渝鄂背靠背柔性直流附加阻尼控制策略研究

针对渝鄂异步互联北通道及三峡近区大机组与常规直流和柔性直流强耦合动态问题,建立了包含三峡左一电厂、渝鄂背靠背柔性直流以及龙政直流外送通道的简化等值系统及其详细电磁暂态数学模型。仿真研究了暂态扰动下换流站近区机组的动态稳定特性。提出采用柔性直流有功无功解耦控制回路附加阻尼控制的方法平抑扰动后机组持续缓慢衰减的功率振荡问题,分别设计了基于有功调制和无功调制的阻尼控制控制器,比较研究了两者的作用效果。研究表明,采用有功和无功协同调制的阻尼控制策略可同时快速平抑功率振荡和电压波动,提高系统的动态稳定性,可为工程应用提供参考。     

应用附加励磁阻尼控制抑制HVDC引起的次同步振荡

大型汽轮发电机组经交直流混合送出的系统中,当高压直流输电（HVDC）控制与机组之间相互作用较强时,可能引发机组轴系的次同步振荡（SSO）问题。对此,研究了附加励磁阻尼控制（SEDC）抑制HVDC-SSO的有效性。在PSCAD/EMTDC仿真平台构建了典型的交直流混合输电系统模型,研究了HVDC引起SSO的系统运行条件,进而设计了多模式SEDC控制器,分别在大/小扰动下分析了SEDC改善模式阻尼和暂态响应的效果。结果表明：SEDC能大幅提高机组轴系多个模式的阻尼,在大/小扰动下均能有效抑制SSO,避免出现SSO发散风险,保障机组和电网的安全稳定运行。SEDC可望成为解决HVDC-SSO问题的有效方法之一。     

应用附加励磁阻尼控制抑制HVDC引起的次同步振荡

大型汽轮发电机组经交直流混合送出的系统中,当高压直流输电(HVDC)控制与机组之间相互作用较强时,可能引发机组轴系的次同步振荡(SSO)问题.对此,研究了附加励磁阻尼控制(SEDC)抑制HVDC-SSO的有效性.在PSCAD/EMTDC仿真平台构建了典型的交直流混合输电系统模型,研究了HVDC引起SSO的系统运行条件,进而设计了多模式SEDC控制器,分别在大/小扰动下分析了SEDC改善模式阻尼和暂态响应的效果.结果表明:SEDC能大幅提高机组轴系多个模式的阻尼,在大/小扰动下均能有效抑制SSO,避免出现SSO发散风险,保障机组和电网的安全稳定运行.SEDC可望成为解决HVDC-SSO问题的有效方法之一.     

基于附加阻尼控制的PMSG适应柔直送出策略优化

国内外多个风电工程在采用柔直进行远距离输送时出现了系统振荡现象,就该现象研究其判稳方法及优化策略。建立了直驱永磁同步风力发电机(permanent magnet synchronous generator, PMSG)和柔直输电系统的数学模型,推导了PMSG经柔直送出系统的Bode稳定判据,分别提取了PMSG及柔直的系统阻抗,并进行振荡评估。提出了提升柔直送出稳定性的PMSG附加阻尼控制器设计方案和参数整定方法。从频域角度分析优化策略的效果,研究结果显示,基于附加阻尼控制的PMSG经柔直送出的振荡抑制策略有效消除了振荡风险。采用频域分析中抑制效果良好的附加阻尼控制参数进行时域仿真,验证了附加阻尼控制对PMSG经柔直送出系统的振荡抑制效果。     

基于附加信号的VSC-HVDC系统改进有功功率控制策略

为了保证大扰动情况下电压源换流器型高压直流输电（VSC-HVDC）系统的直流电压控制和有功功率平衡,提出了一种基于附加信号的有功功率控制策略。首先简要地分析了故障情况下VSC-HVDC系统的有功功率平衡和直流电压变化特点;然后给出了改进有功功率控制器的功率特性曲线,推导了定有功功率控制端直流电压最大工作范围的计算公式;接着提出了外环有功功率控制器的设计方法,推导了有功功率修正值的计算公式,并分析了该控制器在正常运行和故障2种情况下的工作原理。PSCAD／EMTDC仿真研究表明,在电网电压跌落或主导换流站停运等暂态扰动情况下,所提控制策略能够维持直流电压在安全运行范围内。     

柔性直流系统自适应惯性和阻尼模拟的自同步解耦控制策略

为了解决电力电子化电力系统低惯量特性引起的频率稳定问题,从挖掘电网输电环节调控潜力的视角出发,定量地分析了柔性直流输电系统可用能量及其主动支撑系统惯量的可行性,提出了计及电容能量裕度的受端换流站自同步控制策略,在实现无锁相环自同步的同时主动支撑受端电网惯量。在此基础上,考虑直流电压安全约束对电容能量裕度利用的影响,提出了柔性直流系统自适应惯性和阻尼模拟的自同步解耦控制策略及参数设计方法,通过自适应调节子模块投入数量与转动惯量,进一步利用电容能量裕度提升其惯量支撑能力;引入阻尼控制环节,实现频率偏差调节同时提升控制系统的稳定性,并通过实时数字仿真验证了所提控制策略的有效性。     

柔性直流输电系统交流侧中高频谐振附加阻尼抑制措施

中国鲁西背靠背直流异步联网工程和渝鄂直流背靠背联网工程均发生过高频谐振现象,柔性直流输电系统的链路延时是导致高频谐振现象发生的关键因素.文中针对柔性直流输电系统的中高频谐振问题,基于谐波线性化方法建立了柔性直流输电系统从交流侧端口看过去的等效详细阻抗模型,并分析了模块化多电平换流器(MMC)阻抗在中高频段呈现负阻尼特性...     

直流附加阻尼控制对于改善大型互联电网稳定性的作用

特高压试验示范线路建成投运后,华中电网内部发生故障时有可能引起特高压线路发生低频振荡。电力系统稳定器等传统防止电力系统功率振荡的措施并不能有效抑制华中电网和华北电网间可能存在的超低频振荡现象。考虑到华中电网中交直流并联运行的特点,利用直流系统快速调节能力,采用直流附加阻尼控制方法,提出适用于华中-华北互联系统的控制策略,并基于PSASP仿真平台对华中电网内部各种典型的交流大扰动故障进行暂态稳定仿真研究。仿真结果表明直流附加阻尼控制能有效抑制特高压线路功率振荡,提高互联系统稳定性。     

VSC-HVDC抑制电网功率振荡的控制策略

分析了PD控制器参数变化趋势对VSC逆变站功率输出的影响,研究表明增大PD控制器参数至极限时,VSC将运行于快速功率补偿模式(Rapid Power Compensation,RPC),即根据转子转速偏差的正负极性,以有功无功限值为基准快速调制功率输出。为此,提出了VSC-HVDC基于RPC模式抑制功率振荡的有功/无功协调控制策略。RPC模式使VSC快速吞吐功率,补偿系统所需功率缺额或抑制过剩功率;当转速偏差及其变化率符合安全要求后,利用阻尼控制使VSC退出RPC运行模式,并进一步提升VSC-HVDC抑制功率振荡的能力。仿真实验证明了所提优化控制策略的有效性。     

基于VSG控制的SOP低电压穿越控制策略

虚拟同步发电机（virtual synchronous generator,VSG）技术因其使逆变器能够模仿同步发电机的运行机制,不仅使分布式电源接入电网呈现友好特性,而且增强了电网的稳定性,从而得到了广泛的研究。然而传统VSG控制由于难以提供可控的无功功率而不具备低电压穿越（low voltage ride through,LVRT）能力,当远端发生故障导致电压下降时,难以提供无功支撑,容易出现电流过流等问题。因此,针对上述问题采用一种计及模式切换的低电压穿越控制方法。分析了VSG基本原理,针对换流器采用VSG控制,在传统LVRT方法的基础上,设计了VSG低电压穿越控制的方法。针对电网故障工况下换流器的LVRT问题,结合传统LVRT控制方案,采用一种模式切换控制策略,以柔性电力电子开关（SOP）为研究对象,通过仿真结果进行对比。仿真结果验证了VSG控制结合LVRT控制可以抬升电压,在表现出传统发电机动态特性的同时,还可以提升供电可靠性,同时该控制策略可以在表现出传统发电机动态特性的同时,加入低穿特性,可提升供电可靠性,帮助换流器度过瞬时暂态过程,同时发出无功功率支撑电压恢复,同时满足低电压穿越期间的电网需求。     

异步化汽轮发电机和同步汽轮发电机开环阻尼特性的比较研究

以派克方程为基础,分别建立了同步汽轮发电机和异步化汽轮发电机考虑等效阻尼绕组作用的单机无穷大系统线性化数学模型。利用所建模型,对考虑等效阻尼绕组作用的同步汽轮发电机的开环阻尼特性进行了分析;在此基础上,同时对异步化汽轮发电机的开环阻尼特性进行分析;并对异步化汽轮发电机和同步汽轮发电机的开环阻尼特性进行比较研究。通过比较,阐述了异步化汽轮发电机的开环阻尼特性与电机参数、系统参数以及运行状态的关系,展示了异步化汽轮发电机在提高电力系统稳定性方面较同步汽轮发电机的优势,进一步完善了异步化汽轮发电机的研究理论。     

基于虚拟同步发电机控制的并网变流器同步频率谐振机理研究

虚拟同步发电机控制策略是解决高渗透率新能源并网问题的有效方案之一。然而,不同于传统同步发电机,变流器模拟的虚拟同步发电机因其快速灵活的调节能力可能引发同步频率谐振现象。通过建立精确的虚拟同步发电机动态模型,分析得到同步频率谐振现象是由电磁磁链的动态过程引入;基于此谐振在控制参数设计不合理时会带来稳定性问题,提出2种阻尼控制的策略来抑制同步频率谐振现象。最后,通过搭建8 k W实验平台,验证了虚拟同步发电机中的同步频率谐振现象及所提阻尼控制策略的有效性。     

基于自适应模式切换的虚拟同步发电机功率控制策略

传统无互联线储能变流器"功率-电压-电流"三环虚拟同步发电机(VSG)控制策略在微网中受到广泛关注,但往往会引起其输出功率限额的问题,分析两种现有解决方案:(1)利用改进下垂动态改变下垂系数的方法,其调节能力有限,功率限制效果不佳;(2)利用下垂额定点调节环平移下垂特性曲线的方法能限制功率输出,但调节环的切换可能引起VSG输出功率出现较大波动,易导致系统不稳定。为此,提出一种基于自适应模式切换的VSG功率控制策略,即PQ控制的电流源模式和VSG控制的电压源模式的相位和电流指令都实时跟踪,为PQ-VSG控制模式间的自适应切换奠定基础。最后,建立微网系统的仿真模型和实验平台,仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性。     

基于轴压调节的电压控制型逆变器的并网运行模式

目前应用中的逆变器存在难于控制输出电压频率、并离网模式切换困难及逆变器输出功率耦合等问题。通过电压控制型逆变器完善并网控制策略,可以较好地解决这些问题。为此提出了两种基于轴压概念的电压控制型并网逆变器功率控制模式:同步发电机运行模式与最大功率运行模式。数字仿真和实验结果吻合,验证了理论分析的正确性,有效提高了分布式发电系统的并网功率控制能力。     

连接低惯量系统的柔性直流输电模型预测控制

针对低惯量系统频率稳定性控制需要,通过对与之相连接的柔性直流输电(VSCHVDC)系统的数学模型离散化,采用模型预测控制算法分别设计整流器和逆变器的控制系统。模型预测控制方法具有结构简单、参数选择便捷、动态响应快、鲁棒性好等特点,易于实现与VSC-HVDC相连的低惯量送端交流系统频率波动控制。分析基于模型预测控制的直流功率调制对系统频率变化的调节作用,并在PSCAD/EMTDC仿真软件中建立仿真模型,对比分析传统PI双环控制直流功率调制方法和模型预测控制直流功率调制方法对交流系统频率的影响,仿真结果表明,VSC-HVDC模型预测控制方法能够有效抑制交流系统频率变化的幅度,加快频率恢复的速度。     

VSG附加自抗扰阻尼控制抑制低频振荡研究

针对新能源大量并网降低系统惯性和阻尼引起电网功率振荡的问题,提出了基于自抗扰控制（active disturbance rejection control,ADRC）的VSG有功附加阻尼控制策略来抑制低频振荡。首先介绍自抗扰控制器并分析附加阻尼控制抑制低频振荡的机理,然后给出控制环节中参数的取值原则,最后以VSG接入单机无穷大系统和IEEE 4机系统为例进行仿真,结果表明,附加自抗扰阻尼控制器能有效抑制系统的功率振荡,有较强的鲁棒性。     

一种虚拟同步发电机自适应阻尼补偿方法

针对系统电感对虚拟同步发电机控制系统存在等效负阻尼效应的问题,提出了一种自适应阻尼补偿方法。首先,基于虚拟同步发电机控制技术,通过dq变换和小信号分析建立系统的动态电磁方程和动态小信号模型。然后利用电磁转矩偏差分解出同步力矩系数和等效阻尼系数。最后根据等效负阻尼的产生机制,在有功-频率调节器中加入以系统频率、虚拟阻抗为自适应控制变量的阻尼补偿模块,实现对虚拟同步发电机阻尼的自适应补偿。通过MATLAB/Simulink仿真,并与基于传统的虚拟同步发电机控制方法及基于虚拟阻抗补偿方法等方法所获得的结果进行比较,表明文章所提出的自适应阻尼补偿方法具有更强的稳定性和更快的响应速度,验证了方法的有效性。     

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。     

基于内模控制的逆变器并离网无缝切换策略研究

针对逆变器在并离网切换过程中存在电压畸变、冲击电流等问题,提出了一种基于虚拟同步发电机(virtual synchronou-sgenerator,VSG)控制和电压电流内模控制(inter model control,IMC)的并离网无缝切换控制策略。首先,建立了逆变器整体控制结构以及数学模型。其次,设计了基于内模控制的电压电流双环控制结构,并对内模控制器进行参数整定。再次,采用基于电压幅值和相位的预同步控制方法使逆变器能在两种运行模式之间平滑切换,切换瞬间电压电流波形稳定,能实现平滑过渡。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证了所提出控制策略的有效性。