一种基于自抗扰控制的多机低频振荡本地控制方法

电力系统低频振荡严重威胁着电网的安全稳定,主要表现为弱(负)阻尼振荡及强迫振荡。针对低频振荡抑制问题,引入基于自抗扰的多目标非线性控制方法,并采用本地控制信号实现多机电力系统低频振荡抑制。首先介绍自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)的基本理论,并进一步研究扩张状态观测器对低频振荡的观测能力。其次,结合非线性控制理论,采用微分几何线性化方法建立包含励磁及调速附加控制的电力系统模型,并将自抗扰控制与多性能指标非线性综合控制方法结合,采用分散的本地控制实现低频振荡抑制。最后,通过4机2区系统和新英格兰10机系统案例验证所提方法的有效性。理论分析和仿真结果表明本文所提方法具有良好的低频振荡抑制能力。     

考虑发电机控制装置的低频振荡定位及识别方法

负阻尼振荡和强迫功率振荡是两种典型的低频振荡,发电机的控制装置包括励磁系统和调速系统是振荡的两大能量注入源,其引发振荡的机理有本质的区别。因此,准确定位和识别振荡源对采取合理的抑制措施,提高系统稳定性有较大的参考价值。提出了一种根据发电机控制装置对系统阻尼的贡献以及强迫扰动源的相移特性进行振荡源定位及识别的方法。首先,深入到发电机励磁系统和调速系统,提炼出两种振荡下其内部电气量响应的一般规律;其次,在此基础上提出低频振荡源定位和识别判据;然后,进一步根据定位和识别判据原理,采用经验模态方法分解得出了判据指标的计算方法;最后,给出了发电机控制装置振荡源定位及识别方法流程。实际算例验证了所述方法的可行性和有效性。     

混流式水轮机跨振区时触发低频振荡特性分析与抑制策略

西南某大型混流式水轮机组在生产运行中,跨越振动区运行期间不时触发有功低频振荡现象,对电网稳定运行带来了一定的安全隐患.基于强迫振荡、扰动源定位及负阻尼等理论,分析了水力、机械等因素对低频振荡的影响,得出发生低频振荡的主要原因为水轮机跨振动区时停留在涡带工况区域,尾水涡带产生压力脉动,并且振荡符合强迫振荡机理.通过仿真优化励磁系统参数对抑制机组有功低频振荡所产生的不同效果,得出对励磁系统PSS参数进行优化可有效抑制混流式水轮机低频振荡现象.     

电力系统强迫功率振荡的基础理论

以单机无穷大系统模型为基础,阐述了电力系统强迫功率振荡的基础理论,分析了影响电力系统强迫功率振荡的主要因素,并对单机无穷大系统的强迫功率振荡进行了仿真验证。电力系统强迫功率振荡理论指出,持续的周期性小扰动会引起电力系统强迫振荡,当扰动频率接近系统固有振荡频率时,会引起系统谐振,导致大幅度的功率振荡。谐振引起的强迫振荡的幅值与扰动的幅值、系统固有的振荡阻尼大小有关:扰动的幅值越大,谐振幅值越大;系统固有的振荡阻尼越强,谐振幅值越小。谐振引起的强迫振荡的表现形式类似于属于自由振荡的电力系统负阻尼低频振荡,但两种振荡的起因不同。     

调速侧电力系统稳定器优化设计方法

为抑制由调速系统引起的弱阻尼低频振荡,提出调速侧电力系统稳定器优化设计方法.这一设计方法分为三步,依次为带通滤波器设计、调速侧电力系统稳定器相角补偿环节设计、调速侧电力系统稳定器增益设计.采用这一优化设计方法,在抑制低频振荡的同时可以确保调速系统调节速度满足一次调频性能要求.通过搭建电厂单机无穷大系统仿真模型,验证了这...     

发电机组引发电网功率振荡原因及其抑制措施研究综述

近年来,低频振荡成为危害电网安全运行的重要原因。在并网机组已普遍安装PSS的情况下,振荡现象仍然时有发生。结合低频振荡的负阻尼机理和强迫振荡机理,推导了发电机组引发功率振荡的代数方程,指出机组引发电网功率振荡的主要原因是减小系统阻尼和引入外界强迫扰动。针对发电机组的具体结构,深入分析并全面梳理了励磁系统和调速系统引发功率振荡的具体原因,最后提出了机组引发电网功率振荡的抑制措施。     

电力系统超低频频率振荡机理分析与抑制研究现状与展望

现代电力系统中多次发生了超低频频率振荡事故,威胁电网的安全稳定运行。该文根据超低频频率振荡对应的数学模型、振荡轨迹特征,分析归纳超低频频率振荡的数学机理分类,即负阻尼振荡、强迫振荡、切换型振荡和其它复杂振荡4类,并从参数变化角度给出相应的分岔特性;进一步,基于上述机理分类,分别综述相应的分析方法;再次,从改善机组阻尼、改善系统阻尼和调整系统结构3个方面,分析超低频频率振荡抑制的研究现状;最后,针对目前研究较少的切换型超低频频率振荡,从分析模型、分析方法、动力学机理、物理特性、抑制手段、实际验证等角度,讨论未来可能的研究内容与方向。     

调频双馈风电场的混合阻尼控制

本文研究双馈风电场参与电力系统调频对电力系统低频振荡的影响并提出相应的混合阻尼控制以消除潜在的弱阻尼振荡风险。弱电网中,调频风电场易引入新的机电振荡并可能恶化系统原有区域间低频振荡。此外,要求风电场参与电力系统调频时,调频控制易恶化风电机组轴系扭振,进而造成轴系损坏或系统失稳。上述振荡模式的振荡频率比较接近,容易发生有害交互。本文通过在风电场有功及无功控制器中引入混合主动阻尼控制策略,同时有效改善多振荡模式的阻尼。仿真结果验证了提出控制策略的有效性。     

电力系统低频振荡的类型判别研究与分析

随着区域电网互联、电网规模不断扩大和快速励磁系统的大量应用,电力系统动态稳定性问题也越来越突出,逐渐成为影响电网安全和限制输电功率极限的主要因素。由于动态元件的大量投入,改变了系统动态调节性能,若动态稳定性差将容易引发系统低频振荡。系统低频振荡会导致系统出现频率、电压、功率等电气量不同程度振荡的现象,持续恶化的互相作用最终将导致系统失稳、解列,形成大规模的停电事故。因此电力系统低频振荡问题越来越受到人们的关注,而如何正确、快速判别振荡性质成为难于解决的问题。对负阻尼振荡和强迫振荡的特性进行研究,提出了基于起振阶段暂态响应包络线形状的振荡类型判别判据,以某电网低频振荡为实例加以验证,表明所提出的研究方法能有效判断低频振荡类型。对分析实际运行中低频振荡现象以及有效抑制系统低频振荡具有重要的指导意义。     

电力系统低频振荡机理及其控制措施研究

首先分析了电力系统低频振荡的负阻尼振荡机理、产生负阻尼的系统条件;同时根据低频振荡的共振机理理论,分析了发电机二阶模型和考虑励磁特性的三阶模型产生共振振荡的机理;然后讨论了由于电力系统的非线性奇异现象引发的低频振荡的振荡起因和条件;最后,针对低频振荡问题提出了相关控制策略,并指出了其发展新动向和研究热点。     

水轮机及其调速系统对电力系统低频振荡的影响

传统上在对电力系统低频振荡的研究中,励磁系统被认为是造成低频振荡的主要原因。而目前认为,水轮机及其调速系统对电力系统低频振荡的影响也不能忽略。对低频振荡的研究主要从水轮机及其调速系统的作用着手,通过对实例的计算得出特征值、相关因子等,通过相关性分析等方法得出水轮机及其调速系统对电力系统低频振荡有影响的结论。     

电力系统低频振荡

由于系统缺乏阻尼或系统负阻尼引起的输电线路上的功率波动频率一般在0.1～2.0Hz之间,通常称之为低频振荡。随着电力系统规模的不断扩大和快速励磁系统的大量应用,电网的低频振荡问题越来越引起人们的关注。低频振荡影响电力系统稳定性和继电保护装置的可靠性。介绍了低频振荡的一些概念、各种机理、研究现状、常用的分析方法和控制方法,并对以后的工作重点做了进一步的阐述。     

汽轮机调速系统对电网低频振荡的影响

近年来电力系统中频繁出现汽轮机调速系统引发的低频振荡,为了探明该类低频振荡的原因,分析了调速系统对电力系统动态稳定的影响。建立了包含汽轮机调速系统的单机无限大系统模型,研究了调速系统增益对系统低频振荡模态的影响。研究结果表明,汽轮机调速系统增益虽然不改变调速系统阻尼特性分界频率,但是却对系统低频振荡模态频率产生影响,从而改变调速系统对低频振荡的阻尼性质。当调速系统增益超过临界增益时会诱发低频振荡现象,时域仿真和频域分析结果验证了上述结论的正确性。     

基于分散控制理论的多机系统低频振荡抑制

常规的电力系统低频振荡抑制措施是在发电机励磁系统中加装电力系统稳定器(PSS),然而它在多机电力系统中的应用并没有充分的理论研究.将大系统分散控制原理应用于多机电力系统低频振荡抑制问题,只要分散阻尼控制器(DDC)的阶数足够高,分散闭环控制系统的低频振荡模态总可以在复平面内任意配置.分析了PSS与DDC的关系,论证了PSS是DDC的一种特殊形式,因而从理论上说明了DDC比PSS优越.将DDC的优化配置表示为一个带不等式约束的非光滑优化问题并用遗传算法求解.以新英格兰测试系统和我国西北电网为算例的计算结果表明,在发电机励磁系统中加装DDC是一种有效的低频振荡抑制新措施.     

抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化

超低频频率振荡是有功频率控制过程的小扰动稳定问题。由于负荷电压调节效应使得无功电压控制和有功频率控制产生耦合,传统用于抑制低频振荡的电力系统稳定器(PSS)可用于抑制频率振荡。提出了在多机系统中选择抑制频率振荡的PSS的方法,该方法综合了PSS对低频振荡和频率振荡的影响大小。构建了抑制频率振荡的PSS参数优化模型,该模型仍然以低频振荡模式阻尼比作为优化目标,但加入频率振荡对应频段发电机励磁系统相位要求作为约束,保证机组励磁系统为频率振荡提供足够的正阻尼。采用粒子群优化算法对模型进行求解得到PSS最优参数。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

电力系统阻尼控制机理与特性

基于单机-无穷大电力系统,采用等面积定则分析电力系统阻尼控制机理。对电力系统稳定器（PSS）、静止无功补偿器（SVC）、晶闸管控制的串联电容器（TCSC）和高压直流（HVDC）的附加阻尼控制器的运行特性进行总结。对如何利用电网中各种阻尼资源以提高抑制系统区间振荡的能力进行讨论。当系统中已安装的PSS不能有效阻尼区间振荡时,可优先考虑利用HVDC的附加阻尼调制来增强阻尼。此外,可考虑柔性交流输电系统（FACTS）的附加阻尼控制,并认为TCSC抑制区间振荡的效果一般优于SVC。在四机两区域电力系统中的仿真分析结果验证了结论的合理性。     

UPFC抑制电网强迫振荡研究

为了抑制电网系统强迫振荡,首先通过整定合理统一潮流控制器(UPFC)主控制器参数,利用UPFC自身的动态控制作用提高系统阻尼水平;然后在其主控制器中加入辅助控制器,通过跟踪强迫振荡功率波动量并输出反相功率波对其进行抵消,从而进一步提高系统阻尼,增强UPFC对系统强迫振荡的抑制能力。在PSASP仿真平台中搭建模型,验证了所提UPFC主控制器及辅助控制器能有效抑制系统区域间联络线上的强迫振荡,从而尽可能减小强迫振荡对系统造成的损害。     

基于直观线性化模型的同步发电机电磁力矩解析

含阻尼绕组同步发电机电磁力矩系数的传统算式忽略直轴阻尼绕组与励磁绕组的互感,且不考虑自动励磁调节(AVR)的作用。为提高电磁力矩系数计算的准确性,细化关于AVR和阻尼绕组对机组稳定性影响的认识,基于计及阻尼绕组作用的c1-c12模型,采用微振荡法建立了计及AVR以及直轴阻尼绕组与励磁绕组互感的同步发电机电磁力矩系数表达式。基于这些表达式,按是否与AVR有关,将电磁力矩划分为固有分量和受控分量,对交、直轴阻尼绕组,励磁调节主通道等对机组同步能力特别是阻尼能力的影响以及低频振荡的机理进行了详细分析。分析表明,AVR总是削弱机组阻尼;在AVR作用下,交轴阻尼绕组的阻尼作用得到增强,而直轴阻尼绕组反而可能提供负阻尼;外部电抗和有功负载的增大导致固有阻尼能力下降;AVR削弱阻尼的强度不仅与其增益有关,而且随着固有阻尼能力的下降而增强。根据c1-c12模型与Phillips-Heffronk1-k6模型下阻尼力矩系数之差,给出了k1-k6模型等效阻尼系数算式。     

基于Prony辨识的自适应PSS的设计及研究

目前区域间低频振荡正成为影响电力系统稳定以及限制电网传输能力的重要因素。然而作为系统中最重要的抑制低频振荡的设备电力系统稳定器(PSS),目前往往采用离线整定的方法,未能考虑实际系统多样的运行方式,往往不能很好地提供阻尼从而抑制振荡。本文提出了一种基于改进Prony分析的在线自适应PSS设计方法。本方法通过改进的Prony分析在线求取低频振荡中各状态变量的频率、阻尼、初始相位。在阻尼不满足要求的情况下,通过加入强制阻尼并计算其加入前后暂态电势与发电机转速之间夹角的变化,得出此运行方式下由励磁系统及发电机的励磁绕组产生的相位滞后相位信息,进而得出最佳的PSS整定参数。最后以一个两区域四机仿真分析充分表明了所设计控制器的有效性。     

考虑时滞影响的电力系统广域集中励磁控制

针对电力系统区间低频振荡问题,构建了广域集中励磁控制(wide-area centralized excitation control,WCEC)框架。在充分考虑时滞影响的前提下,根据时滞输出反馈鲁棒控制理论设计了WCEC。广域测量系统实时测量反映区间低频振荡的状态变量,并将其传送至WCEC进行计算分析,WCEC把全局控制信号传送给相关机组的励磁系统,以此阻尼电力系统区间低频振荡。4机2区域电力系统的频域分析和时域仿真表明,WCEC在较宽的时滞区间内提高了系统的阻尼值,能够快速有效地抑制区间低频振荡,并且具有对运行状况的鲁棒性和对时滞类型的不敏感性。