VSC-HVDC恒容阻尼控制器设计

针对含柔性直流输电的区域互联系统区间低频振荡问题,基于暂态能量原理提出一种维持换流器传输容量恒定的柔性直流恒容阻尼控制思想,同时利用换流站有功及无功,弥补了柔性直流输电系统有功调制量受限的缺点。首先,根据系统阻尼消耗的暂态能量推导出有功和无功调制与系统阻尼间的相互关系;然后根据有功、无功的控制规律提出恒容阻尼控制设想并设计出恒容控制器参数;最后,与传统极点配置的小信号阻尼控制器进行对比仿真分析。仿真结果表明恒容阻尼控制器能有效抑制区域间低频振荡,具有较强的鲁棒性,能在保持换流站输送容量恒定的同时,充分利用换流站有功和无功调制能力,有效解决常规阻尼控制方式下有功调制量受限问题。     

基于振荡暂态能量下降的VSC-HVDC双侧模糊无功阻尼控制器设计

目前柔性直流输电系统中低频振荡阻尼控制主要是利用柔性直流的有功功率进行调制。为不影响柔性直流输送的直流功率并充分利用换流站的调制能力,基于振荡能量下降原理提出一种同时利用柔性直流整流侧和逆变侧无功抑制低频振荡的阻尼控制器设计方法。首先推导出无功控制规律,依据此规律采用模糊逻辑方法设计出双侧模糊无功阻尼控制器。在控制器设计过程中,无需对系统进行辨识,因此控制器不依赖于系统特定运行状态对应的精确模型,具有较强的鲁棒性。最后,设计传统极点配置阻尼控制器进行对比。仿真结果表明,基于文中方法设计的双侧模糊无功阻尼控制器能有效抑制系统低频振荡,鲁棒性好,而且无需专门的参数协调方法也能达到两侧控制器协调输出的效果,严重故障时能充分利用2个换流站的调制能力。     

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。     

基于状态反馈附加阻尼控制的柔性直流电网抑制低频振荡

为了提升交直流互联系统的动态稳定性,研究了利用多端柔性直流输电系统阻尼交流系统低频振荡的方法。分析了柔性直流电网接入后系统的振荡模态,研究了直流电网对交流系统稳定性的影响,并基于全维状态空间反馈设计了柔性直流系统的附加阻尼控制器。系统振荡时该附加阻尼控制器能够输出附加控制量,调节各换流站的有功功率,从而抑制系统的振荡。以含有四端柔性直流电网的新英格兰10机系统为例进行了仿真研究,仿真结果表明,引入了该控制器的柔性直流电网能够很好地抑制原系统的低频振荡,改善系统的动态性能。     

基于VSC-HVDC的统一附加阻尼最优控制方法

相比于传统发电机的电力系统稳定器（PSS）,柔性直流输电（VSC-HVDC）系统可以有效控制区域间的低频振荡。考虑到VSC-HVDC系统有功无功均能对交流系统进行独立控制,提出了基于有功无功双环控制的统一低频振荡控制器,并基于VSC的有功功率和无功功率控制分别设计附加控制回路来增加控制器的控制效果。首先采用最小二乘旋转不变（TLS-ESPRIT）辨识方法获得系统小信号模型和振荡特性,然后基于辨识出的模型,利用基于最优控制理论对控制器进行设计,并将最终所设计控制器分别附加于有功控制回路与无功控制回路。PSCAD的仿真结果表明,相比于常规的有功附加控制器,所提统一控制方法能达到更好的控制效果,并能保证鲁棒性。     

基于数据驱动的背靠背柔性直流自适应广域阻尼控制

针对大型互联电网中可能存在的低频振荡问题,提出一种基于数据驱动的背靠背柔性直流输电系统自适应广域阻尼控制器(adaptivewide-areadampingcontroller,A-WADC)。该A-WADC选取广域测量信号作为输入,同时调节柔性直流输电的有功和无功控制环。为了适应系统运行状态变化,采用基于数据驱动的目标表示的启发式动态规划算法进行控制器设计,无需受控系统的数学模型,仅根据系统输入输出数据信息便能设计控制器。此外,设计自适应时滞补偿器以有效补偿广域信号中存在的通讯时滞。以含背靠背柔性直流输电系统的实际电网等值简化模型为例进行仿真研究,仿真结果验证所提A-WADC在不同运行工况和不同通讯时滞下,均能有效抑制系统的低频振荡,改善系统的暂态稳定性。     

广域直流阻尼控制中多模式交互影响在线分析

基于暂态能量函数原理分析低频振荡中对应的能量转换过程,推导出抑制低频振荡的直流调制规律是保证调制功率与振荡相位一致。利用该调制规律定性分析直流调制对于其他振荡模式的影响,在此基础上提出采用振荡功率对时间的积分作为能量公式进行定量分析。将机组中针对某一振荡模式的功率调制对于其他模式的振荡能量变化量与该模式下机组自身阻尼消纳的振荡能量进行比较,预测直流调制在抑制某一主导振荡模式时对其他振荡模式的影响,对于多台发电机利用参与因子对能量进行加权处理。在多直流系统协调控制系统主站通过分析各主导振荡模式之间的能量关系判别是否投入直流调制控制系统。仿真算例验证了该方案的有效性和可行性。     

HVDC模糊协调阻尼控制器的设计

分析了区间振荡和暂态能量函数的关系,通过削减系统的区间振荡暂态能量为控制目标来制定阻尼控制策略,设计了高压直流(HVDC)模糊逻辑协调控制器,以提高交直流并联电力系统动态稳定性水平.该控制方案不需要精确的模型参数,充分考虑HVDC系统整流侧直流电流调制和该侧发电机的励磁控制特性,通过模糊规则去协调两个控制系统,实现对系统低频振荡的有效抑制.仿真结果表明,该控制器能有效提高交直流并联系统的动态稳定性水平.     

引入故障恢复信号的VSC-HVDC附加阻尼控制研究

基于电压源型换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)具有快速、灵活的有功功率和无功功率控制能力。VSCHVDC附加阻尼控制能有效地抑制交流系统的低频振荡。讨论了附加阻尼控制器的限幅环节对控制效果的影响,然后提出了引入故障恢复信号的附加阻尼控制。故障恢复信号为指数规律衰减信号,将其与附加阻尼控制器输出信号叠加,作为直流功率调制的参考信号,以减小直流功率调制前期的直流功率幅值。并在直流电压波动的允许范围内,使直流功率调制过程趋于理想的自由衰减振荡,比无故障恢复信号的附加阻尼控制衰减更快,从而显著减小限幅环节的影响。还给出了直流电压波动随直流功率波动变化的关系曲线。仿真结果验证了所提附加阻尼控制方法的有效性。     

基于超导磁储能装置的MMC-HVDC系统直流振荡抑制方法

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(MMC-HVDC)系统中的功率控制换流站对外呈现负阻性,降低了系统阻尼,使系统产生直流振荡甚至导致系统失稳。通过直流侧并联超导磁储能装置抑制系统功率振荡,以解决MMC-HVDC系统向恒定功率负载供电所导致的弱阻尼问题。建立了双端MMC-HVDC系统的小信号模型,通过小信号稳定性分析方法研究了影响MMC-HVDC系统稳定性的主要因素,并且验证了所提直流振荡抑制方法的有效性。在MATLAB/Simulink中搭建了双端MMC-HVDC系统模型,并与改变控制器的功率阻尼控制策略进行时域仿真对比,结果证明了所提控制策略能有效抑制系统振荡,提高系统稳定性。     

双馈风电机组有功-无功混合调制阻尼控制

目前风电机组系统级阻尼控制中均采用单一有功调制或无功调制,无法兼顾系统阻尼和轴系振荡阻尼。为解决上述问题,针对双馈风电机组提出了有功-无功混合调制阻尼控制器,并提出了序贯优化算法设计阻尼控制器参数,通过特征值分析和时域仿真验证了该控制器在风电机组不同运行模式下的有效性和鲁棒性。结果表明,相比于单一调制,混合调制更能充分利用双馈风电机组转子侧变换器的阻尼控制能力,同时最小化对风电机组本身轴系振荡阻尼的不利影响。     

用于次同步振荡抑制的MMC的能量补偿控制

次同步振荡是常见的电力系统稳定性问题之一。为了抑制次同步振荡,可以投入次同步阻尼控制器(SSDC),根据其输出改变直流系统的有功功率指令值,从而为交流系统提供正阻尼,但直流系统一端有功功率的振荡部分会传递到另一端交流网络上。为了在直流系统中补偿功率振荡部分的能量,暂态解耦直流系统,引入模块化多电平换流器(MMC)的能量控制方法,通过控制MMC桥臂电容器的能量来保证另一端系统的稳定。本文基于IEEE次同步谐振第一标准测试系统,设计了SSDC系统的参数和MMC的能量补偿控制,并在PSCAD仿真平台上验证了SSDC和能量补偿控制的有效性。     

柔性直流输电系统低频振荡机理及抑制策略

柔性直流输电技术已经发展为超高压直流输电的一种主要方式。然而多个工业现场出现低频振荡现象,从而影响了供电的可靠性。现有理论从感应发电机效应和次同步控制相互作用角度解释了暂态短路等异常工况下低频振荡的原因,却无法分析正常功率调动时低频振荡的机理。基于此,该文从多个角度,系统地研究了柔性直流输电系统的低频振荡问题:1)通过数学模型定量地分析了其作用机理,MMC阻抗特性、开关频率、低频运行特征和环流的低通特性共同引起了低频振荡;2)采用环流抑制、开关频率优化和有源阻尼等多种控制手段,改进了现有的低频振荡抑制算法;3)搭建了双端±420kV柔性直流输电系统的基于实时数字仿真系统(real time digital simulation system,RTDS)的硬件在环仿真,利用典型柔性直流输电工程的参数,对比所提算法和传统算法的实现结果,验证工业现场的适用性。该文所提低频振荡机理能够解释低频振荡发生的各种原因,所提控制策略可以抑制低频振荡发生,提高柔性直流输电系统的可靠性。     

基于H∞回路成形法的VSC-HVDC附加鲁棒阻尼控制器设计

针对包含柔性直流(VSC-HVDC)的交直流输电系统中存在的低频振荡问题,提出一种基于H∞回路成形法的方法设计附加鲁棒阻尼控制器。首先采用最小二乘-旋转不变方法(TLS-ESPRIT)辨识出系统的降阶模型和振荡模态,然后针对该模型应用H∞回路成形法及规范互质分解技术进行了鲁棒阻尼控制器设计。最后在PSCAD/EMTDC中搭建包含柔性直流的交直流四机两区域输电系统。仿真结果表明,基于H∞回路成形法的VSC-HVDC鲁棒阻尼控制器在不同扰动下对系统低频振荡具有良好的抑制效果,鲁棒性较强,且控制器采用输出反馈,便于工程实践。     

基于MMC的柔性直流输电仿真与分析

近年来,基于电压源换流器的柔性直流输电技术在我国得到了快速发展。为了分析研究双端柔性直流输电系统中参考值发生变化时,输电线路上流过的有功量和无功量的变化曲线,采用实时仿真软件RTDS进行了仿真分析,换流器采用模块化多电平换流器MMC,送端采用定有功功率和定交流电压的控制方式,受端采用定直流电压和定交流电压的控制方式,换流器MMC的调制方式采用最近电平逼近调制。分别调节系统中的有功量参考值和无功量参考值,观察调节前后有功量实际值和无功量实际值的变化曲线。仿真结果显示,调节系统中的有功量参考值主要对有功量的实际值产生影响而调节系统中的无功量参考值主要对无功量实际值产生影响。验证了该模型在仿真过程中具有有功、无功解耦控制的特点。     

柔性直流和常规直流互联输电系统协调控制策略

对一种新型的柔性直流与常规直流互联输电系统进行了研究,针对常规直流送端可能出现的功率不平衡问题,提出了常规直流和柔性直流功率附加器的协调控制策略。该策略通过2种直流有功附加控制器来提高区域内有功功率平衡能力,针对常规直流进行有功功率调节时换流站无功不平衡引起的电压波动问题,设计了柔性直流无功附加控制器。最后,通过仿真验证了协调策略的有效性,结果表明所设计的有功-无功附加控制器能够相互配合,有效提升整个系统的功率平衡能力。     

基于新型交直流协调控制抑制电力系统低频振荡的仿真试验

电力系统跨区联网在某些弱联系运行方式下容易诱发区域间低频振荡现象。通过挖掘多直流系统的控制敏感点,设计了直流附加阻尼控制器,并提出基于Matlab-Simulink环境的新型样机测试模式,完成了控制逻辑编辑,制作了实际的控制样机。搭建了Hypersim全电磁暂态实时仿真试验平台,通过仿真优化了直流附加阻尼控制器参数。利用华中—华北电网模型完成了直流附加控制器抑制区域间低频振荡有效性试验验证。     

柔性直流输电系统高频稳定性分析及抑制策略(二)：阻尼控制抑制策略

柔性直流输电系统高频振荡容易在交流系统阻抗呈现电容效应的频率范围内发生。首先,针对柔性直流换流站详细模型存在阶数很高的问题,在忽略外环、环流抑制控制器(circulating current suppression controller,CCSC)、电容电压等较小影响环节的基础上,建立换流站的简化模型,分析简化模型与详细模型阻抗特性的误差及其适应频率范围;其次,为抑制系统的高频振荡,从控制系统电压前馈和虚拟串联阻抗有源阻尼控制2个方面开展换流站高频阻尼特性提升方案研究,提出采用取整函数的非线性电压前馈策略;再次,以抑制高频振荡和不引起额外频段振荡为约束条件,基于换流站简化模型,解析有源控制器关键参数选择表达式,研究关键参数对换流站阻抗的影响;最后,采用电磁暂态仿真,从高频振荡抑制、电压前馈环节、暂态穿越特性等方面验证所提高频性能提升方案的正确性和有效性。     

基于同伦变换的VSC-HVDC分散协调鲁棒阻尼控制器设计

针对含柔性直流的区域互联电力系统低频振荡,提出一种基于同伦变换的有功、无功分散协调控制方法。首先,通过数字子空间状态空间系统辨识算法辨识出系统多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)状态空间模型,并对系统进行振荡模态分析。其次,基于线性矩阵不等式鲁棒控制理论,设计出集中MIMO附加鲁棒控制器。最后,应用同伦变换将集中MIMO鲁棒控制器转化为分块对角化的结构,从而得到多个低阶单输入单输出鲁棒控制器。仿真验证表明,该文所设计的有功、无功相协调的分散鲁棒控制器能有效抑制低频振荡,控制器阶数低,无耦合,鲁棒稳定性强,在严重故障情况下能充分利用基于电压源换流器的直流输电的有功和无功调制能力,并且在信号丢失时能保持较好的阻尼性能。     

光伏电站自抗扰附加阻尼控制抑制低频振荡策略研究EI北大核心CSCD

大规模光伏电站并网对电力系统阻尼影响显著,同时也为抑制低频振荡提供了新途径。为此提出了基于自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)的光伏电站有功附加阻尼控制。采用复数力矩系数法推导了光伏电站ADRC附加阻尼控制对发电机阻尼系数的影响,在DIg SILENT中搭建了含光伏电站ADRC附加阻尼控制的电力系统,并进行了仿真验证。在单机无穷大系统中,对比了传统PI控制器与ADRC控制器对低频振荡的抑制效果,结果表明ADRC控制器效果更为优越;在4机2区域系统中仿真了不同联络线功率和光伏电站并网容量下控制效果,表明ADRC控制器不仅有效抑制联络线的功率振荡,而且抑制了邻近同步发电机的有功振荡,且随光伏容量增大抑制效果也越明显,同时具有较强的鲁棒性。