UPFC改善含风电电力系统阻尼特性分析

风力发电并网容量的提高对电力系统阻尼特性的影响越来越明显,需研究相关措施来改善风电并网后系统阻尼特性。构建了含统一潮流控制器UPFC(Unified Power Flow Controller)的风电并网系统数学模型,设计了UPFC附加功率振荡阻尼控制器,以IEEE 2区域4机系统为例,从特征根分析和动态时域仿真两方面系统地分析了所提UPFC对含风电电力系统阻尼特性的改善效果。研究结果表明,所设计的UPFC增强了含风电电力系统的阻尼效果,使互联系统在高联络线传输功率下仍可稳定运行。     

利用并联储能型FACTS抑制特高压互联电网功率振荡

大电网互联容易造成电力系统低频振荡,随着我国电力系统规模的不断扩大,区域间低频振荡限制了互联系统间的输电能力,并危及到电力系统安全运行。因此针对互联系统的弱阻尼问题,首先比较了目前抑制低频振荡的常规措施,而特高压交流线路上出现的约0.13 Hz的超低频振荡现象利用有限的电力系统稳定器(PSS)难以抑制,故采用并联储能型柔性交流输电系统(FACTS)装置进行抑制。通过分析并联储能型FACTS装置抑制低频振荡的机理,根据相角补偿原理设计了并联储能型FACTS装置的附加阻尼控制器,并在电力系统分析综合程序(PSASP)环境下进行仿真计算。仿真结果表明,含附加阻尼控制器的并联储能型FACTS装置能有效抑制特高压交流线路的功率振荡,可以增强互联系统阻尼比,能够提高华中电网和华北电网联网的稳定水平。     

四种FACTS装置对改善风光互补系统稳定性的研究

新能源的接入对电力系统稳定性的影响越来越大。FACTS装置在工频下快速调节系统基波潮流来提高系统输送能力和稳定性。对4种典型FACTS装置接入风光互补系统的原理和动态特性进行比较研究, 同时考虑互联系统联络线传送功率、风光互补系统出力等工况影响,设计了附加功率振荡阻尼控制器,通过反馈控制来调节装置可控的系统电气参量,起到阻尼低频振荡的作用。最后,针对算例系统进行了仿真计算,结果表明:UPFC和STATCOM在提高系统机电振荡模式阻尼比、抑制系统低频振荡方面性能优于SVC和TCSC,特别在其并联侧附加阻尼控制器后,能明显降低系统振荡幅度,提高系统稳定性。     

统一潮流控制器(UPFC)对次同步振荡的影响及抑制策略

FACTS等快速控制装置在一定条件下可能激发电力系统的次同步振荡问题,导致发电机轴系失稳,造成重大事故,危害电力系统的安全稳定运行。UPFC作为一种新型FACTS元件,虽然能实现母线电压控制和线路有功、无功功率的调节,但对次同步振荡影响的研究较少。同时,目前的UPFC阻尼控制器多针对低频振荡模态。故在搭建UPFC模型的基础上,运用测试信号法,研究了系统运行参数和UPFC电压有功控制等对次同步振荡的影响,并设计了相应的UPFC附加阻尼控制器。在IEEE第二标准测试系统上的计算机仿真说明,该控制器能有效提高多个扭振模态的电气阻尼,抑制系统的次同步振荡。     

基于WAMS的UPFC装置的附加控制器设计

目前电网中的FACTS装置种类繁多,且受提取信息的限制,各装置多基于本地信息进行控制,从而设备间因缺乏协调配合必然会产生负交互影响。基于PMU装置测得的广域信息设计了UPFC的附加控制器,应用李雅普诺夫方法推导出附加控制器的主、辅控制策略,通过调节系统暂态能量函数的时间导数值和主发电机的转子速度,两者相互配合来增加抑制低频振荡的阻尼,从而提高含UPFC系统的暂态稳定性,并用PSCAD仿真验证了附加控制器的有效性。     

抑制区域间低频振荡的FACTS阻尼控制

随着电力系统规模的不断扩大,区域间低频振荡正成为限制电网传输能力的瓶颈。对少数发电机组安装PSS来抑制区域间低频振荡很难有好的效果。但FACTS因其安装地点的灵活性及良好的动态性能而给抑制区域间振荡提供了新的手段。为此,利用相角补偿原理,设计控制器持续减小区域间的振荡能量,以此来实现区域间阻尼控制。以SVC为例详细说明附加阻尼控制器的设计,通过PSASP软件下的仿真结果表明,具有附加阻尼控制作用的SVC能有效地抑制区域间低频振荡。另外,对其它几种常用的FACTS器件也设计了阻尼控制器,并同样通过了PSASP下的仿真验证,阻尼效果很好。以上结果证明利用FACTS可实现区域间低频振荡的阻尼控制。     

含风电互联系统的SVC附加双通道广域阻尼控制设计

由于风电互联系统结构复杂并且具有随机性,传统控制器难以满足系统多运行方式下的阻尼控制效果,为提高含风电互联系统抑制低频振荡的能力,提出静止无功补偿器(static var compensator,SVC)附加双通道广域阻尼控制方法.首先建立附加双通道控制器模型;其次基于频域子空间辨识与几何测度结合法设计最佳控制回路,实...     

风电场中STATCOM抑制系统功率振荡

含虚拟惯量控制的风电场给系统的小干扰稳定带来了新的影响,在此背景下,研究利用风电场配置的静止同步补偿器(STATCOM)附加阻尼控制对电力系统低频振荡的抑制。利用阻尼转矩法分析了虚拟惯量控制对风电并网系统阻尼特性的影响,提出利用风电场中配置的STATCOM增强系统动态稳定的控制策略。基于自抗扰理论设计了STATCOM附加阻尼控制器,以改善系统阻尼特性。基于DIg SILENT平台搭建典型的4机2区域系统进行仿真,仿真结果验证了具有附加自抗扰阻尼控制作用的STATCOM能有效地阻尼系统功率振荡。     

基于柔性负荷及UPFC的低频振荡抑制策略

随着电力系统结构日益复杂,越来越多的区域电网逐渐实现互联。如何提高电力系统稳定性、供电可靠性成为急需解决的问题。低频振荡是随着电网互联而产生的,给电网安全稳定运行带来了巨大的挑战。研究了大规模柔性负荷及统一潮流控制器(UPFC)相结合的协同控制策略,抑制电力系统低频振荡。建立基于频率反馈的大规模柔性负荷控制策略,并针对UPFC串联侧设计基于功率反馈附加控制策略。最后采用遗传算法对柔性负荷与UPFC协同控制策略的各参数进行优化,得到最优协同控制策略。通过算例验证了该控制策略的有效性。     

面向超低频振荡的水电调速器与SVC附加频率控制参数联合优化

互联电网超低频振荡抑制对系统安全稳定运行至关重要,现有研究仅考虑水电调试器PI控制参数优化的措施,可能导致水电调频能力降低。随着电网中静止无功补偿器(SVC)数量的显著增长,通过SVC附加频率控制为超低频振荡抑制提供了新的思路,于是提出了一种SVC附加频率控制与水电调速器PI参数联合优化方法。首先,建立了包含水轮机和SVC的单机单负荷系统等值模型,分析SVC的附加频率控制原理,并分析所提模型对系统超低频振荡的抑制作用;在此基础上,以超低频振荡阻尼系数和水电机组一次调频性能为优化目标,通过优化设计控制器参数以提升系统整体的超低频振荡抑制能力;最后,在PSCAD/EMTDC平台上搭建了水电机组和SVC仿真模型,对所提方法进行有效性验证。仿真结果表明,该方法可有效提升高比例水电电网超低频振荡阻尼能力,同时提升水电机组调频能力。     

基于区域极点配置的风电系统弱阻尼低频振荡模式抑制

风电并网不仅影响原有低频振荡模式,而且可能引入新的模式。改善单个低频振荡模式,可能削弱其他模式阻尼。基于双馈风电机组详细建模,建立风电系统状态空间方程,选择控制变量和输出变量。考虑双馈风电机组出力变化,分析弱阻尼低频模式区域极点配置的必要性。兼顾电网原有及新引入弱阻尼低频模式,构建降阶模型。采用基于线性矩阵不等式的区域极点配置法,设计输出反馈控制器,将所有弱阻尼低频模式配置在设定区域,提高其阻尼比,并增加系统稳定裕度。算例分析表明,所设计控制器有效提高所有弱阻尼低频模式的阻尼,改善了风电系统振荡特性。     

一种基于振荡发散速率的次同步振荡风电场精准切机策略

大规模风电接入弱交流系统、经高压直流输电线路或带串联补偿的交流输电线路外送时可能诱发电力系统的次同步振荡,造成大量风机脱网及相关设备的损坏。针对该问题,通过监测联络线有功功率振荡波形,并引入一种简单有效的方法来辨识次同步振荡。采用指数函数对次同步振荡的振幅进行拟合,确定次同步振荡的振荡模式及发散速率,并设计了振荡发散速率与风电机组切除台数的对应关系。最终,提出了次同步振荡下风电场三轮切机策略。理论分析和基于PSCAD的仿真结果表明所提风电场切机策略能有效抑制次同步振荡,保障电网的安全稳定运行,并可在次同步振荡下最大程度保存风电机组,提升风电消纳能力。     

混合型风电场经MMC-HVDC送出系统的振荡模式分析

大规模海上风电场一般采用基于模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter, MMC)的高压直流输电送出,然而风电场与MMC联接后可能因部分控制参数不合理而导致失稳。针对此问题,首先建立了混合型风电场经MMC-HVDC送出系统的小信号模型,混合型风场同时包含双馈与直驱两种机型。采用特征根法研究系统的振荡模式,研究表明风电场锁相环与MMC电压控制环产生交互影响并形成弱阻尼振荡模式,MMC电压外环控制比例系数对该振荡模式影响很大,比例系数越大系统越稳定,当比例系数过小时会导致系统出现低频振荡。系统的小信号模型与理论分析结果均通过PSCAD/EMTDC仿真进行了验证。该研究成果可为实际工程中风电场经MMC-HVDC送出系统的控制参数合理选择提供参考。     

电网不平衡下虚拟同步发电机功率-电流协调控制策略

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)技术通过模拟同步发电机运行机理,在理想电网条件下能够使分布式电源友好接入电网。然而,在不平衡电网电压下,则会出现输出功率振荡、电流不平衡等问题。为克服这些问题,提出了一种基于静止坐标系下虚拟同步发电机功率-电流协调控制策略。该控制策略根据瞬时功率理论计算负序电流参考值,建立了恒定有功、无功及电流平衡3个控制目标的统一解析表达式,实现功率-电流的协调控制,提高了系统运行性能。最后仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

UPFC与IPFC提升系统输电能力比较研究

随着电力系统负荷及网架的日益发展,由系统潮流分布不均而引起的输电阻塞问题越来越严重,极大地制约了电力系统的输电能力与效率。利用FACTS设备提升电力系统输电能力相较于传统方案具有占地面积小、可控性高等多方面的优势。UPFC与IPFC作为先进的第三代FACTS装置,在潮流调控方面均有着突出的应用优势。因此有必要对两者在提升系统输电能力方面进行技术经济比较研究,用以指导实际工程的解决方案选择。首先基于附加功率注入法分别对UPFC及IPFC进行稳态建模,推导了其数学表达式。之后以江苏南通西北片电网为例,将所建模型应用于实际电力系统,计算结果显示两者均能大幅提升系统输电能力以及安全可靠性。最后在多种工况下对这两种解决方案进行了技术经济比较分析,结果表明IPFC相较于UPFC而言在潮流调控方面的作用更为全面与突出。     

考虑风电并网友好性的日前分层调度计划模型

为了最大程度消纳风电及激励风电场改善并网特性,提出了一种考虑风电并网友好性的日前分层调度计划模型。上层调度模型中,通过风电和常规机组的协调调度,实现系统综合成本最小的目标。下层调度模型中,建立风电友好性评估模型对风电场并网友好性予以评估。以风电功率预测信息及上层调度模型的风电出力计划等作为约束,制定各风电场的日前调度出力计划。最后通过在IEEE 30节点系统进行算例仿真,验证了该方法的有效性。     

三相电压型PWM变流器交流侧LCL滤波器的有源阻尼策略研究

三相电压型PWM变流器是分布式可再生能源发电单元接入传统配电网的主要接口设备。在PWM变流器主电路设计中,采用LCL滤波器替代传统的L型滤波器已经被广泛地接受。针对含LCL滤波器的三相电压型PWM变流器,在系统输入输出模型与传递函数的基础上,提出了一种新型LCL滤波器优化设计方法。与传统L型滤波器相比,该方法具有电感总量小、动态性能好、系统成本低的优点。为了抑制LCL滤波器的固有谐振,在基于同步旋转坐标系的三相电压型PWM变流器控制中,通过在电流环中增加陷波滤波器的方法实现了LCL滤波器的有源阻尼。最后通过仿真和实验对所提出方法的正确性和有效性进行了证明。     

基于定子侧模拟电阻的双馈风电场次同步振荡抑制策略研究

双馈风电场并网运行时,容易发生次同步振荡事故。搭建了双馈风电场经串联补偿电容并网的系统模型,并用Nyquist稳定性判据分析了影响双馈风电场次同步振荡的主要因素。在此基础上,提出了一种基于定子侧模拟电阻的次同步振荡抑制策略,以增强次同步频带下的电气阻尼。时域仿真结果表明该方法能够有效抑制双馈风电场并网系统中的次同步振荡现象,提升系统的稳定性。相较于传统的抑制方法,所提方案无需任何附加装置,便于工程实际应用。     

垂直轴SRG风力发电系统MPPT动态滑模控制研究

以垂直轴风力机与开关磁阻发电机(SRG)为对象,研究了基于风速跟踪的垂直轴开关磁阻风力发电系统MPPT动态滑模控制(SMC)算法。介绍了SMC原理,设计了系统动态滑模控制器,采用Matlab/simulink建立了系统仿真模型,对风速阶跃变化的不同工况进行理论仿真实验。仿真结果表明,所设计的SRG风力发电滑模控制器具有良好的鲁棒性,能使开关磁阻风力发电系统具有良好的动态性能实现风力机最大功率点跟踪,为实际应用提供理论支持。