基于稳定域的阻尼控制器设计及其抑制多频段振荡

首先提出了一种多频段稳定域的方法用于优化设计机侧/网侧多通道附加阻尼控制器。在此基础上,以TC-SC导通角组成的多频段稳定域最大为优化目标建立协调优化模型,并采用遗传算法对其进行求解,得到能最大程度提高系统阻尼的控制器参数。特征值计算和时域仿真表明,经过协调优化的阻尼控制器能有效地抑制包括低频振荡与次同步振荡在内的多频段振荡。     

基于蚁群算法的次同步附加励磁阻尼控制器设计

结合特征值分析和蚁群算法寻优对附加励磁阻尼控制器（Supplementary Excitation Dampin Controller,SEDC）的设计进行了详细探讨。在对SEDC结构和原理进行分析的基础上,建立了含SEDC的IEEE次同步谐振第二标准测试系统小干扰模型。对该模型做特征值分析,并以预设的多种运行状态下模态阻尼最大化为目标函数,运用蚁群算法对控制器参数进行计算和优化。特征值分析和EMTDC仿真结果证明了采用该方法所设计的SEDC具有较强的鲁棒性,能够有效抑制次同步谐振。     

机侧与网侧多通道附加阻尼控制器参数协调综合抑制低频振荡和次同步振荡

由于低频振荡与次同步振荡存在阻尼耦合,针对一种特定振荡模式设计控制器,会对其他频段的振荡模式造成不利的影响。综合考虑低频振荡与次同步振荡这2种模式,基于模式分离方法设计机侧与网侧附加阻尼控制器,将阻尼耦合问题转化为控制器之间的参数协调优化问题。使各控制器之间以及对应同一振荡模式的各通道之间的参数协调配合,以综合抑制低频振荡与次同步振荡,最大限度地降低模式之间的阻尼耦合;在协调优化过程中,对次同步振荡模式的阻尼比阈值进行动态设定,即次同步振荡模式的频率越大,其所需阻尼比的阈值越小。特征值分析与时域仿真结果均表明,所提协调控制策略能显著地改善系统各频段的阻尼特性;相比于传统的阻尼控制策略,所提协调控制策略具有更好的阻尼效果。     

基于PSO的SVC附加阻尼控制器参数优化设计

提出了1种静止无功补偿器SVC附加阻尼控制器的PSO优化设计方法,建立了含SVC多机系统的类似单机无穷大Phillips-Heffron模型,并结合粒子群算法PSO,对SVC附加阻尼控制器的相关参数进行了优化设计。该方法以最优控制原理为基础,综合考虑了SVC附加阻尼控制器与励磁系统的性能,将控制器的参数设计转化为带有不等式约束的优化问题。此外,通过Matlab/Simulink搭建了2机测试系统,进行了仿真验证。仿真结果表明,当系统遭遇不同的故障和扰动时,所设计的SVC附加阻尼控制器均能很好地抑制系统低频振荡,提高系统的暂态稳定性。     

基于蚁群算法的次同步附加励磁阻尼控制器设计

结合特征值分析和蚁群算法寻优对附加励磁阻尼控制器(Supplementary Excitation Dampin Controller,SEDC)的设计进行了详细探讨.在对SEDC结构和原理进行分析的基础上,建立了含SEDC的IEEE次同步谐振第二标准测试系统小干扰模型.对该模型做特征值分析,并以预设的多种运行状态下模态阻尼最大化为目标函数,运用蚁群算法对控制器参数进行计算和优化.特征值分析和EMTDC仿真结果证明了采用该方法所设计的SEDC具有较强的鲁棒性,能够有效抑制次同步谐振.     

含串补的交直流输电系统次同步谐振抑制

以含串补的交直流混合输电系统为研究对象,通过在交流系统中采取有效措施削弱次同步谐振。首先用可控串联电容补偿器(thyristor-controlled series capacitor,TCSC)代替部分固定串补;然后进行TCSC主电路参数选择和基于相位补偿法的TCSC附加次同步阻尼控制器设计;最后用PSCAD/EMTDC软件进行仿真验证。结果表明,该策略可以提高系统阻尼,有效抑制系统的次同步谐振,改善系统的稳定性。     

PSS和SVC联合抑制次同步振荡

针对静止无功补偿器(SVC)的附加次同步阻尼控制器(SSDC)无法抑制所有扭振模式的振荡,在励磁系统阻尼控制器(SEDC)基础上设计双输入多通道结构的改进电力系统稳定器(PSS).由于PSS无法解决大扰动下的次同步振荡问题,提出利用PSS和SVC联合抑制次同步振荡的方案:SVC抑制主谐振点的振荡,其他扭振模式用改进PSS来解决.复转矩系数法、时域仿真法和Prony分析结果均表明两者联合抑制次同步振荡能够弥补双方的缺陷,在较宽频带内提高系统阻尼,对次同步振荡取得理想的抑制效果.     

基于混沌变异粒子群算法的PSS与SVC阻尼控制器协调优化设计

同步发电机的电力系统稳定器(PSS)与静止无功补偿器(SVC)中附加阻尼控制器相结合可以有效抑制系统低频振荡,从而提高电网的动态稳定性。为使阻尼控制器参数相互匹配,本文提出一种基于混沌变异粒子群优化(CMPSO)算法的PSS与SVC阻尼控制器的参数协调计算方法。该方法以传统粒子群优化(PSO)算法为基础,为避免种群陷入局部最优,算法迭代后期对粒子进行混沌变异操作,从而提高算法的全局搜索能力。综合考虑系统的超调量和响应速率,以阻尼比最大和特征根实部最小为目标函数,将多机电力系统中阻尼控制器参数设计问题转换为带有不等式约束的目标优化问题。在四机两区域系统上的仿真算例表明,CMPSO算法与传统PSO相比具有更好的全局寻优能力。PSS与SVC阻尼控制器的协调优化设计能够在不同的干扰下有效抑制低频振荡,增强电力系统的暂态稳定性,减少故障后的电压波动。     

光伏、火电打捆经串补送出系统的次同步振荡研究

光伏、火电捆绑经过含串补的交流系统送出是一种合理可行的并网方案。本文基于加入了并网光伏的IEEE次同步振荡第一标准模型,利用复转矩系数法和时域仿真法分析了并网光伏对系统次同步振荡特性的影响。根据相位补偿原理,考虑发电机转速偏差信号的传输延迟,分别设计了基于多通道结构的有功和无功型附加阻尼控制器以及混合型附加阻尼控制器;论证了配置附加阻尼控制器并未对并网光伏的稳定出力产生影响。这种在光伏逆变器上配置附加阻尼控制器的思路可以作为抑制火电机组次同步振荡的备用方案。分析了并网光伏容量、附加阻尼控制器类型对次同步振荡抑制效果的影响,频域和时域仿真结果表明并网光伏容量越大,对次同步振荡的抑制效果越好;相比单一的附加阻尼控制器,混合型附加阻尼控制器对次同步振荡的抑制效果更好。     

基于概率法的并网双馈风电场次同步相互作用及其抑制措施

双馈风电场经串补线路接入电力系统,小扰动情况下会出现次同步控制相互作用形式的次同步振荡现象。针对这一问题,由于系统运行方式的变化会对次同步控制相互作用产生影响,考虑了电力系统中风电场出力、同步发电机出力以及负荷的随机不确定性,首次采用概率法研究多运行方式下含风电场系统次同步振荡的统计属性,利用参与因子分析参与次同步控制相互作用的模式。提出基于附加阻尼控制的SVC抑制措施,研究其为相应次同步模式提供阻尼转矩以改善系统的阻尼特性。并以含双馈风电场系统为例进行时域仿真和概率次同步稳定研究,结果表明安装附加阻尼控制器的SVC能为系统振荡模式提供阻尼,阻尼常数的概率密度曲线向左半平面移动,且概率阻尼比明显增大,动态稳定性得到改善,时域仿真也验证了该次同步抑制措施的有效性。     

风火捆绑经HVDC送电引起轴系扭振研究

风机轴系考虑为多质块模型时,风电场经高压直流输送电力有可能引起次同步轴系扭振。当风电与附近火电机组捆绑送电时,有助于提高风电系统稳定性。但当系统发生扰动时,风电机组和火电机组均将产生严重的轴系扭振现象。本文首先分析风机轴系扭振产生机理,然后基于整体最小二乘-旋转不变技术估计信号参数(TLS-ESPRIT)辨识出在风机轴系和汽轮机轴系固有扭振模态下的系统传递函数,进而基于射影定理针对每个扭振模态设计阻尼控制器以实现分层控制,最后将阻尼控制器输出信号叠加到直流输电整流侧定电流主控制器上,实现轴系扭振的抑制。建立风电场与火电机组捆绑送电模型并进行仿真,仿真结果表明,设计的分层控制器可有效提高轴系固有扭振模态的阻尼比,可使轴系模块间的扭振迅速衰减,有效提高了电力系统稳定性,控制器阶数较低,便于实际工程实现,且具有较高的鲁棒性。     

含常规直流和柔性直流的交直流混合系统次同步振荡抑制研究

针对背靠背直流异步联网工程中存在的次同步振荡(SSO)现象,对基于常规直流(LCC_HVDC)的次同步阻尼控制器(LCC_SSDC)和基于柔性直流(VSC_HVDC)的次同步阻尼控制器(VSC_SSDC)的协同抑制问题进行了研究。首先针对待研究输电系统,从电磁转矩矢量合成方面分析了SSDC抑制次同步振荡的机理。然后分别设计了LCC_SSDC和VSC_SSDC的结构并整定了其参数。最后在PSCAD/EMTDC上搭建电磁暂态仿真模型,仿真结果验证了结论的正确性和所设计SSDC的有效性。     

统一潮流控制器附加阻尼抑制次同步谐振的理论与仿真

随着串联电容补偿输电的推广应用,中国电力系统面临着严峻的次同步谐振(SSR)问题。针对SSR问题,文中基于采用电流控制模式的统一潮流控制器(UPFC),提出了一种UPFC附加阻尼控制抑制SSR的方法;首先选择了附加阻尼控制信号接入UPFC控制器的位置,然后设计了UPFC附加次同步阻尼控制器(SSDC),并推导了其抑制系统SSR的机理,且所设计的SSDC采用了模态分离控制以达到抑制多模态SSR的目的。最后,综合利用复转矩系数和时域仿真的方法,对所设计的UPFC装置SSDC抑制SSR的有效性进行了分析和仿真。结果表明,所设计的SSDC在有效抑制SSR的同时,不会影响系统和UPFC装置的正常运行。     

基于SVG的光伏并网SSO附加阻尼抑制策略

针对大规模光伏(photovoltaic, PV)并入弱交流电网的次同步振荡(sub-synchronous oscillation, SSO)问题,提出一种基于静止无功发生器(static var generator, SVG)附加阻尼控制策略抑制的方法。该方法提取PV并网点电压作为输入信号,通过附加次同步阻尼控制器(supplementary sub-synchronous damping controller, SSDC)生成与并网点次同步电压同相位的次同步电流信号,使SVG在次同步频率下等效为并联接入系统的正电阻,消耗SSO能量实现抑制。此外,详细分析了SSDC的结构和参数设计方法。最后,以西北某PV电站为实例,通过电磁暂态仿真验证了上述抑制控制策略在多种工况下的有效性,该控制策略可提高光伏系统的稳定裕量。     

多通道高压直流广域改进射影控制器设计

为了对交直流互联系统含有的低频振荡和次同步振荡同时进行抑制,给出了一种改进的射影控制方法。通过总体最小二乘-旋转不变算法辨识出交直流输电系统送端孤岛运行方式下的振荡模态和降阶后的模型,运用带通滤波器将不同振荡频率的模态分解为多个通道,根据射影控制理论并做出改进,设计出多通道直流附加阻尼控制器。该控制器能够降低各种振荡模式间的相互影响,兼顾了控制器的阶数和鲁棒性。考虑到广域信号采集和传输过程中存在时滞问题,根据辨识结果并设计出了系统的相位补偿器。利用该方法对PSCAD/EMTDC中的某直流孤岛运行下的模型进行建模仿真,并与无附加阻尼控制下的系统进行比较分析。结果表明多通道射影控制器可以同时抑制低频振荡和次同步振荡,具有较好的鲁棒性;同时设计出的相位补偿器可以有效地解决系统的时滞问题。     

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。     

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。     

Torsional oscillations of series capacitor compensated AC/DCsystems

Torsional oscillations in an AC/DC power system that result from series-capacitor compensation and HVDC converter controllers are investigated. A feasible approach for damping the torsional modes by coordinating the controllers of a static VAr compensator (SVC) unit with the supplemental subsynchronous damping control (SSDC) of the HVDC rectifier is presented. An eigenvalue method is used for the studies, and the analytical results are verified by detailed digital computer simulation, using the BPA's Electromagnetic Transients Program (EMTP). The studies show that in a series-capacitor-compensated AC/DC system, the SSDC can be used to damp the subsynchronous resonance (SSR) modes only over a limited range of operating conditions. The coordinated SVC-SSDC approach provides adequate damping for all the SSR modes under all operating conditions, particularly at high series-compensation levels     

Time delay approach for PSS and SSSC based coordinated controller design using hybrid PSO–GSA algorithm

In this work we present a novel approach in order to improve the power system stability, by designing a coordinated structure composed of a power system stabilizer and static synchronous series compensator (SSSC)-based damping controller. In the design approach various time delays and signal transmission delays owing to sensors are included. This is a coordinated design problem which is treated as an optimization problem. A new hybrid particle swarm optimization and gravitational search algorithm (hPSO–GSA) algorithm is used in order to find the controller parameters. The performance of single-machine infinite-bus power system as well as the multi-machine power systems are evaluated by applying the proposed hPSO–GSA based controllers (PSS and damping controller). Various results are shown here with different loading condition and system configuration over a wide range which will prove the robustness and effectiveness of the above design approach. From the results it can be observed that, the proposed hPSO–GSA based controller provides superior damping to the power system oscillation on a wide range of disturbances. Again from the simulation based results it can be concluded that, for a multi-machine power system, the modal oscillation which is very dangerous can be easily damped out with the above proposed approach.