变速风电系统形成强迫功率振荡扰动源分析

结合风力机运行特性,探讨永磁直驱变速风电系统成为强迫振荡源的原因。首先理论分析由风剪切和塔影效应引起的风力机机械转矩波动特性,推导出风电系统电磁转矩波动与机械转矩波动的关系表达式,采用频域法分析风电机组的输出功率特性,并通过时域仿真进行验证。研究结果表明,永磁直驱风电系统可能成为共振型低频振荡的扰动源,其功率波动频率与风力机转速相关,幅值与风力机运行点、风电系统参数和系统阻尼相关。引起共振的主要因素是塔影效应,而风剪切分量很难引发共振。     

基于改进BBO算法的SSSC阻尼控制器优化设计

串联补偿技术的大规模应用会造成发电机组次同步振荡（SSO）,影响电力系统的安全运行。为有效提高静止同步串联补偿器（SSSC）阻尼控制器的控制效果,提出一种改进的生物地理学优化算法（BBO）,将其用于SSSC阻尼控制器的优化设计中,以实现抑制发电机组的次同步震荡。利用Prony算法具有良好的模态识别效果的特点,对输出信号进行准确分析得出系统的特征值,从而来识别系统的振荡频率;通过结合改进BBO算法和Prony算法设计了SSSC阻尼控制器,并对控制器参数进行了优化;在PSCAD平台上搭建IEEE第一标准模型进行仿真分析。结果表明,采用改进BBO算法优化设计的SSSC阻尼控制器,能够快速有效抑制发电机组的次同步振荡,保证机组的安全运行。     

电压控制型虚拟同步发电机控制特性评估与多机稳定性分析

通过模拟同步发电机的机械运动方程，建立电压控制型虚拟同步发电机，设计原动机调节和励磁调节控制策略，并模拟同步发电机的转动惯量，提高新能源机组对电网稳定运行主动支撑能力。提出有功-负荷系数、有功调频系数、无功调压系数、一次调频稳定时间和无功调压稳定时间5个控制特性评估指标，构建基于Matlab/Simulink的电压控制型虚拟同步发电机控制特性电磁暂态仿真验证模型，重点分析小扰动下不同关键控制参数对电压控制型虚拟同步发电机有功调频和无功调压性能的影响，定量分析关键指标变化趋势和规律，给出有功控制环虚拟惯量、阻尼系数以及无功控制环积分系数和下垂系数工程化应用优化参数区间。最后，通过建立多台电压控制型虚拟同步发电机并联并网模型，研究电压控制型虚拟同步发电机间交互振荡机制，分析得出接入大电网振荡临界参数、振荡频率及多机并联振荡模式。     

原动机周期性扰动引发强迫功率振荡特性研究

大型水电、火电集中外送系统存在的功率振荡是中国能源外送面临的突出难题,严重限制了外送功率的提升。近年来,实际电网中多次发生强迫功率振荡,前期研究表明,原动机周期性扰动很容易引起电网强迫功率振荡。结合计及原动机调速系统的Phillips-Heffron模型,分析得出共振时扰动源机组的机械负阻尼转矩系数KRE为较大正值;同时进行能量分析,振荡时扰动源机组的势能与非扰动源机组的势能变化呈现明显不同的增长趋势。因此,结合发生强迫功率振荡时各机组的转矩和能量性质,能够实现对原动机周期性扰动类型扰动源的定位。     

双馈风机的次同步振荡特性与基于虚拟电阻的抑制策略研究

文章建立了双馈风力发电机经串补线路接入无穷大系统的模型。考虑了转子侧变换器的影响,对双馈型风电机组次同步频率下的等值电路进行新的推导和分析,得到了风速、串补度对次同步振荡的频率及系统阻尼的影响特性,从机理上得到了DFIG转子侧变流器比例系数对系统稳定性的影响特性。文章对不同工况的时域进行仿真验证,最后基于机理分析提出了转子侧引入虚拟电阻抑制次同步振荡的策略,该策略可以增大次同步频率下系统的阻尼,能起到抑制次同步振荡的作用。     

弱电网下锁相环对大型光伏电站振荡模式的影响

建立含锁相环的大型光伏电站并网系统小信号模型,采用特征值法分析电网强弱和锁相环参数对各振荡模式的影响规律,然后在频域下分析锁相环参数和并网点短路比对其振荡回路稳定性的影响。结果表明:系统主要存在高频下的LCL振荡模式、次同步频率下的电流振荡模式和锁相环振荡模式;电网变弱或锁相环参数变化时,3个振荡模式中电流振荡模式的阻尼最先由正变负,是导致系统失稳的主要原因;适当增大锁相环的比例系数、减小积分系数,有助于提高系统阻尼,增强系统稳定性。时域仿真验证理论分析的准确性。     

基于有源阻尼控制的区域电网新能源基地次同步振荡抑制的研究

近年来,由于大规模新能源基地不断接入电网,导致系统转动惯量降低,产生次同步振荡问题。为此,提出了基于有源阻尼的新能源基地次同步振荡抑制策略。该控制策略将有源阻尼控制器附加于新能源并网装置的有功功率环上,通过采集电网频率,实现对振荡频段内的输出信号进行幅值和相位校正,改善系统的次同步阻尼特性,提高系统稳定性。在此基础上对有源阻尼控制器参数进行优化设计,并通过特征根分析法和Prony算法进行验证。最后,以某市区域电网为例进行仿真分析,当该电网出现次同步振荡后,在新能源基地上附加有源阻尼控制,可以快速抑制次同步振荡,提升系统阻尼,验证了有源阻尼控制的适用性和有效性。     

基于EMD和TLS-Prony的次同步振荡模态辨识方法及电压反馈抑制策略

以减小次同步振荡模态辨识中的误差，提升Prony算法的抗噪性，抑制双馈风电机组并网次同步振荡为研究对象，提出一种基于经验模态分解（EMD）和TLS-Prony算法的次同步振荡模态辨识方法及电压反馈抑制策略。首先，使用EMD对振荡信号进行预处理，降低噪声对Prony算法辨识振荡模态的影响；然后，使用TLS-Prony算法进一步抑制噪声干扰，提取振荡特征，辨识振荡模态；最后，直接调整控制参数调制网侧变流器的输出电压，向系统注入等效正电阻，改善系统负阻尼特性，设计以串补电容电压为反馈输入信号的附加阻尼控制器。采用模态计算分析附加阻尼对系统稳定性的影响，基于Matlab/Simulink仿真平台验证所提阻尼抑制策略的有效性。     

西南异步互联下某大型水电站抑制低频振荡的调速系统参数优化与功能研究

本文通过建立区域互联电网模型,结合发电机转子运动方程仿真分析异步互联模式下水轮机调速器调节特性对电网频率的影响。在此基础上,结合西南电网由同步运行转为异步运行时电网结构的变化,仿真分析西南电网异步互联后暂态响应特性以及超低频振荡产生原因。从而提出通过对锦屏电站等大型水电机组调速器控制系统功能及参数优化,即增加小网控制模式,以抑制西南电网超低频振荡。     

一种基于全闭环实时数字物理仿真的 次同步振荡阻尼控制

为解决呼盟系统火电机组存在的次同步振荡问题,提出一种基于静止无功补偿器的次同步振荡阻尼控制。采用RTDS实时仿真工具与实际系统控制器搭建全闭环实时数字物理仿真平台,实现验证控制策略、优化控制参数及检验控制器有效性等工作。通过频率扫描法仿真实验寻找次同步振荡中心频率,大扰动仿真实验表明,静止无功补偿器能有效抑制火电机组轴系次同步振荡,验证了控制策略正确性及可行性,为现场调试提供指导。     

计及储能动态的VSG惯量阻尼自适应控制研究

随着风力发电、光伏发电等新能源发电渗透率增加,电力系统的等效惯量和等效阻尼逐渐减小,其稳定性问题变得越来越严峻。虚拟同步发电机（virtual synchronous generator, VSG）技术的提出能有效地解决这一问题。然而,传统的VSG并网逆变器采用恒惯量和阻尼控制,在系统受到扰动时,其鲁棒性较差。因此,为增强系统的鲁棒性,优化其频率响应曲线,本文提出了一种计及储能装置动态特性的并网VSG惯量阻尼自适应控制策略。首先,阐述了VSG的基本工作原理,然后通过建立其数学模型分析不同旋转惯量和阻尼系数对系统输出特性的影响。在此基础上,结合同步发电机（synchronous generator, SG）功角特性曲线和频率振荡曲线设计出旋转惯量和阻尼系数的自适应控制策略,该控制策略通过引入惯性环节以较好地匹配储能装置的动态特性。最后,通过MATLAB/Simulink仿真软件对比分析了所提控制策略和传统的VSG恒惯量和阻尼控制,结果验证了所提控制策略的正确性。     

基于变论域模糊控制的VSG自适应控制策略

针对虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)控制在负载扰动或电网频率波动下引起的有功功率与输出频率振荡问题,结合变论域思想提出一种VSG改进模糊自适应控制策略。首先,建立VSG有功-频率环小信号模型,分析虚拟惯量与阻尼系数对系统暂态过程的影响,为参数选取提供依据。其次,依据功角特性曲线确定参数与输出频率间的变化关系,以此为基础设计模糊控制器动态调节虚拟惯量与阻尼系数。之后,通过添加伸缩因子模糊控制器完成模糊论域的动态整定,其与增加模糊规则等效,可提高控制精度。最后,在Matlab/Simulink中搭建单机VSG模型,对几种自适应控制进行仿真对比,结果表明所提出的控制策略在抑制功率和频率超调及降低调节时间方面表现更加优异,验证了该控制策略的有效性和优越性。     

基于VSG的低压柔性直流系统连接串联补偿电网的稳定性分析

低压柔性直流输电系统可实现异步电网互联,并且具有控制灵活等优点。而虚拟同步机技术通过模拟传统同步发电机的外特性可以弥补电力电子设备无惯性和阻尼的缺点。然而,虚拟同步机与串联补偿电网之间的阻抗交互作用可能导致系统失稳,而目前这方面的研究较少。该文对基于虚拟同步机的低压柔性直流输电系统进行序阻抗建模,通过伯德图分析低压柔直虚拟同步机连接串联电容补偿电网的稳定性。提出一种动态虚拟阻尼系数的有源阻尼控制方法,通过动态调节虚拟同步机阻尼系数,同时结合调制信号反馈有源阻尼方法,共同抑制次同步振荡。所提出的改进后的有源阻尼控制方法可以解决调制信号反馈有源阻尼方法中,虚拟电阻值设置过大造成的工作点偏移。最后通过Simulink仿真验证所提出方法的有效性。     

汽轮机DEH比例微分前馈控制对电功率稳定性影响的研究

针对汽轮机调速系统中延迟时间会恶化阻尼的问题,将转速控制器中的比例前馈改为比例微分前馈。通过数学推导以及频域分析法对表征汽轮机调速系统阻尼特性的机械阻尼系数进行分析,采用Matlab/Simulink建立包含延时等非线性环节的汽轮机组单机无穷大电网模型,对机组添加频率小扰动进行仿真。结果表明:在常规比例前馈中增加微分环节可以显著增大汽轮机侧的阻尼;比例微分前馈方式下的电功率超调量更小,曲线衰减更快,达到稳定的时间更短。     

基于改进HHT算法的电力系统低频振荡模态辨识研究

针对电力系统低频振荡问题,在运用阻尼转矩对单机无穷大系统分析低频振荡机理与特点的基础上,对低频振荡经验模态分解时存在的端点效应问题进行了理论分析与改进,提出了一种基于端点优化对称延拓法的有效改进EMD分解边界效应的HHT算法对电力系统低频振荡进行辨识。通过对测试信号进行仿真,同时也利用广域FNET监测系统的测试结果进行低频振荡参数辨识及抑制实验,研究了该算法在模式辨识方面的有效性和准确性。仿真和实验表明,基于改进HHT算法的低频振荡辨识方法能快速高精度地辨识出振荡模态信息,并能有效指导电力系统稳定器PSS的配置及参数设计,从而维持电力系统的安全与稳定。     

调速系统恶化阻尼的机理分析及其改进措施

以汽轮机调速系统为例，对其恶化系统低频振荡阻尼的机理进行了研究；探讨了引入附加控制消除调速系统在低频振荡时产生的负作用，给出考虑调速系统及其附加控制的单机无穷大系统的传递函数框图，推导出系统的线性方程组并进行仿真计算。结果表明：调速系统的参数选择不当会提供负阻尼恶化系统的低频振荡；附加控制能有效消除调速系统的负作用。     

大电网发电机组电压调差系数优化和整定方法

提出了以提高系统稳定性为目标的机组调差系数优化整定理念和方法。利用该方法得到的机组调差系数,可以在提高系统同步转矩的同时不会造成阻尼转矩的恶化,有利于系统在受到扰动时保持稳定运行;仿真算例证明了该方法的有效性;编写了用于专门针对机组调差系数优化整定的软件,并在实际电网中投入使用,取得了良好的应用效果。     

优化虚拟同步发电机惯量和阻尼的自适应控制策略

以新能源为主的微电网惯量小、阻尼弱，而虚拟同步发电机（VSG）是增强惯性和阻尼以提高微电网稳定性的有效手段，但同时引入同步机类似的功角振荡问题。该文提出一种优化VSG惯量和阻尼的自适应控制策略，改善小干扰稳定和暂态稳定。首先，建立虚拟同步发电机控制模型，在虚拟惯量控制中引入双曲正弦函数（tanh）优化惯量，通过等面积定则分析，验证优化惯量控制的正确性；在虚拟阻尼中引入灵活切换暂态阻尼和稳态阻尼控制环节，采用根轨迹分析论证优化阻尼方法的有效性。然后，根据频域特性指标，采用主极点法设计控制参数。最后，通过Simulink仿真，验证提出的优化方法对提高小干扰稳定和暂态稳定的有效性。     

可再生能源虚拟同步发电机并网振荡模式及影响因素分析

虚拟同步发电机能使逆变器模拟同步发电机运行特性,有利于可再生能源发电友好并网。但由于虚拟同步发电机兼具同步发电机与逆变器的特点,并网运行时,有可能面临振荡风险,且振荡类型和形式更加复杂。文章首先介绍了虚拟同步机电路拓扑及多环控制的结构特点;在此基础上,分析了VSG电流内环、功率外环、VSG并联运行等影响因素与不同振荡频率之间的关系。建立了不同影响因素主导情况下的小信号模型,系统地分析了VSG并网运行时存在的高频、工频和低频振荡模式。最后,通过Matlab/Simulink仿真,验证了VSG并网时不同振荡模式与相应主导影响因素之间的关联关系。     

双馈风力发电系统故障不脱网运行能力研究

论述了变速双馈风力发电系统电网故障时的控制策略,提出了电网故障时转子过流保护、机械振荡阻尼控制、电压支持控制和无功功率泵升控制等策略,并通过仿真分析了三相短路故障时变速双馈风电系统的动态性能,采用该文的控制策略可有效保护变换器,抑制机械振荡,提供一定的电压支持和无功功率泵升能力,使双馈风电系统具有较好的故障不脱网运行能力,并提高了整个电力系统的稳定性.