含HVDC的电力系统次同步振荡参数稳定域的可视化分析

采用特征值分析法研究交直流电力系统中HVDC换流器控制对次同步振荡(SSO)模态阻尼的影响。利用MATLAB的数值计算和数据可视化能力，计算并在三维空间绘制了SSO模态阻尼相对于整流器控制参数平面的轨迹曲面，并提出一种可视化描述SSO参数稳定域的巧妙方法。发现各SSO模态都有一条最佳的模态阻尼脊线，阻尼不是分别随整流控制器增益和时间常数单调变化的。因此，减小时间常数和提高增益可以从参数不稳定域到达参数稳定域或者远离参数不稳定域，有利于提高鲁棒稳定性，但并不总是有利于改善SSO模态阻尼。     

基于Rife-Vincent窗和同步相量测量数据的风电次同步振荡参数辨识

随着电网中风力发电渗透率的增加,电力系统发生次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)的可能性显著增加,报道显示次同步振荡给电力系统设备安全和稳定运行带来重大挑战,如何准确地辨识SSO参数对抑制SSO至关重要。为了利用同步测量数据并提高计算精度,减少频谱泄漏和栅栏效应对辨识的影响,提出一种利用复数域同步相量数据的SSO关键参数辨识方法。首先,通过频谱分析得到复数域含SSO信号加窗同步相量的表达式,并推导得到系统基频分量和SSO分量在频域中的特征;然后基于加阻尼Rife-Vincent窗和三点插值法计算出复数域下SSO的频率、阻尼系数、幅度和相位参数。通过辨识不同条件下的仿真信号验证所提方法的有效性。仿真结果表明,相对于传统方法,该方法能更好地抑制频谱泄露和栅栏效应,具有更高的计算精度和鲁棒性。     

HVDC输电系统次同步振荡(SSO)分析的GUI实现

为提高研究效率并普及研究结果，开发了一个用于分析HVDC输电系统次同步振荡(SSO)特性的图形用户界面（GUI)软件，这个GUI软件由人机界面及相关的回调函数组成，其中人机界面是利用MATLAB的GUI工具设汁的，而编写回调函数则利用了MATLAB的数值计算和数据可视化功能。实践表明在MATLAB环境下可容易、高效地开发出令人满意的GUI软件，通过GUI软件可实现SSO参数稳定域可视化分析及特征值分析和时域仿真分析，具有直观、方便的优点，适合广大技术人员对HVDC输电系统发生SSO失稳定可能性的检验。     

基于SEDC和SSDC抑制HVDC系统SSO的研究

基于交直流系统按相同的设计原理设计了附加励磁阻尼控制器（SEDC）和次同步阻尼控制器（SSDC）,采用测试信号法比较了两者对于轴系自然扭振频率处电气阻尼的补偿能力,用时域仿真的方法验证了比较的结果。结果表明：SSDC比SEDC在补偿点处能提供更大的电气阻尼,从而更利于抑制SSO。对此结果进行了定性的物理解释。以SEDC为研究对象,分析了其参数对抑制SSO的影响。SEDC放大倍数的电气阻尼补偿具有阻尼转移现象,只有在次同步振荡自然扭振频率不偏移的条件下才能发挥提高放大倍数对于抑制SSO的正面作用。对附加阻尼控制器设置适当的滤波器品质因数和阶数参数才能在固有振荡频率处有明显的正阻尼。     

基于SEDC和SSDC抑制HVDC系统SSO的研究

基于交直流系统按相同的设计原理设计了附加励磁阻尼控制器(SEDC)和次同步阻尼控制器(SSDC),采用测试信号法比较了两者对于轴系自然扭振频率处电气阻尼的补偿能力,用时域仿真的方法验证了比较的结果.结果表明:SSDC比SEDC在补偿点处能提供更大的电气阻尼,从而更利于抑制SSO.对此结果进行了定性的物理解释.以SEDC为研究对象,分析了其参数对抑制SSO的影响.SEDC放大倍数的电气阻尼补偿具有阻尼转移现象,只有在次同步振荡自然扭振频率不偏移的条件下才能发挥提高放大倍数对于抑制SSO的正面作用.对附加阻尼控制器设置适当的滤波器品质因数和阶数参数才能在固有振荡频率处有明显的正阻尼.     

基于同步相量数据的次同步振荡检测与模态参数辨识方法

新能源集中并网已引发了多起次同步振荡(sub-synchronousoscillation,SSO)事故,严重威胁电力系统安全稳定。为对SSO进行实时预警与分析,提出一种基于同步相量数据的SSO检测与模态参数辨识方法。首先,推导SSO与同步相量中SSO分量实部、虚部的对应关系,在此基础上,选取同步相量实部作为特征量;其后,分析了SSO振荡特性变化时,同步相量中SSO分量的表现形式,并引入变分模态分解(variationalmodedecomposition,VMD)与希尔伯特变换(Hilbert transform,HT)对同步相量中SSO分量进行模态参数辨识,进而根据对应关系实现SSO模态参数的准确辨识。最后,利用同步相量中SSO分量瞬时幅值的差分来检测SSO振荡特性是否变化,并通过合成信号、电磁暂态仿真数据与实测数据对所提方法的有效性进行验证,该方法的理论成果有望在未来为SSO的实时预警,辅助决策提供技术支撑。     

基于同步相量数据的次同步振荡参数辨识与实测验证

近年来,国内外风电系统频繁发生次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)事故,严重影响电力系统安全稳定运行。为了给事故分析、抑制策略制定等提供可靠的数据支撑,亟需开展面向SSO的广域监测工作。为此,提出基于同步相量数据的SSO参数辨识方法。通过严密的数学推导,揭示SSO工况下同步相量数据主要由4种模态组成,从而可将SSO参数辨识问题转化为模态参数提取问题。进一步采用2种经典的模态参数提取算法：矩阵束算法(matrix pencil method, MPM)和特征值系统实现算法(eigenvalue system realization algorithm,ERA)实现了SSO频率与幅值的准确辨识,并利用截断奇异值分解和决定系数提高了辨识的可靠性。所提方法通过合成信号、电磁暂态仿真以及河北沽源实际振荡数据进行了验证,结果显示,即便在振荡初期幅值较小时,该文方法仍可有效辨识SSO参数,因此,理论成果有望在未来为SSO实时预警、全景展示提供技术支撑。     

基于随机子空间的同步电机参数高精度辨识新方法

将随机子空间辨识方法应用于同步电机的参数辨识中,提出基于随机子空间辨识的三相短路电流处理新方法。随机子空间辨识是一种线性系统时域模态参数识别方法,利用系统输出的数据构造汉克矩阵,进而分离出系统状态方程的系统矩阵和输出矩阵,从而识别系统的模态参数:固有频率、阻尼比、振型。应用该法分析同步电机短路电流,首先识别时间常数,进而依次消去时间常数识别各电抗参数。分别针对无阻尼、噪声和有阻尼背景下的仿真信号和同步电机三相短路电流进行仿真分析,计算中基于振型实现系统自动定阶,同时与普罗尼法作对比,结果表明该法抗噪性强、检测精度高。     

励磁系统关键参数对发电机组暂态特性的影响研究

发电机励磁控制系统对电力系统的静态稳定、动态稳定和暂态稳定特性都有显著影响,在电力系统稳定计算中采用正确的励磁系统模型和参数对稳定计算结果至关重要。励磁系统参数众多,包括励磁机时间常数、励磁系统总的静态增益、PID环节时间常数、发电机励磁绕组定子开路时间常数等。本文以湖北省某三机励磁系统为例,分析了以上参数对发电机组暂态特性的影响,可为存在类似情况的励磁系统模型参数校核和参数优化提供参考。     

微弱次同步振荡模态参数的在线实时辨识方法

提出一种基于环境噪声激励响应的微弱次同步振荡模态参数在线辨识方法。将其用于电力系统正常运行中的转子旋转振动响应和电网侧电气响应,从中提取出反映次同步振荡各模态特征的单自度自由响应分量;进而利用Ibrahim时域模态辨识法计算出各模态的频率和阻尼系数等参数。研究了用于获取自由响应分量的随机减量技术的关键参数,给出门槛值和子样本长度的推荐值,从而提高了模态阻尼的辨识精度。通过对多模态微弱响应信号进行模态预分离,从而保证幅值相差很大时的小幅值模态无缺失,提高了模态辨识的可靠性。利用上述方法和步骤,从新疆哈密地区机网正常运行中的环境激励响应中辨识出微弱次同步振荡模态的阻尼因子等参数,并实现对模态阻尼趋势的在线连续实时辨识,尤其在当前大规模新能源并网背景下,能够及时发现影响系统稳定运行的关键环节,为切实做好广域动态稳定工作奠定基础。     

直驱风电场与LCC-HVDC次同步交互作用的扰动传递路径及阻尼特性分析

当直驱风电场距离电网换相型高压直流输电(line-commutated-converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)的整流站较近时,两者间的次同步交互作用机理及特性尚不明确,现有分析方法难以揭示扰动传递过程及子系统间的耦合关系。针对上述问题,该文首先建立直驱风电场经LCC-HVDC送出系统的线性化模型,并基于系统闭环互联传递函数框图揭示次同步频率扰动在直驱风电场与LCC-HVDC之间的传递路径。然后,通过阻尼重构分离出次同步交互作用对次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)模式阻尼的影响,并分析控制器参数对SSO模式阻尼的影响。结果表明,直驱风电机组直流电容主导的SSO模式存在不稳定风险;直驱风电场与LCC-HVDC之间的扰动传递路径呈现"8"字型耦合关系,导致两者间存在次同步交互作用;直驱风电机组外环、LCC-HVDC定电流控制器的比例系数增大或积分系数减小时,SSO模式阻尼增大。     

HVDC控制系统对汽轮发电机组次同步振荡的影响

运用复转矩系数法与特征根法,对位于高压直流输电系统(HvDC)整流侧的汽轮发电机组的次同步振荡(SSO)特性进行了研究.对整流站控制与逆变站控制对汽轮发电机组的电气阻尼特性的影响进行了详细分析.研究表明,不同的控制方式与运行条件对次同步振荡特性的影响有显著差别.     

由直流输电引起的次同步振荡的阻尼特性分析

直流输电系统在次同步频率范围内的数学模型较难获得，这使得采用解析方法计算系统阻尼变得十分困难。文中采用时域仿真实现的复转矩系数一测试信号法，对直流输电系统的次同步振荡问题进行研究，通过频率扫描计算出了发电机组在次同步频率范围内的电气阻尼特性曲线，并同时考察了机组耦合程度、直流功率水平、触发角以及控制器参数等因素对电气阻尼的影响。还分析了直流输电换流器逆变运行时对附近发电机组次同步振荡阻尼的影响。表明由直流输电引起的次同步振荡问题只需要考虑整流站附近的发电机组，而不必考虑逆变站附近的发电机组。     

风火打捆经直流送出的次同步振荡分析与抑制措施

传统火电机组与直流输电控制器相互作用会产生次同步振荡,大规模双馈风电机组接入对这种振荡产生的影响有待深入研究。本文建立了风火打捆经直流送出的典型模型,并对风火打捆经直流送出系统次同步振荡机理进行了分析,结果表明双馈风机接入能够缓解直流输电引起的火电机组次同步振荡,且风火打捆比例越高效果越好。分析了风机变频器特性与系统运行工况对火电机组次同步振荡的影响,结果表明,风机转子侧变频器内环增益系数增大、内环积分时间常数减小、直流输送功率上升、送端交流系统减弱、直流输电整流侧控制器积分时间常数减小、换流器触发角增大,会引起火电机组振荡加剧。对工程应用较多的直流附加宽带通式次同步阻尼控制器(SSDC)在风火打捆经直流送出系统中的适用性进行分析与验证,结果表明,宽带通式SSDC仍具有抑制效果。     

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。     

Impacts of the SSSC control modes on small-signal and transient stability of a power system

In order to accomplish specific compensation objectives a static synchronous series compensator (SSSC) may be controlled by several ways. The most common control modes of the SSSC are: (1) constant voltage mode, (2) constant impedance emulation mode, and (3) constant power control mode. Moreover, to improve the dynamic performance of the system, a SSSC may be equipped with supplementary controllers, such as damping controls. Therefore, this paper investigates the impacts of different SSSC control modes on small-signal and transient stability of a power system. The performance of different input signals to the power oscillation damping (POD) controller is also assessed. The stability analysis and the design of the SSSC controllers are based on modal analysis, non-linear simulations, pole placement technique, and time and frequency response techniques. The results obtained allow to conclude that the usage of the SSSC in the constant impedance emulation mode is the most beneficial strategy to improve both the small-signal and transient stability.     

Power generation maximization of distributed photovoltaic systems using dynamic topology reconfiguration

The ‘mismatch losses’ problem is commonly encountered in distributed photovoltaic (PV) power generation systems. It can directly reduce power generation. Hence, PV array reconfiguration techniques have become highly popular to minimize the mismatch losses. In this paper, a dynamical array reconfiguration method for Total-Cross-Ties (TCT) and Series–Parallel (SP) interconnected PV arrays is proposed. The method aims to improve the maximum power output generation of a distributed PV array in different mismatch conditions through a set of inverters and a switching matrix that is controlled by a dynamic and scalable reconfiguration optimization algorithm. The structures of the switching matrix for both TCT-based and SP-based PV arrays are designed to enable flexible alteration of the electrical connections between PV strings and inverters. Also, the proposed reconfiguration solution is scalable, because the size of the switching matrix deployed in the proposed solution is only determined by the numbers of the PV strings and the inverters, and is not related to the number of PV modules in a string. The performance of the proposed method is assessed for PV arrays with both TCT and SP interconnections in different mismatch conditions, including different partial shading and random PV module failure. The average optimization time for TCT and SP interconnected PV arrays is 0.02 and 3 s, respectively. The effectiveness of the proposed dynamical reconfiguration is confirmed, with the average maximum power generation improved by 8.56% for the TCT-based PV array and 6.43% for the SP-based PV array compared to a fixed topology scheme.     

采用VSC-HVDC并网的直驱风电场次/超同步振荡特性

风电、光伏经由高压直流输电系统并网外送已经成为大规模可再生能源基地的主要输送方式。对于风电引发的次/超同步振荡问题,尤其是直驱风电机组与柔性高压直流(VSC-HVDC)输电系统之间相互作用引发的次/超同步振荡问题值得深入研究。首先,分别建立直驱风电机组与VSC-HVDC的动态模型,并深入分析与推导两者之间的接口矩阵与接口动态方程,进而得到直驱风电机组经VSC-HVDC并网外送的完整动态模型。在此基础上,采用特征值分析法计算得到各振荡模式的参与因子,并根据模式参与因子判断出次/超同步振荡模式之间存在阻尼耦合。通过PSCAD/EMTDC进行时域仿真,验证了模型与特征值分析结果的正确性。进一步深入分析风电并网距离/阻抗、直驱风电机组机/网侧控制器与VSC-HVDC送/受端控制器参数对次/超同步振荡阻尼特性的影响,结果表明:同一个控制器参数可同时影响多个次/超同步模式,同一个次/超同步模式可同时受多个控制器参数影响,并且这种阻尼耦合的影响可能趋同(调节控制器参数,耦合的两种模式的阻尼比同向变化),可能趋反(调节控制器参数,耦合的两种模式的阻尼比反向变化),也可能趋同与趋反同时存在。     

Power system transient stability assessment based on the multiple paralleled convolutional neural network and gated recurrent unit

In order to accurately evaluate power system stability in a timely manner after faults, and further improve the feature extraction ability of the model, this paper presents an improved transient stability assessment (TSA) method of CNN?+?GRU. This comprises a convolutional neural network (CNN) and gated recurrent unit (GRU). CNN has the feature extraction capability for a micro short-term time sequence, while GRU can extract characteristics contained in a macro long-term time sequence. The two are integrated to comprehensively extract the high-order features that are contained in a transient process. To overcome the difficulty of sample misclassification, a multiple parallel (MP) CNN?+?GRU, with multiple CNN?+?GRU connected in parallel, is created. Additionally, an improved focal loss (FL) function which can implement self-adaptive adjustment according to the neural network training is introduced to guide model training. Finally, the proposed methods are verified on the IEEE 39 and 145-bus systems. The simulation results indicate that the proposed methods have better TSA performance than other existing methods.     

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。