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功率阶跃控制下系统频率最低点量化与提升方法

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上海交通大学学报 2024年

作者：伍双喜李文博秦颖婕闫斌杰李佳朋李宇骏西安交通大学电气工程学院广东电网有限责任公司电力调度控制中心

换流器型电源具有控制灵活、响应快的优点，利用其储能可实现对系统频率的快速支撑。针对现有方法缺乏控制对频率最低点影响的量化分析、无法在不同条件下有效提升频率最低点等问题，本文提出了一种基于功率阶跃控制的频率支撑策略，旨... 详细信息

换流器型电源具有控制灵活、响应快的优点，利用其储能可实现对系统频率的快速支撑。针对现有方法缺乏控制对频率最低点影响的量化分析、无法在不同条件下有效提升频率最低点等问题，本文提出了一种基于功率阶跃控制的频率支撑策略，旨在提升频率最低点。首先，分析了功率阶跃控制下系统的频率响应，推导了受扰后两次频率下跌时频率最低点的解析表达式。基于该表达式，结合各风机可释放的转子动能确定了功率阶跃控制的最优参考值，实现了多风机附加功率的协调分配。最后，在MATLAB/Simulink上搭建了测试系统模型，数值仿真结果验证了所提策略的有效性。

关键词：系统频率响应永磁同步风机一次调频功率阶跃控制

考虑控制器限幅的多虚拟同步发电机系统暂态同步稳定性分析

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电力系统自动化 2024年

作者：陆艺源李宇骏杨冬梅牟同鹏刘菁锐刘梦奇惠嘉祺杜正春西安交通大学电气工程学院国电南瑞科技股份有限公司

为保护耐压耐流能力有限的电力电子器件，虚拟同步发电机（VSG）通常配置多种控制器限幅。在暂态过程中，这些限幅将不可避免地被触发。针对含电流和频率限幅的多台VSG嵌入式电力系统，分析了暂态同步稳定性并提出一种保证系统稳定的控... 详细信息

为保护耐压耐流能力有限的电力电子器件，虚拟同步发电机（VSG）通常配置多种控制器限幅。在暂态过程中，这些限幅将不可避免地被触发。针对含电流和频率限幅的多台VSG嵌入式电力系统，分析了暂态同步稳定性并提出一种保证系统稳定的控制方法。首先，建立了含电流限幅的多VSG系统的动态模型，构造了暂态能量函数，并利用最近不稳定平衡点法得到了保证未触发限幅系统稳定的最大能量V（x）。然后，分析了频率限幅的影响，发现频率限幅上能量最低的仅具有动能的两个点就是离开边界点，并提出了触发频率限幅后重置系统运行点至这两个特殊离开边界点的控制方法。最后，通过优化方法，找到了令多VSG系统不进入电流限幅的最大能量Vcs，并基于V（x）和Vcs中的最小值配置了特殊离开边界点的频率限幅值，保证了含电流和频率限幅的多VSG系统的全局稳定性。通过9节点电力系统的仿真分析和硬件在环实验证明了所提理论的正确性。

关键词：虚拟同步发电机电流限幅频率限幅暂态同步稳定性暂态能量函数离开边界点全局稳定性

计及量测噪声的特征节点对联合判稳与紧急控制

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中国电机工程学报 2022年第23期42卷 8496-8508页

作者：曲仝孙华东郑超李宇骏西安交通大学电气工程学院陕西省西安市710049 中国电力科学研究院有限公司北京市海淀区100192

快速判别功角稳定性并实施紧急控制,对降低失稳风险、保障电网安全具有重要意义。该文针对不同位置的两节点,解析节点电压相量之间的相位差与频率差的时空分布规律,以及节点对与机组对相频轨迹的内蕴关联特征;评估广域测量系统(wide are... 详细信息

快速判别功角稳定性并实施紧急控制,对降低失稳风险、保障电网安全具有重要意义。该文针对不同位置的两节点,解析节点电压相量之间的相位差与频率差的时空分布规律,以及节点对与机组对相频轨迹的内蕴关联特征;评估广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)量测信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)、拟合时窗以及截止频率等因素对相频轨迹凹凸性误判率、判别时延的影响,提出量测采样及滤波参数的整定方法。为适应机群之间非同调振荡对节点对凹凸性判稳的影响,提出联合两个特征节点对(关键支路节点对NPkb和最大相位差节点对NPmθ)相频轨迹凹凸性判稳的方法,以及降低失稳风险的紧急控制策略。面向交直流混联实际大电网的仿真结果,验证采样与滤波参数整定方法的正确性,以及判稳方法和控制策略的有效性。

关键词：功角稳定量测噪声特征节点对联合判稳紧急控制

基于李雅普诺夫函数的带锁相环的VSC大扰动稳定性判据

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电力系统保护与控制 2023年第2期51卷 46-54页

作者：李宇骏华凤林陆艺源张谦杜正春西安交通大学电力工程系陕西西安710049 国网山西省电力公司电力科学研究院山西太原030001

对于带锁相环的并网VSC大扰动稳定性问题,首先依据VSC的内环电流控制和外环功率控制响应速度差异得到简化二阶非线性模型,然后分别定义了两个李雅普诺夫函数。第一个李雅普诺夫函数具有清晰的动能和势能概念,但推导的稳定域较小,第二个... 详细信息

对于带锁相环的并网VSC大扰动稳定性问题,首先依据VSC的内环电流控制和外环功率控制响应速度差异得到简化二阶非线性模型,然后分别定义了两个李雅普诺夫函数。第一个李雅普诺夫函数具有清晰的动能和势能概念,但推导的稳定域较小,第二个李雅普诺夫函数推导的稳定域较大但缺乏清晰的物理概念。最后结合这两个李雅普诺夫函数,得到实用的稳定性判据,兼具明确的物理意义和较宽的稳定域。如果在系统最后一次动作时已知锁相环状态量,则可以预测系统稳定性。仿真结果验证了该判据的正确性。

关键词：并网VSC 锁相环大扰动稳定性 Lyapunov函数

基于下垂控制的单台换流器-无穷大系统数学模型及直流系统稳定的解析条件

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电力系统保护与控制 2022年第1期50卷 60-68页

作者：陈建新张旭孟浩杰徐寅飞任新卓邓小电李宇骏杭州电力设备制造有限公司浙江杭州310018 西安交通大学电气工程学院陕西西安710049

基于功率-电压下垂控制的换流器因其较好的控制灵活性在多端直流输电系统中的应用日益广泛,同时也为直流电网稳定运行带来了新的挑战。利用单输入单输出分析法研究了单台并网换流器直流系统的稳定性问题。首先,建立系统扰动后的直流电... 详细信息

基于功率-电压下垂控制的换流器因其较好的控制灵活性在多端直流输电系统中的应用日益广泛,同时也为直流电网稳定运行带来了新的挑战。利用单输入单输出分析法研究了单台并网换流器直流系统的稳定性问题。首先,建立系统扰动后的直流电压变化量和直流电流变化量间的传递函数。其次,利用Routh判据得到不同控制模式下系统的稳定判据。然后,定义了一个评价系统稳定性的关键指标—直流功率传输极限。最后,数值仿真结果验证了稳定性分析的准确性,以及所提稳定判据的正确性。

关键词：基于功率-电压下垂控制换流器直流侧稳定性单输入单输出 Routh判据直流功率传输极限

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虚拟同步发电机暂态全局稳定分析与阻尼调制方法

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高电压技术 2023年第6期49卷 2505-2515页

作者：杨银国戴耀辉陆秋瑜韩金龙谢平平李宇骏广东电网有限责任公司电力调度控制中心广州510600 西安交通大学电气工程学院西安710049

不同于传统的同步发电机,虚拟同步发电机(virtualsynchronousgenerator,VSG)的阻尼可以灵活调整,以增强系统的动态性能。首先建立了VSG系统的动态模型,基于李雅普诺夫理论导出了系统的保守稳定域。其次,基于能量守恒定律,发现阻尼耗散... 详细信息

不同于传统的同步发电机,虚拟同步发电机(virtualsynchronousgenerator,VSG)的阻尼可以灵活调整,以增强系统的动态性能。首先建立了VSG系统的动态模型,基于李雅普诺夫理论导出了系统的保守稳定域。其次,基于能量守恒定律,发现阻尼耗散的能量等于阻尼因子乘以相平面中系统轨线和x轴包围的面积。研究结果表明:当每个周期内阻尼耗能大于势能变化量时,每个周期系统不稳定平衡点处的动能会单调递减,VSG系统可以实现全局稳定。由此,进一步提出了确保系统全局稳定性的阻尼调制方法。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真分析验证了所提全局稳定条件的正确性和阻尼调制方法的有效性。

关键词：虚拟同步发电机李雅普诺夫定理能量函数阻尼耗散能量全局稳定性阻尼调制方法

基于最大转子储能的风电场风机变利用率的有功功率分配策略优化

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电力系统保护与控制 2022年第12期50卷 152-161页

作者：伍双喜谭嫣李宇骏张雨萌杨银国宁家鑫广东电网有限责任公司电力调度控制中心广东广州510600 西安交通大学电气工程学院陕西西安710049

风机采用最大功率追踪控制时无功率备用量,当系统供需发生变化时,易对系统稳定性造成较大影响。提出了一种风场变利用率的有功功率分配策略,在满足系统调度命令的同时,减少风能的损失,提高风能利用率。考虑到风场的尾流效应,所提方案通... 详细信息

风机采用最大功率追踪控制时无功率备用量,当系统供需发生变化时,易对系统稳定性造成较大影响。提出了一种风场变利用率的有功功率分配策略,在满足系统调度命令的同时,减少风能的损失,提高风能利用率。考虑到风场的尾流效应,所提方案通过改变每台风力机的利用率来控制风机的有功功率输出。其中,每台风力机的利用率根据其自身转速而自适应调整。当风机转速较高时,风力机的利用率则较高。当风机转速较低时,则降低风力机的利用率,这样风电场可存储更多的旋转动能,可在系统需要时释放回系统。通过在基于双馈风机的风电场中对所提变利用率策略进行研究,结果表明,在满足调度需求的同时,所提控制策略比传统的等利用率方案更加节能。

关键词：风电场变利用率双馈风机有功分配

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并网CIG系统的小干扰稳定性解析分析

山东大学学报（工学版） 2023年第4期53卷 128-139页

作者：翁华朱维骏李宇骏郁丹张雨萌华凤林浙江华云电力工程设计咨询有限公司浙江杭州310000 西安交通大学电力工程系陕西西安710049 国家电网有限公司华北分部北京100032

针对含锁相环(phase-lockedloop,PLL)的以换流器联接的发电设备(converterinterfacedgeneration,CIG)并网系统解析稳定性的欠缺,研究并网CIG系统的稳定性,建立单电压源换流器-无穷大电源系统的极点和内环电流时间常数、系统工作点、线... 详细信息

针对含锁相环(phase-lockedloop,PLL)的以换流器联接的发电设备(converterinterfacedgeneration,CIG)并网系统解析稳定性的欠缺,研究并网CIG系统的稳定性,建立单电压源换流器-无穷大电源系统的极点和内环电流时间常数、系统工作点、线路参数以及PLL控制参数之间的关系,应用劳斯判据得出稳定条件的解析表达式,并进行化简。利用的解析条件发现诱发系统不稳定的因素、原理,准确地预测系统稳定性并在确保系统稳定的前提下提供控制器参数的可行范围。电磁暂态仿真结果验证了所提解析条件的正确性与准确性.

关键词：并网CIG系统小干扰稳定性锁相环稳定条件劳斯判据

基于直流电压同步的构网型直驱风机两阶段主动阻尼支撑控制策略

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电网技术 2023年第12期47卷 4995-5004页

作者：袁枭添杜正春李宇骏林鸿飞江晗李佳朋吴小芳宁德时代未来能源(上海)研究院有限公司上海市闵行区201109 电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学) 陕西省西安市710049

传统的风力机组主要依赖有功功率调制实现阻尼提升,这可能会影响风能捕获。针对此,面向利用直流电压同步的构网型直驱风机,设计了一种两阶段主动阻尼支撑控制策略。在第1阶段,基于直流电压同步控制,提出了2种基于无功功率调制的阻尼控制... 详细信息

传统的风力机组主要依赖有功功率调制实现阻尼提升,这可能会影响风能捕获。针对此,面向利用直流电压同步的构网型直驱风机,设计了一种两阶段主动阻尼支撑控制策略。在第1阶段,基于直流电压同步控制,提出了2种基于无功功率调制的阻尼控制器,评估了控制器参数和运行工况对阻尼效果的影响。所提控制器利用直流电容储能和换流器无功资源为系统提供阻尼支撑,而风机运行在最大功率追踪模式。在第2阶段,当直流电压波动超过设计的阈值后,风电机组功率控制器随即启动,通过调用风机侧资源进一步提升系统阻尼。进一步设计了风机转速恢复策略以消除有功有差调节带来的下垂影响。所提控制策略无需锁相环和有功功率调制即可实现风机和弱电网之间的同步。同时,考虑能量代价,权衡了风能捕获的经济性要求和提供阻尼的稳定性要求。

关键词：直流电压同步控制构网型控制直驱风机最大功率追踪阻尼控制器有功/无功功率调制