改增益，提高其控制性能；同时该模糊控制器的附加控制量ΔU提高交流系统的稳定性，增强系统的阻尼，抑制系统的振荡。分别用传统控制与模糊控制方法对三机交直流系统的模型用NETOMAC软件进行了仿真，结果显示：在系统受到大干扰时，模糊控制器较传统的P-I控制器能更好地抑制交直流混合系统中交流系统的振荡、增强系统的阻尼，提高交流系统的稳定性。     

Suppression of DC line current oscillation of HVDC transmission system using voltage source forced commutation converter

The conventional converter used in an HVDC system requires line voltage to turn off the current flowing through a thyristor or a mercury-arc valve. Hence, the HVDC system cannot supply electric power to the system which has no ac source, such as a generator or a synchronous condenser. Thus, the HVDC system has some difficulties in operating with the weak system. The conventional solution to avoid these problems is to install large-capacity synchronous condensers which require considerable construction costs and maintenance. Another solution is the application of a forced commutation converter. The recent development of high-power and high-frequency semiconductor devices with fast gate turn-off ability (e.g., GTOs and SI thyristors) suggests the application of a voltage-source-type forced commutation converter (VSFC) to an HVDC system. To ensure the promising characteristics of the overall system, further investigation is of course necessary. The performance of dc transmission into a remote load-only system without ac source has been investigated by means of computer simulation. In many runs of a simulation program of the HVDC system using VSFC, we noticed that long sustaining oscillation of dc line current and dc voltage occurs when a large disturbance is applied. The performance is worse when series dc reactance (DCL) is installed to suppress higher harmonics of dc line current. To improve the performance of the HVDC system using VSFC, an attempt was made to install the L-R parallel damper circuit in series of dc transmission line. Simulation results when DCL and L-R damper are installed in series show that suppression of higher harmonics is as effective as the installation of DCL only, and the damping of oscillation also is substantial to improve the dynamic performance of the whole system.