基于改进型LADRC的STATCOM抑制双馈风电场次同步振荡策略

针对双馈风电场经串联补偿线路送出引发的次同步振荡问题,提出了一种基于改进型线性自抗扰控制(LADRC)的静止同步补偿器(STATCOM),实现对系统次同步振荡的抑制。LADRC设计时考虑延时因素,在控制计算中消除由信号测量、传输等延时导致的输入量之间时间轴上的不匹配。基于改进型LADRC设计了STATCOM的附加阻尼控制器、电压外环、电流内环控制器以及锁相环,使STATCOM为系统提供正阻尼,同时增强控制系统的速动性和抗干扰能力,以适应次同步振荡工况,并从阻抗角度分析了STATCOM抑制次同步振荡的作用机理。在MATLAB/Simulink中搭建了系统的时域仿真模型,实验结果证实了所提出的抑制策略在动态性能和抗干扰方面的优越性。     

虚拟同步直驱风电场经MMC-HVDC并网的低频振荡特性分析

虚拟同步直驱风电场经功率同步环与模块化多电平换流器柔性直流(MMC-HVDC)输电互联,将存在低频振荡风险。考虑MMC-HVDC和直驱风机网侧换流器以及转子侧换流器内部的动态过程,首先建立虚拟同步直驱风电场经MMC-HVDC并网的小信号模型,并通过精细化电磁暂态仿真验证其准确性。随后,利用根轨迹方法,分析风电功率波动和交流系统强度变化对互联系统稳定性的影响,设计功率变化时虚拟同步直驱风电场的参数整定方法。结果表明,由于功率外环和MMC-HVDC送端整流站电压环作用,在风电场输出功率增大和交流系统强度降低的过程中,互联系统存在低频振荡现象。通过合理调整锁相环、虚拟同步机(VSG)有功环和MMC-HVDC送端整流站电压环的控制器参数、改变VSG阻尼项形式,可以抑制振荡并实现稳定运行。     

基于同步相量轨迹拟合的电力系统次同步/超同步振荡的实时参数辨识EI北大核心CSCD

基于同步相量数据的次同步振荡参数辨识可有效监测次同步振荡的动态过程。该文提出一种基于同步相量轨迹拟合的电力系统次同步/超同步振荡的实时参数辨识方法。通过求解超定非线性的同步相量轨迹拟合方程组,能准确得到频移基波、次同步和超同步分量的频率、幅值和相位。该方法利用各分量对应的同步相量正负频率部分耦合而成的椭圆轨迹特性,仅依据100ms的同步相量数据序列即可进行高实时性的参数辨识。所提算法相比现有算法的优势在于,一方面可辨识与次同步分量耦合的超同步分量参数;另一方面超短数据窗大幅提升了算法实时性,并克服了频谱分析法的频率分辨率受限问题。模拟同步相量测量终端(phasor measurement unit,PMU)数据和实际仿真数据的对比分析结果表明,所提方法可准确获取基波和次同步/超同步振荡参数,并有效实现次同步振荡的动态实时监测。     

一种动态性能友好型柔性直流输电系统高频自稳控制策略EI北大核心CSCD

现有高频振荡有源抑制策略存在恶化柔直系统动态性能、对电网工况变化的适应性差等不足。该文提出一种动态性能友好型高频自稳控制策略,在基本不影响柔直系统动态性能的基础上,能够完全消除模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)交流端口的高频负电阻特性,对不同电网工况具有强适应性。首先,在静止坐标系中建立包含正负序分离环节、正负序电流控制环节和锁相环等的MMC高频阻抗模型,通过对比传统高频简化阻抗模型,发现锁相环对MMC高频阻抗的附加电阻效应,并进一步分析锁相环控制参数和静态工作点变化对附加电阻效应的影响。其次,阐述所提高频自稳控制策略的基本原理,并给出其参数设计方法。此外,通过建立柔直系统的动态响应模型和暂态电流模型,分析所提策略在柔直系统动态性能方面的优势。最后,通过仿真验证了所提策略能够有效适应不同电网工况,且基本不影响柔直系统的动态性能。     

双馈风电场的虚拟多联轴耦合与功率振荡抑制技术

虚拟同步机的多联轴耦合设计可灵活实现多机组一致性响应及协同优化运行,是风电场在功率振荡抑制中整体性能提升的关键。该文首先定义虚拟同步双馈风机与同步机之间的虚拟联轴,建立虚拟多联轴耦合下的系统动态模型,并分析多台虚拟同步机电气距离对系统功率振荡特性的影响机理。其次,通过分析多联轴耦合下虚拟同步机和同步机之间的功角幅频振荡特性,获取双馈风电场内虚拟同步多机一致性响应条件,并提出风电场的虚拟多联轴耦合控制方法,通过多联轴优化设计激发多机整体抑振性能。最后,搭建风电场高渗透下的新英格兰系统,验证所提控制策略通过一致性优化及多机协调,可形成风电场抑振整体效应,提升其对系统功率振荡及频率的支撑能力。     

变频电机电缆老化下的高频开关振荡特性研究

交流电缆是逆变器电机系统中传输电能的关键部件。针对变频电机系统电缆早期状态劣化特征微弱的问题,通过理论和实验研究了变频电机电缆老化下的高频开关振荡特性。首先,建立了三相四芯电缆的高频等效模型并分析了电缆绝缘劣化对绝缘电容参数的影响。然后,研究了电缆绝缘电容变化对系统差模开关振荡频率和阻尼特征的影响。最后通过加速热老化实验在3 kW感应电机对拖系统中进行了验证,实验结果表明,电缆加速老化后开关振荡频率变化了2.09%、阻尼变化了13.08%、阻尼特征相比于频率特征更加灵敏。该研究可为变频电机电缆早期劣化状态监测提供理论支撑。     

电力系统超低频频率振荡分析及扰动源定位

超低频率振荡是高比例水电系统面临的突出挑战,大量水电机组调速系统及水力系统的负阻尼聚合是激发全网频率振荡的主要原因。频率振荡期间,水轮机接力器往复动作会导致液压系统油压下降,严重时将导致机组低油压而停机,负阻尼振荡将导致系统频率增幅振荡,控制不及时可能触碰系统高/低周控制动作。传统的降低机组有功出力、提高系统电压水平等振荡控制手段对超低频频率振荡抑制没有明显效果,这对系统安全稳定运行带来严重危害。为准确定位超低频振荡强相关机组,提出了利用发电机速度偏差与机械功率获取调速系统振荡能量的计算方法。同时,针对工程中发电机机械功率难以直接测量的难题,研究提出了利用广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)实测的发电机转速和电磁功率合成发电机机械功率的实用算法,可准确计算动态过程中发电机机械功率值,并在电网超低频频率振荡案例分析和大电网超低频振荡预控中验证了该实用算法的有效性。该方法可综合应用同步相量测量装置(phasor measurement unit,PMU)/故障录波/WAMS等广域信息,实现电力系统发生超低频振荡时,可对机组控制设备进行精细化定位...     

基于支路模式振荡能量的低频振荡区域定位方法EI北大核心CSCD

电力系统发生低频振荡时,参与振荡的机组通过网络中的支路交换振荡能量,故支路上蕴含丰富的振荡信息。针对系统不同模式下振荡区域的识别问题,该文提出一种基于支路模式振荡能量的低频振荡区域定位方法。首先,在推导满足能量守恒定律的电力系统能量函数基础上,定义从网络角度研究系统振荡规律的支路振荡能量;解析发现支路振荡能量由多个支路模式振荡能量叠加而成,并提出多模式下支路模式振荡能量的提取方法;随后,通过理论推导建立支路模式振荡能量与发电机状态变量之间的解析关系,为采用支路模式振荡能量研究低频振荡问题奠定了基础;最后,建立基于支路模式振荡能量的低频振荡区域定位方法,并通过仿真分析验证了该方法的有效性。     

基于同步相量数据幅频特征的次超同步振荡模式辨识

随着可再生能源和高压直流输电的快速发展,次超同步振荡事故频发,对现有电力系统振荡的在线监测提出了更高要求。为此,提出了一种基于同步相量数据幅频特征的次超同步振荡模式辨识方法。首先分析了次同步振荡和超同步振荡对同步相量测量装置(phasor measurement unit, PMU)数据的影响机制,结果表明,PMU数据的正负频谱与次超同步振荡的模态线性相关。其次利用多点PMU数据相干谱判别振荡与噪声,有效减少了噪声引起的误判断。然后对次超同步振荡下的PMU数据开展频谱分析,建立了4个幅频特征量,并将振荡数据的特征集合作为输入训练并优化极限梯度提升树(extreme gradient boosting, XGBoost)模型,建立幅频特征与振荡模式的映射关系。所提方法利用振荡环境下PMU数据的固有幅频特征以及XGBoost算法强大的泛化性与计算效率,实现了噪声环境下次超同步振荡模式的快速、准确辨识。最后,利用仿真数据和实测数据验证了所提方法的有效性和实用性。     

一种改进线性扩张状态观测器的自抗扰控制宽频带振荡抑制方法研究

针对自抗扰控制策略在并网系统参数变化时能否维持逆变器接入弱电网的稳定性展开了进一步研究。首先,建立了计及频率耦合的自抗扰控制型并网逆变器等效单输入单输出序阻抗模型,并采用Nyquist稳定判据定量分析逆变器输出功率、电网短路比、锁相环以及自抗扰控制器参数变化对并网系统稳定性的影响。其次,针对上述参数变化所导致的弱电网下自抗扰控制型逆变器稳定性降低、宽频带振荡等问题,提出了一种改进线性扩张状态观测器(enhanced linear expansion state observer, e-LESO)的自抗扰控制宽频带振荡抑制方法。通过在传统一阶自抗扰控制器中LESO内部增添比例支路和滤波环节,重塑自抗扰控制型并网逆变器输出阻抗,拓宽其中频段(100 Hz~1 kHz)内呈正阻尼特性的频率范围,从而增强自抗扰型并网逆变器鲁棒性,实现宽频带振荡抑制。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。