基于机电回路相关比灵敏度的DFIG并网系统机电模式抑制

机电模式(EOM)是与同步发电机(SG)机械暂态强相关的振荡模式,对SG轴系和电网稳定影响较大.为了抑制EOM,可以调节SG出力以减小机电回路相关比(ρ),但需要以灵敏度为依据.双馈感应风电机组(DFIG)并网后,需要联立SG和DFIG以建立系统状态矩阵,增加了抑制EOM的难度.针对DFIG并网电力系统,筛选出EOM.将ρ对控制参数的灵敏度,展开为对参与因子的灵敏度.考虑参与因子由特征向量组成,补充后者幅值和相位约束,得到特征向量灵敏度的唯一解.考虑SG出力间接影响节点电压和特征值,引入潮流雅可比矩阵的逆,建立特征值和特征向量对SG出力的灵敏度.最终首次提出ρ对SG出力灵敏度的解析表达.结果 验证了所提灵敏度的准确性.调节SG出力后,危险机电模式19,20的ρ减小约13％,验证了所提算法对EOM的抑制效果.     

风电系统中异步电机机电模式研究

随着风电容量的增加,异步电机对同步电网动态特性的影响更加明显。提出在五阶异步电机模型中,计及定子电压相角变化引起的定子频率变化。将振荡模式对状态变量的参与因子按同步和异步电机类型分类,修改机电回路相关比定义以判别异步电机机电振荡模式。采用Prony算法,提取异步电机振荡曲线的特征参数。静态稳定和时域仿真得到的机电振荡模式,都证明了异步发电机比同步发电机更容易导致非失步振荡过程。     

风电系统中异步电机机电模式研究

随着风电容量的增加,异步电机对同步电网动态特性的影响更加明显.提出在五阶异步电机模型中,计及定子电压相角变化引起的定子频率变化.将振荡模式对状态变量的参与因子按同步和异步电机类型分类,修改机电回路相关比定义以判别异步电机机电振荡模式.采用Prony算法,提取异步电机振荡曲线的特征参数.静态稳定和时域仿真得到的机电振荡模式,都证明了异步发电机比同步发电机更容易导致非失步振荡过程.     

基于无功优化的DFIG并网电力系统OSC-OPF算法

双馈感应发电机(DFIG)与同步发电机(SG)间动态交互,影响系统阻尼振荡能力。由于系统状态矩阵由SG和DFIG参数决定,推导振荡模式对受控参数灵敏度的难度增加。针对含DFIG的电力系统,为量化无功调节对阻尼振荡的控制效果,提出阻尼比对SG无功出力灵敏度的解析表达。引入最小阻尼比约束,提出基于无功优化的振荡稳定约束最优潮流(OSC-OPF)模型。根据OSC-OPF拉格朗日乘子,提出稳定约束下网损对SG无功容量的灵敏度。仿真结果证实,所提模型有助于降低风电系统网损并改善其阻尼振荡能力。     

运行条件变化对机电振荡模式的影响分析

采用特征值灵敏度分析的方法,确定多机电力系统在720个运行条件下的机电振荡模式.在此基础上,定量分析了振荡模式随运行条件的变化特性,从而对基于概率灵敏度方法确定的机电振荡模式进行了验证.所述分析在一8机系统的算例上进行.     

运行条件变化对机电振荡模式的影响分析

采用特征值灵敏度分析的方法,确定多机电力系统在720个运行条件下的机电振荡模式。在此基础上,定量分析了振荡模式随运行条件的变化特性,从而对基于概率灵敏度方法确定的机电振荡模式进行了验证。所述分析在一8机系统的算例上进行。     

快速求解多机系统机电振荡模式的新算法

提出了一种快速求解多机系统机电振荡模式的新方法,既能避免维数灾问题又能防止出现丢根现象。首先,通过建立发电机的经典模型,计算出多机系统的各振荡模式(特征根虚部)和振荡模态(特征向量);再用等值阻尼系统表示发电机的励磁控制作用对机电振荡模式的影响,推导出只用机组惯性常数M和阻尼系数D及相应的特征向量表示的机电模式的实部估算公式,由此公式估算出相应的实部,从而得到各振荡模式的特征根的初值;根据Heffron-Phillips全系统的状态矩阵和已经估算出的特征根,用反幂法快速求出系统状态矩阵的根,即为此多机系统的全部机电模式特征根。最后,用ENGLAND10机系统算例证明了该方法的有效性。     

弱电网下风电有功出力对次同步振荡特性影响分析及参数调整

针对弱电网下直驱风电场有功出力对次同步振荡特性(subsynchronous oscillation,SSO)的影响问题,建立了并网系统动态数学模型,利用特征值分析法和参与因子计算,得到主导振荡模式以及主要参与的控制环节。通过分析在不同控制参数和系统结构参数下有功出力与SSO特性的关系,解释学术界和工程中关于有功出力对SSO阻尼影响存在不同观点的原因,确定影响有功出力与SSO阻尼之间关系的主导因素。同时,根据有功出力与SSO阻尼相关特性制定具有抑制SSO作用的参数调整方案,以求对实际工程起到重要的指导作用。时域仿真验证了相关特性和参数调整方案的正确性与有效性。     

基于双馈风电机组控制参数优化的电网功角振荡控制

随着大量风电并网，双馈感应发电机（DFIG）与同步发电机（SG）间的动态交互，将加剧SG功角振荡。基于特征值分析的控制参数优化，未考虑非线性元件和大扰动场景。该文从抑制功角振荡出发，以SG转速为DFIG电力系统稳定器（PSS）输入信号，建立风电并网电力系统动态模型。在微分方程中引入中间变量，以解耦状态变量轨迹灵敏度。区分状态变量与代数变量对应的雅可比矩阵，推导DFIG并网电力系统轨迹灵敏度的解析表达。设定目标函数为SG功角偏差相对值二次方对时间积分，按时间顺序累加功角对控制参数的轨迹灵敏度，得到目标函数对控制参数的梯度信息。考虑DFIG-PSS可能弱化转子侧变流器（RSC）控制效果，提出基于轨迹灵敏度的RSC和DFIG-PSS参数协调优化方法。给出4机2区域系统仿真结果，验证了所提方法对DFIG并网系统功角振荡的阻尼效果。     

电力系统机电暂态仿真多机控制系统诊断分析

为了提高电力系统机电暂态控制能力,提出了以主导轨迹断面阻尼比灵敏度条件来分析仿真关键参数的方案,从而将轨迹特征根处理思想引入工程分析中。系统通过二个典型模式发生振荡,仿真测试后以Prony方法处理发电机的功角曲线生成振荡变化的特征量组,判断模式二属于主导仿真模式。通过时段主导模式得到的轨迹断面阻尼比灵敏度更高。在相同的模式下,当参与因子提高后,机组控制系统可以形成更高的轨迹断面阻尼比灵敏度。对于复杂多机系统,可以利用轨迹断面阻尼比灵敏度来诊断控制系统的各项参数,从而更高效地处理复杂振荡模式并降低计算量。经过3.5 s仿真后,考虑到Dy比规定门槛值更大,机组励磁控制系统具有增幅振荡的特性。当T_A上升后能够达到更高的稳定性,参数T_A提高形成了更平稳的励磁电流与功角曲线。     

Eigenstructure assignment in a longitudinal power system viaexcitation control

A study is made of the control method for the simultaneous assignment of eigenvalues and eigenvectors, which is often referred to as eigenstructure assignment. The motivation for eigenstructure assignment is that system damping can be improved by means of eigenvalue assignment and that the system dynamic behavior can be altered using eigenvector assignment. The proposed control scheme is of the decentralized output feedback supplementary excitation control configuration which is most desirable in practice. Results obtained from the application of the proposed controller to the system studied, which is of longitudinal structure, show that exact assignment of the eigenstructure associated with the worst-damped electromechanical mode can be achieved. The effect of eigenvector assignment on the participation factor is also investigated     

光伏电站抑制电网机电振荡的物理机制研究

通过2个受控电流源来描述光伏在机电时间尺度下的有功、无功功率输出特性,并据此建立了光伏参与机电振荡抑制时的电网有功功率分布模型,利用电气转矩法分析了光伏在振荡抑制模式下影响同步机电系统惯量水平、阻尼能力、同步特性的物理机制及其影响规律。研究结果表明:若光伏系统根据系统机电振荡过程中的转速、频率、功率、功角等特征量的变化趋势来动态地调控其输出的有功、无功功率,则电网的阻尼能力、同步特性、惯量水平将被等效地改变。因此,光伏系统可以根据电网运行需求主动地调控系统的振荡幅值、振荡周期以及振幅的衰减速度。仿真结果验证了光伏系统抑制电网机电振荡机理分析的正确性。     

双馈风电机组虚拟惯量控制对电力系统机电振荡的影响分析

虚拟惯量控制能使双馈风电机组为电网提供类似同步发电机的调频特性而得到广泛关注,但同时这种有功—频率外特性将不可避免地使双馈风电机组参与到同步发电机的机电振荡模式中,导致系统动态变得更为复杂。为了揭示双馈风电机组中虚拟惯量控制对电力系统机电振荡模式的影响规律,文中建立了基于虚拟惯量控制的双馈风电机组并网系统小信号模型,采用模态分析法分析了虚拟惯量控制相关控制回路(即虚拟惯量模拟环、锁相环和有功控制环)对同步发电机间机电振荡模式的影响规律。基于改进四机两区域系统的研究表明,增大下垂系数和适当增大滤波时间常数能改善系统阻尼,锁相环带宽和功率外环带宽过小将使双馈风电机组有功控制延迟,从而无法提供正向的阻尼转矩,导致系统阻尼减小。     

DFIG Oscillation Modes Causing Strong Dynamic Interactions to Degrade the Damping of Power System Low-Frequency Electromechanical Oscillations

Open-loop modal coupling is the closeness of an open-loop oscillation mode of a grid-connected DFIG to an open-loop electromechanical oscillation mode of a power system on the complex plane. When the open-loop modal coupling occurs, the dynamic interactions between the DFIG and the power system become strong and may degrade the damping of the low-frequency electromechanical oscillations (LEPOs) of the power system. In this article, analysis is carried out to explain why the open-loop modal coupling may cause the damping degradation of the LEPOs. By deriving the simplified open-loop transfer function matrices of the DFIG, existence of open-loop DFIG oscillation modes to cause the open-loop modal coupling is analytically examined. Conclusions of analytical examination are: (1) If the rotor speed is used as the input signal to the active power control outer loop of the rotor side converter (RSC) or the generic type 3 model is adopted by the reactive power control outer loop of the RSC, the DFIG may have an open-loop oscillation mode to cause the open-loop modal coupling; (2) The PLL may also contribute to an open-loop oscillation mode of the DFIG. Study cases are presented to demonstrate and evaluate the analysis and conclusions.     

多机系统PSS选址方法分析与对比

电力系统低频振荡是影响互联大电网运行的重要问题,电力系统稳定器(PSS)被广泛应用于抑制负阻尼引发的低频振荡,但是多机电力系统中如何布点PSS,从而更有效地抑制低频振荡是一个尚未解决的问题。文章详述了两种PSS选址方法,即参与因子法和特征值灵敏度法,利用特征值分析求出系统的状态矩阵,并在此基础上得到参与因子以及状态矩阵对任意参数的偏导数。通过对这两种方法原理的分析对比,指出了它们各自的优缺点及适用范围。最后利用典型两区域四机算例,分别求取所关心低频振荡模式的参与因子及灵敏度,验证了两种方法对于特定的低频振荡模式主导机判断的准确度,并对产生所得结果的原因进行了讨论分析。     

含并联直驱风电机组并网的风电场多开环模式谐振

针对电力系统中的次同步振荡问题,采用开环模式谐振分析方法研究了多台具有相同参数的直驱风电机组并联并网后引发电力系统次同步振荡的多开环模式谐振现象,构建了以直驱风电机组为反馈子系统和电力系统其余部分为前馈子系统组成的闭环互联模型。针对网侧换流器直流电压外环和锁相环动态主导的振荡模式,研究2个子系统之间的多开环模式谐振。模式分析计算结果表明,多台直驱风电机组的并网会导致锁相环模式的阻尼降低; 并联并网直驱风电机组的数目增加会导致电力系统的次同步振荡。     

改善虚拟同步发电机阻尼特性的设计方法

虚拟同步发电机(virtual synchronous generators,VSG)控制基于虚拟同步机制可以增大电力系统等效转动惯量,改善电网稳定性.但是由于虚拟同步发电机模拟传统电机的机电暂态特性,传统电机的动态稳定性问题也因此被引入到虚拟同步发电机中.通过建立虚拟同步发电机的动态模型,发现线路电感会对系统等效产生...     

Reducibility and eigenvalue sensitivity for identifying criticalgenerators in multimachine power systems

A selection procedure to identify critical generators to be equipped with power system stabilizers is proposed. The selection is based on the sensitivity of critical eigenvalues to a parameter of the state coefficient matrix. Critical generators are identified by observing the sensitivities of the eigenvalues with respect to parameters which affect the damping of the machine rotor oscillation. These parameters are the diagonal elements of the coefficient matrix. Unlike other methods, the proposed method for calculating eigenvalue sensitivity does not require any eigenvectors. There are also no derivatives involved. One of the main advantages of this method is that it shows the dependence of eigenvalue sensitivity on power system structure; this may be helpful in reducing the size of the system. The effectiveness of the method is described through the application to a multi-machine power system dynamic model     

THE SVD OF SYSTEM MATRICES AND MODAL PROPERTIES IN A TWO-AREA SYSTEM

ABSTRACT

In this paper we present results of a comparison of participation factors with a new method that uses the singular value decomposition ( SVD) of complex matrices which are functions of the state matrix A, the input matrix B, the output matrix C and the eigenvalues as measures of modal controllability and observability. The agreement between the two approaches is remarkable. We also give some results about the conditioning of single eigenvalues and eigenvectors and apply them to the same system mentioned above. We find that in some region in the parameter space the eigenvalues corresponding to the area modes approach each other coalescing into a double eigenvalue. At this point and in a region surrounding it in the parameter space the eigenvalues and the eigenvectors become very ill-conditioned rendering the information obtained from the eigenvectors meaningless.