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基于锁相同步的风机惯性阻尼控制与同调辨识

基于锁相同步的风机惯性阻尼控制与同调辨识

作者：刘佳乐武汉大学

学位级别：硕士

面对能源短缺和环境污染的双重压力,中国制定了面向2030年与2050年的能源发展战略蓝图,届时可再生能源发电占比将分别提升至30%与60%。我国电力系统正逐步向低惯性、电力电子化与弱同步的高比例可再生能源系统转型。以风电为代表的高渗... 详细信息

面对能源短缺和环境污染的双重压力,中国制定了面向2030年与2050年的能源发展战略蓝图,届时可再生能源发电占比将分别提升至30%与60%。我国电力系统正逐步向低惯性、电力电子化与弱同步的高比例可再生能源系统转型。以风电为代表的高渗透新能源并网将对传统电力系统的小干扰稳定、频率调节与同调机群辨识带来全新挑战。本文改变了传统基于详细模型的状态空间建模方法,通过建立双馈风机内电势相位运动方程,将风机模型等效为具有惯性常数、阻尼常数、同步转矩的虚拟同步运动转子,以同步机的观点分析风电系统的惯性响应、小干扰稳定与同调分群特性,具体内容分为以下三个方面:(1)详细介绍了双馈风机通用模型的微分代数方程,采用特征分析法筛选机电时间尺度及与机电模式强相关的核心状态变量,构建模式降阶估计下的风电系统线性化模型,该模型考虑了传动链、速度控制器、电流内环、锁相环与虚拟惯性控制的动态过程。基于锁相环的内同步作用机制,将上述机电动态模型等效为以内电势相位-电磁功率作为输入-输出频域关系的相位运动方程。(2)依据锁相环与转子运动方程在同步功能上的相似性,采用类比法将相位运动方程转换为具有惯性、阻尼与同步转矩的等效摇摆方程。基于等效摇摆方程辨识风机惯性的频域表达式,推导互联系统等效阻尼比,分别研究不同锁相环参数对风电机组惯性与系统小干扰稳定的影响,研究表明:减小锁相环比例积分增益将共同提升风电机组的惯性响应能力,但比例积分增益对系统阻尼特性呈现相反的作用关系。据此研究提出一种锁相环参数优化设计方案,实现风电机组惯性与系统阻尼的协同优化控制。(3)提出基于相位运动方程的含风电电力同调机群辨识方法。对传统发电机分群理论的研究表明:转子的摇摆动态描述了以功角作为同调判据的慢同调分群过程。类似的,相位运动方程的同步锁相状态量——锁相角动态,揭示了双馈电机内电势与交流系统的同调分离程度。据此采用慢同调理论,将二阶相位运动方程与同步机转子运动方程联立,建立含风电电力系统的分群模型。引入广义特征法与K均值算法求解机电模式特征向量并对相位信息进行聚类分析,辨识同调发电机组,同时研究锁相环参数变化对系统同调性的影响机制。综上所述,本文从风力发电机与同步机的内在稳定运行机理出发,将双馈风机等效为具有转子同步运动特性的摇摆方程,提出针对风力发电机与同步发电机的通用建模方法,以解决高比例风电系统面临的主要问题:惯性响应、小干扰稳定与同调机群辨识。

关键词：双馈风机锁相环相位运动方程惯量阻尼控制同调辨识

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基于图分割的电力系统同调机群辨识新方法

中国电机工程学报 2019年第23期39卷 6815-6825页

作者：李雪姜涛陈厚合李国庆东北电力大学电气工程学院

提出一种基于图分割的电力系统同调机群辨识新方法。借助电力系统广域量测信息,计算系统各发电机间的相关系数;以相关系数表征系统中任意2台发电机间的同调耦合度,构建可描述发电机间同调耦合度的同调信息无向图及其归一化拉普拉斯矩阵... 详细信息

提出一种基于图分割的电力系统同调机群辨识新方法。借助电力系统广域量测信息,计算系统各发电机间的相关系数;以相关系数表征系统中任意2台发电机间的同调耦合度,构建可描述发电机间同调耦合度的同调信息无向图及其归一化拉普拉斯矩阵;基于所得归一化拉普拉斯矩阵,引入谱图聚类对该同调信息无向图进行图分割;对图分割所得各子图,通过逆映射,获取系统中各同调机群组成;最后,将所提方法应用于典型2区域互联交直流系统和南方电网中进行分析、验证,结果验证所提方法的正确性和有效性。

关键词：广域量测信息同调辨识图分割谱聚类

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基于正交子空间投影的电力系统同调机群辨识

电工技术学报 2018年第9期33卷 2077-2088页

作者：姜涛张明宇李雪陈厚合李国庆东北电力大学电气工程学院吉林132012

深入剖析了电力系统惯量中心坐标与子空间投影之间的关系,提出一种基于正交子空间投影(OSP)的电力系统同调机群辨识方法。首先,通过OSP获取将电力系统高维广域量测信息投影到各低维子空间的最佳投影方向向量;进一步,借助投影累积贡献率... 详细信息

深入剖析了电力系统惯量中心坐标与子空间投影之间的关系,提出一种基于正交子空间投影(OSP)的电力系统同调机群辨识方法。首先,通过OSP获取将电力系统高维广域量测信息投影到各低维子空间的最佳投影方向向量;进一步,借助投影累积贡献率确定最佳投影方向向量数量;然后,根据所确定的最佳投影方向向量划分电力系统的主导同调机群。所提方法计算简单,易于实现,完全基于广域量测信息进行同调分群,可避免模型参数对分群结果的影响,实现同调机群的在线辨识。将该方法应用到典型两区域互联系统和南方电网中进行分析、验证,结果表明,所提方法可准确、有效地从电力系统广域量测信息中快速辨识出系统的主导同调机群。

关键词：电力系统广域量测同调辨识正交子空间投影

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基于投影寻踪最佳方向的同调机群识别方法

中国电机工程学报 2015年第2期35卷 359-367页

作者：姜涛黄河贾宏杰李晓东李鹏徐光虎智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津市南开区300072 南方电网电力调度控制中心广东省广州市510623

提出一种基于投影寻踪最佳投影方向的电力系统机群同调识别新方法。引入投影寻踪方法对广域量测时间序列建模,将其投影到低维子空间中,通过优化算法寻找并提取反映机组同调特征的关键投影方向向量,用于判断机组的同调性。所提方法计算简... 详细信息

提出一种基于投影寻踪最佳投影方向的电力系统机群同调识别新方法。引入投影寻踪方法对广域量测时间序列建模,将其投影到低维子空间中,通过优化算法寻找并提取反映机组同调特征的关键投影方向向量,用于判断机组的同调性。所提方法计算简单,易于实现,基于实测数据进行分群,可避免模型参数对分群的影响,实现同调机群在线辨识。研究结果表明,电力系统在振荡过程的同调机群构成与系统功率振荡模式间存在对应关系,通过对典型两区域互联交直流系统和南方电网的仿真分析,验证了所提方法的有效性和可行性。

关键词：广域量测信息同调辨识投影寻踪方法遗传算法