水锤效应时间常数影响研究及其参数实测

高水电开机比例和大功率送电方式下的云南电网仅通过直流与主网异步互联,外部阻尼的降低和水轮机组水锤效应在低频段提供的负阻尼作用,易产生系统的超低频振荡问题。水轮机的"水锤效应时间常数"直接影响了机组的调速器参数整定,以及机组的整体调频性能。本文系统研究了"水锤效应时间常数"对机组动态调频性能的影响,并以溪洛渡右岸电厂为例详细介绍了"水锤效应时间常数"现场实测的主要方法。     

直流孤岛运行协调优化控制研究

基于时域仿真手段全面研究了直流孤岛系统的运行特性,尤其是频率稳定特性。首先研究了直流孤岛系统的无功电压和功角稳定特性;其次在分析频率稳定特性时,考虑两类典型故障对孤岛频率稳定的影响提出了提高频率稳定性的控制措施,研究了水轮机水锤效应系数、调速器增益系数、负荷频率因子和直流频率控制器增益等关键参数与孤岛频率稳定性间的关系,并基于时域灵敏度分析方法给出了参数优化方向;最后提出了协调优化直流频率控制器与配套电源调速器的方案,包括两者死区定值的配合和参数的优化。锦苏特高压直流的实测调试数据验证了方案的有效性。     

云广特高压直流送端孤岛运行超低频振荡与措施

大容量特高压直流输电系统与配套大型水电站构成的直流送端孤岛运行系统存在着较严重的调速器控制稳定问题。云广特高压直流送端孤岛系统也存在水电机组调速器与直流控制不协调而出现的超低频振荡现象。分析了电网超低频振荡过程中所有机组的同调特征,提出了电网超低频振荡分析模型。基于频域分析法指出了水轮机调节系统在超低频范围内存在负阻尼频带,水轮机调节系统的时间常数越大、调速器前向通道增益越大,负阻尼越显著。提出了通过退出部分机组一次调频功能或协调机组一次调频与直流频率限制控制器(FLC)动作死区设置,以直流FLC调频为主的直流孤岛频率控制策略能有效抑制孤岛系统的超低频振荡。基于实时数字仿真器(RTDS)的机网协调控制实时仿真结果验证了该策略的有效性。     

电力系统频率模式特征辨识及仿真分析

基于云南电网工程实践,建立含直流外送的4机2区系统模型,通过特征值计算和时域仿真校验,分析了调速器模型、直流模型和运行方式对频率模式的影响,以及模态分析法应用在频率模式分析中的关键问题。进一步,对比分析了频率模式和功角模式的频域、时域特征,频率模式由调速器和原动机主导,表现为频率的同调变化;功角模式由PSS和励磁系统主导,表现为功角的相对摇摆;若系统同时存在负阻尼的频率模式与功角模式,时域上会表现为频率和功角拍频振荡现象。最后,应用模态分析法辨识了大电网中的不同振荡模式,指导了相关机组的参数调整,为揭示大电网振荡机理和制定抑制措施提供了技术支持。     

基于PSASP的特高压直流与湖南受端交流 系统相互影响研究

基于湖南电网规划数据,采用电力系统分析综合程序,从直流闭锁时湖南电网频率、潮流、功角和电压的变化、以及直流受端发生交流系统接地故障时部分参数变化等方面,探讨了酒泉—湘潭±800 kV直流线路和湖南受端交流系统间可能存在的相互影响。结果表明:若发生直流闭锁,湖南电网未超出正常运行条件下频率偏差限值,湘鄂联络线的岗市—葛换线路出现过载问题,省内发电机未出现功角失稳,湖南换流站的交流母线出现过电压;直流线路受端的交流系统若发生接地故障,由此引起连续换相失败并带来直流闭锁的可能性不大。     

应对直流连续换相失败的紧急控制策略

直流输电系统连续换相失败故障可能导致送端电网暂态失稳。连续换相失败造成系统失稳的主要原因是直流输送功率连续性骤降导致发电机累积加速面积大于减速面积。提出了通过安全稳定控制装置紧急控制的应对方案。采用换相失败时间的累加量作为失稳判据和切机方案的匹配依据。如不再发生后续的换相失败,则仅仅采用切机措施保证系统的安全稳定,对于不能恢复的连续换相失败,则需要闭锁相关直流后切机。通过互联交直流电网算例仿真验证了该方案的有效性。     

电力系统超低频率振荡模式排查及分析

近年来,在水电机组比例较高的孤网和直流孤岛送出系统中陆续出现振荡频率低于0.1 Hz的超低频率振荡现象。为查找振荡原因,文章建立了一个典型的孤岛送出系统,并用特征根分析和时域仿真的方法对超低频率振荡模式进行了排查和分析。当孤岛系统中发电机采用实测调速系统模型参数后,时域仿真中孤岛系统出现了频率振荡,同时计算系统全部特征根可查找到一对超低频率振荡特征根,该特征根根的阻尼比随着发电机调速系统调节速度的加快而降低。进一步的灵敏度计算得出:水轮机引水系统水锤效应时间常数,调速系统的频率放大倍数,以及数字控制部分积分、比例、微分系数将显著改变特征根在复平面上的位置,同时也改变了超低频率振荡模式的阻尼比,这些参数是影响超低频率模式的关键因素。分析表明超低频率振荡是调速系统引起的机械振荡模式,对调速系统进行参数优化可从根本解决振荡问题,同时也降低了机组一次调频能力。另一方面,投入直流控制系统频率限制控制(frequency limit controller,FLC)功能可快速调节直流电流或直流功率,能一定程度提高孤岛系统的频率调节性能,FLC的死区不易过大,其值可参考机组调速系统一次调频死区配置。     

电网超低频振荡影响因素综合分析与抑制措施研究

近年来,国内电网发生了多起超低频振荡事件,严重影响电网的安全稳定运行。相关研究表明,水轮机调速系统在超低频段呈现明显的负阻尼是导致超低频振荡的主要原因。为进一步分析超低频振荡的影响因素,在建立单机带负荷系统模型的基础上,基于稳定域思想的综合分析表明水锤时间常数、水轮机调速器比例参数和积分参数会显著影响系统稳定性,进而引发超低频振荡。在此基础上,针对单机带负荷系统,提出了一种考虑水锤效应不确定性的调速器参数优化模型,并利用粒子群优化算法进行求解。最后,在单机带负荷系统中仿真验证了该调速器参数优化模型的有效性和鲁棒性。     

考虑水轮机水锤效应的电网频率变化的解析方法

当水轮机容量比重较高的电网中发生较大的负荷扰动时,水锤效应的存在使得电网中有功功率缺额进一步扩大,导致系统频率偏移量恶化,威胁电网的安全稳定运行。考虑系统详细模型的全时域仿真计算量大,仿真速度慢,不利于对大型电网进行频率动态分析。为了快速分析水锤效应对电网频率动态的影响,文章基于水轮机调速器的延时模型,合理地简化了水轮机-调速器系统,将水轮机导水叶开度动作过程近似为斜坡,并推导了计及旋转备用及水锤效应的电网频率响应解析解,进一步分析了水锤效应对电网频率的影响。仿真结果表明,文中推导的电网频率响应简化解析模型能够准确反映出电网频率严重下跌段以及稳态的频率特性,适用于快速分析水锤效应对电网频率动态响应的影响。     

水轮发电机组抑制超低频振荡的阻尼控制参数优化研究

异步联网后云南电网的某直流孤岛中,出现了长时间的超低频振荡现象,严重影响了孤岛系统的安全稳定运行。电网中水轮机的水锤效应时间常数变大,阻尼比会随之减小,导致系统的稳定性得恶化。本文利用等值的单机系统模型,基于频域响应法分析了水锤效应与系统稳定性的关系。根据调速系统的阻尼特性,在实际孤岛中进行了PID参数优化仿真试验,比较了不同PID参数下的频率稳定性,给出了调速系统与直流频率限制控制器的协调控制方法。最后,运用云南电网的某实际直流孤岛作为算例,验证了本文提出的控制方法对抑制超低频振荡的有效性。     

水轮发电机组低频振荡机理与稳定特性

为深入探究水轮发电机组低频振荡机理,揭示系统稳定性规律,本文利用压力引水管道弹性模型、调速器模型和三阶发电机模型,建立水轮发电机组非线性数学模型。通过数值模拟来验证所建水轮发电机组模型与实际系统的一致性和正确性。进一步地,根据水轮发电机组阻尼特性,优化PID参数,系统分析了随调速器参数变化水轮发电机组的低频振荡机理及稳定特性。此外,为了定量探究关键参数对系统稳定性的影响规律,对处于稳定振荡模式下的系统进行阻尼灵敏度分析,得到了对系统稳定性影响较为显著的关键参数。研究成果为机组稳定运行提供理论依据和技术支撑。     

抑制直流后续换相失败的自适应触发角补偿控制

高压直流输电系统的后续换相失败对交直流混联电网的安稳运行带来严重影响。为降低后续换相失败的发生概率,本文结合首次换相失败后故障恢复过程中直流系统的功率恢复速度,并考虑交流故障严重程度,提出一种抑制直流后续换相失败的自适应动态调节触发角的控制方法。首先,分析了故障恢复过程中各电气量的变化规律以及后续换相失败发生的影响因素;然后根据直流功率恢复速度以及交流电压跌落程度,通过所提控制策略对故障期间逆变侧输出触发角进行动态调整,以增大换相裕度,从而抑制直流后续换相失败。最后,基于CIGRE标准测试模型对控制方法进行仿真验证。结果表明,采用所提自适应触发角补偿控制方法能够在一定程度上抑制后续换相失败的发生,有效改善HVDC系统的故障恢复特性。     

采用新型换流变压器及其滤波系统对换相失败的影响

分析了直流输电的换相失败机理及影响换相失败的因素。考虑到新型换流变压器及其滤波系统的阀侧滤波支路会对直流输电系统中各运行变量产生一定的影响,以实验室建立的直流输电系统模拟平台为研究对象,给出了新系统下阀侧无功补偿度的定义,当逆变侧采用新型换流变压器及其滤波系统后,详细分析了多种因素对逆变侧换相失败的影响并得出如下结论:阀侧无功补偿度对换相过程的改善能力不大;直流电流和换相电抗的增加会增大逆变器发生换相失败的几率;越前触发角的增大可有效降低逆变器发生换相失败的几率;不对称故障时,换相电压过零点的偏移会使得与发生单相接地短路相相连的逆变器上、下2个换流阀最易发生换相失败。最后,提出了新系统条件下避免发生换相失败的措施:增大越前触发角或关断角的整定值;适当降低换流变压器的换相电抗;保持换相电压的稳定。     

水轮机微机调速器PSD-BPA模型及应用

为给电力系统暂态稳定分析提供适用于水轮机微机调速器的PSD-BPA模型,依照水轮机微机调速器的典型结构,选用4.15版PSD-BPA暂态稳定程序提供的调节系统模型4(GM卡)和电液伺服系统模型(GA卡)分别代表其2个组成部分——微机调节器和机械液压系统,给出了2个模型中参数的意义及其获取方法,并利用某水轮机微机调速器参数进行了仿真,不同幅值频率阶跃扰动下的调速器响应均与实际一致,表明所构成的水轮机微机调速器模型环节考虑周全,参数与实际相应且易于获取,能够准确仿真电力系统暂态过程中实际调速器的工作。     

电力系统稳定计算用水轮机调速器模型结构分析

对电力系统稳定计算常用软件PSASP和BPA中的水轮机调速器模型结构进行分析,指出了其中存在的问题,并对目前国内普遍使用的水轮机微机调速器中调节器的不同控制结构和机械(电气)液压系统的不同结构类型进行了详细的分析,以期为水轮机微机调速器的建模和仿真提供参考。     

逆变侧控制策略对换相失败的影响及恢复特性优化研究

针对直流系统逆变侧不同控制策略下的换相失败恢复特性开展研究,首先从原理上分析了定关断角控制与定电压控制方式下换相失败控制器的工作原理;然后基于实时数字仿真平台以及实际工程的录波数据,全面研究比较了这2种控制策略对换相失败恢复特性的影响,结果表明换相失败与直流运行功率、稳态运行时的关断角以及故障发生时刻均有关系,而与采用何种控制方式相关性不强;最后提出对低压限流功能模块 (voltage dependent current order limiter, VDCOL)电流指令参数进行优化的措施,以改善换相失败恢复特性并对其效果进行了仿真验证。     

单相跳闸对换相过程的影响机理及连续换相失败抑制方法

对逆变侧交流系统因接地故障而单相跳闸后换流母线处电压的相位特征进行了研究,理论分析表明交流系统切除故障相将导致逆变器各换相电压的相位差发生变化。在此基础上,对单相跳闸后的逆变器换相过程进行了分析,发现在现有的等间隔触发方式下,直流系统的换相过程将受到影响,甚至面临换相失败的风险。因此,提出了基于触发角偏差量的换相失败判断方法,该方法能够可靠判断当前系统参数下单相跳闸是否会引发连续换相失败。基于换相电压相位差提出了一种适用于逆变侧交流系统单相跳闸后的逆变器触发方式以抑制换相失败。PSCAD仿真结果表明,所提出换相失败判断方法能可靠预测单相跳闸引发的换相失败,所提出的换流器触发方式可以有效抑制连续换相失败。     

基于触发角偏差补偿的连续换相失败抑制措施

逆变侧交流系统发生不对称故障后容易导致连续换相失败,威胁电网的安全稳定运行。针对这一问题,基于不对称故障后直流控制系统的响应规律,根据直流系统稳态运行曲线将故障及恢复过程分为2个阶段,发现在阶段2即故障稳定恢复阶段,存在换相面积需求量逐渐增加而换相面积最大提供量逐渐减小的趋势,并且在此过程中触发角指令值与触发角实际值还存在偏差,触发角偏差将进一步削减换相面积最大提供量,是引发连续换相失败的重要原因。基于此,分析了触发角偏差的来源以及触发角偏差对控制系统的影响,提出一种基于触发角偏差补偿的连续换相失败抑制措施,并在PSCAD/EMTDC中基于CIGRE HVDC标准模型进行仿真验证。仿真结果表明,所提措施能够有效抑制连续换相失败。     

汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响及其控制策略

汽轮机阀门流量特性是影响电力系统稳定性的重要因素,通过建立电网汽轮机及其调速系统、发电机、励磁系统的数学模型,研究了汽轮机调节阀门流量特性对电网安全稳定性的影响机制。数学分析和仿真结果表明,当汽轮机阀门流量特性不佳时,会引起原动机有功功率的周期性波动。针对此现象,提出了调整后的汽轮机调速系统控制策略,该策略能够抑制功率控制方式下的比例—积分—微分控制器的过度调节,有效增加系统阻尼,抑制原动机的功率波动。