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虚拟同步发电机接入电力系统的阻尼转矩分析

电力自动化设备 2020年第4期40卷 166-171页

作者：马燕峰郑力文霍亚欣林子健赵书强华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室河北保定071003 中国南方电网公司佛山供电局广东佛山528000

针对虚拟同步发电机(VSG)控制的电压源型逆变器接入交流系统,建立含VSG的单机无穷大系统的线性化模型,分析VSG控制的新能源接入对电力系统低频振荡的影响。采用阻尼转矩分析法揭示VSG接入对电力系统机电振荡模式的影响机理,并利用DIgSIL... 详细信息

针对虚拟同步发电机(VSG)控制的电压源型逆变器接入交流系统,建立含VSG的单机无穷大系统的线性化模型,分析VSG控制的新能源接入对电力系统低频振荡的影响。采用阻尼转矩分析法揭示VSG接入对电力系统机电振荡模式的影响机理,并利用DIgSILENT/PowerFactory仿真软件进行仿真验证,结果表明:VSG通过向系统中同步发电机的机电振荡环提供阻尼转矩改变系统的整体阻尼,进而影响电力系统的振荡稳定性。

关键词：虚拟同步发电机单机无穷大系统低频振荡模态分析阻尼转矩

基于复转矩系数法的双馈风电机组阻尼转矩建模

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热力发电 2023年第3期52卷 151-159页

作者：冯勋强曹娜荣坤国网山东省电力公司利津县供电公司山东利津257400 山东科技大学电气与自动化工程学院山东青岛266590

为研究转子侧变流器及其控制系统对双馈风电机组阻尼的影响机理,考虑机械转矩、电磁转矩、暂态电势、转子侧变流器控制、电压控制以及角度偏移等环节,构建小干扰状态下机组动态模型;然后基于复转矩系数法,推导双馈风电机组阻尼转矩和同... 详细信息

为研究转子侧变流器及其控制系统对双馈风电机组阻尼的影响机理,考虑机械转矩、电磁转矩、暂态电势、转子侧变流器控制、电压控制以及角度偏移等环节,构建小干扰状态下机组动态模型;然后基于复转矩系数法,推导双馈风电机组阻尼转矩和同步转矩表达式,得到阻尼转矩与机组振荡频率、风速、机组机械参数、电气参数及控制系统参数有关,转子侧变流器内环、外环控制参数之间相互耦合,共同影响机组的阻尼;最后,通过仿真对所建数学模型进行验证。仿真验证结果表明:在不同振荡频率下,所建模型均具有适用性。

关键词：双馈风电机组阻尼转矩复转矩系数法变流器控制系统

次同步振荡中暂态能量流与电功率和阻尼转矩的关系

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电力系统自动化 2018年第22期42卷 52-58页

作者：任怡娜陈磊闵勇李莹李文锋清华大学电机工程与应用电子技术系北京市100084 电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室清华大学北京市100084 中国电力科学研究院有限公司北京市100192

暂态能量流法是一种新的振荡分析方法,可用于多种振荡的扰动源定位和阻尼评估。文中进一步研究了其在次同步振荡中的物理意义。推导了暂态能量流与次同步功率、超同步功率之间的关系,暂态能量流的能流功率正比于超同步功率和次同步功率... 详细信息

暂态能量流法是一种新的振荡分析方法,可用于多种振荡的扰动源定位和阻尼评估。文中进一步研究了其在次同步振荡中的物理意义。推导了暂态能量流与次同步功率、超同步功率之间的关系,暂态能量流的能流功率正比于超同步功率和次同步功率之差。在含串补的次同步谐振系统中,电阻可能消耗或产生暂态能量,产生暂态能量时即为负阻尼,电感和电容表现为零阻尼,但会通过改变线路电流而极大地影响电阻的阻尼特性。通过比较暂态能量流与电气子系统阻尼转矩系数,验证了上述推导的合理性。最后,在不同算例中的仿真结果验证了结论的有效性。

关键词：暂态能量流次同步振荡超同步功率次同步功率阻尼转矩

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同步发电机降阶模型阻尼转矩的研究

同步发电机降阶模型阻尼转矩的研究

作者：张凌雪南京理工大学

学位级别：硕士

同步发电机模型的选取是电力系统暂态稳定分析中的重要环节。在实际的工程运用中,为了提高计算效率,通常用同步发电机的降阶模型来替代其精确模型,但两者之间的差异不容忽视。目前一般会在降阶模型中添加一个阻尼项来减小上述差异,而阻... 详细信息

同步发电机模型的选取是电力系统暂态稳定分析中的重要环节。在实际的工程运用中,为了提高计算效率,通常用同步发电机的降阶模型来替代其精确模型,但两者之间的差异不容忽视。目前一般会在降阶模型中添加一个阻尼项来减小上述差异,而阻尼项的大小尚未有确定的方法,因此往往根据经验值选取。针对上述问题,本文分别利用两种方法求出一个可以添加到转子运动方程中的补偿转矩,在保持同步发电机电压方程和磁链方程不变的情况下减小降阶模型和精确模型的差异。主要工作内容如下:以同步发电机的七阶模型和五阶模型作为参考标准,依据同步发电机的双时标特性,通过奇异摄动理论建立了同步发电机的奇异摄动模型。利用两种方法计算补偿转矩。方法一为边界层校正法,通过建立计及电磁暂态的边界层系统,研究了降阶模型中定子磁链快变分量的变化,校正了降阶模型中定子磁链快变分量,推导出补偿转矩。方法二为动态校正法,在校正定子磁链快变分量的同时,也考虑定子磁链慢变分量的动态变化,对慢变分量进行校正。同时将三个转子绕组电流的快变分量用两个产生相同反应磁链的等效定子电流增量表示,从而实现作用于转子的电磁转矩补偿。将上述两种方法应用在单机系统和三机系统中都取得了明显的校正效果,并将两种方法在计及绕组损耗和未计及绕组损耗的两种情况下的仿真结果对比,分析了绕组损耗对补偿转矩的影响,画出时变的补偿转矩动态曲线,解释了本文中补偿转矩和阻尼转矩的联系。最后,结合实际工程应用需求提出了一种平均法计算分段补偿转矩的方法,应用到单机系统中同样取得了较好的校正效果。

关键词：电力系统同步发电机降阶模型边界层动态校正补偿转矩阻尼转矩平均法

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基于阻尼转矩理论的PSS设计与控制

基于阻尼转矩理论的PSS设计与控制

作者：林奕夫华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

本文详细地介绍了电力系统阻尼转矩理论。基于此理论,可以用协同设计法对PSS进行设计。常见的协同设计方法是将设计问题转换成对一个目标函数进行参数寻优的过程。这样PSS的参数的设置就可以通过在PSS的参数空间上对目标函数进行寻优来... 详细信息

本文详细地介绍了电力系统阻尼转矩理论。基于此理论,可以用协同设计法对PSS进行设计。常见的协同设计方法是将设计问题转换成对一个目标函数进行参数寻优的过程。这样PSS的参数的设置就可以通过在PSS的参数空间上对目标函数进行寻优来完成。本文提出了一种简单的协同设计方法。在多机电力系统中对M台PSS进行协同设计时,在参数空间上对维数进行简化。寻优过程是在M维参数空间中进行,寻找最优解的效率也随着参数空间维数的简化而提高。本文提出的寻优方法分为两个步骤。首先,在多机系统中计算一台PSS向所有同步发电机提供的阻尼转矩,设置每一台PSS参数,使其能够向目标机电振荡模式提供最大的阻尼。文中证明了这种设置方法可以使得PSS提供阻尼的方式最为高效。所有PSS的参数都按照一定的顺序进行设置。接着,通过参数优化的方法对所有PSS的增益进行设计。在对M台PSS的寻优是在M维参数空间下进行。文中通过了一个多机系统的算例对这种方法的正确性进行了解释和验证。为了更深入地解释这种协同设计方法,测试并比较了不同形式下的常用目标函数。本文还在三维图形上表示出其集合,并且在这些图形当中,可以找到使得增益和最小的一个组合。对于目标函数的讨论能够有助于对寻优和目标函数之间的关系有更深入的认识。为了克服PSS参数优化的非线性、多极值的特点,最后介绍了一种智能优化算法——鱼群算法对PSS参数进行优化,并在含有装有阻尼控制器的UPFC和PSS的江苏电网以及一个四机两区域的系统中进行了算例验证。最后对比并分析了UPFC上的阻尼控制器和发电机上的PSS对振荡模式的影响,发现UPFC上的阻尼控制器对振荡模式的影响很小。因此,将UPFC上的阻尼控制器去掉,重新设计PSS上的参数,并且根据设计的结果,在BPA中对系统进行仿真。结果表明,这种设计方法能够有效地提高系统的稳定性。

关键词：阻尼转矩协同设计参数寻优目标函数鱼群算法阻尼控制器

系统运行条件变化对振荡模式和阻尼转矩的影响分析

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系统运行条件变化对振荡模式和阻尼转矩的影响分析

作者：胡金磊郑州大学

学位级别：硕士

为了进一步考察概率特征根分析的计算误差,本文在多机电力系统动态模型的基础上,定量分析了多系统运行方式下的机电振荡模式的变化特性和阻尼转矩的变化规律,并与概率特征根分析的结果进行了比较。然后结合实际电网,分析了系统参数对小... 详细信息

为了进一步考察概率特征根分析的计算误差,本文在多机电力系统动态模型的基础上,定量分析了多系统运行方式下的机电振荡模式的变化特性和阻尼转矩的变化规律,并与概率特征根分析的结果进行了比较。然后结合实际电网,分析了系统参数对小干扰稳定性的影响。传统的稳定性分析往往基于有限数目的系统运行方式。在电力系统运行过程中,存在着许多随机扰动或不确定因素,系统的机电振荡模式和电磁阻尼转矩也将发生一定程度的变化。定量考查这种变化特性,可为进一步的稳定器配置和计及多运行条件的概率特征值分析提供依据。模式分析中,主要关心的是发电机对机电振荡模式的参与程度。本文在每台发电机都配有零增益电力系统稳定器（PSS）的基础上,通过计算特征值对PSS增益的灵敏度来分析各发电机对机电振荡模式的参与程度。对八机系统的720个运行方式,重复计算720次。文中主要分析了每个振荡模式中各发电机参与振荡的强弱顺序。为便于统计研究,按照参与度的概念,将模式中的发电机分为强相关,一般相关及弱相关机组。结果表明,在不同的运行条件下,发电机对机电振荡模式的参与程度一般会发生或多或少的变化;涉及较多参与机组的区域振荡模式更为复杂;但每个模式中的强相关机组在不同运行样本下的参与优势并未改变。与概率特征根分析所得结果一致。由多机系统表达式,可以确定出PSS直接提供的阻尼转矩的解析表达。仍以八机系统的720个运行方式为样本,计算出每个运行方式下的各个PSS对每个振荡模式提供的阻尼转矩。分析标明,在采用的720运行方式下,各PSS对相应的主振荡模式,总能提供有效的正阻尼,尽管阻尼转矩的大小随相应发电机出力的改变而变化;在某些运行样本下,PSS向其它个别机电模式提供数值不大的负阻尼转矩。与概率特征根分析所得结果一致。特征值灵敏度定量提供了参数影响的程度和趋势,并为改善系统稳定性提供指导。本文以某实际电网的典型运行方式为基础,计算了特征值对系统运行参数及网络参数的灵敏度,分析了发电机出力、PV电压、线路阻抗、变压器变比等对系统小干扰稳定性的影响。为稳定改善措施的选择提供依据。

关键词：特征值灵敏度振荡模式阻尼转矩电力系统稳定器（PSS）

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不对称气隙对涡流限速器阻尼影响研究

原子能科学技术 2023年第8期57卷 1625-1632页

作者：吴泓宇闫贺董玉杰刁兴中清华大学核能与新能源技术研究院先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京100084

永磁涡流限速器是利用导体盘在永磁体形成的交变磁场中旋转产生阻尼转矩的装置,导体盘和永磁体之间的气隙是影响阻尼特性的重要因素。本文开展导体盘两侧不对称气隙对阻尼转矩的影响研究,基于等效磁路方法分析了主磁路磁通对两侧气隙不... 详细信息

永磁涡流限速器是利用导体盘在永磁体形成的交变磁场中旋转产生阻尼转矩的装置,导体盘和永磁体之间的气隙是影响阻尼特性的重要因素。本文开展导体盘两侧不对称气隙对阻尼转矩的影响研究,基于等效磁路方法分析了主磁路磁通对两侧气隙不对称度δ的敏感性,基于有限元仿真对铁磁、无磁导体盘情况下的磁场分布、气隙磁感应强度、阻尼转矩和轴向力进行了对比分析,并进行了实验验证。结果表明,分别采用铁磁、无磁导体盘情况下,主磁路发生了转移。采用铁磁导体盘时,转矩和轴向力对δ显著敏感,而采用无磁导体盘时两者对δ不敏感。因此,采用无磁导体更有利于降低两侧气隙偏差敏感性。

关键词：永磁涡流限速器不对称气隙阻尼转矩等效磁路有限元仿真

励磁系统动态增益对凸极发电机动态阻尼的影响

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电力系统自动化 2022年第7期46卷 116-121页

作者：霍承祥于大海马晓光夏潮李志强高磊中国电力科学研究院有限公司北京市100192

由于励磁系统动态增益对凸极发电机的动态稳定性有显著影响,为改善电力系统阻尼,需要经常调整该动态增益,进而配置电力系统稳定器(PSS)。但是在动态增益对发电机动态稳定的影响方面,存在某些模糊认识。首先,分析了励磁系统动态增益对动... 详细信息

由于励磁系统动态增益对凸极发电机的动态稳定性有显著影响,为改善电力系统阻尼,需要经常调整该动态增益,进而配置电力系统稳定器(PSS)。但是在动态增益对发电机动态稳定的影响方面,存在某些模糊认识。首先,分析了励磁系统动态增益对动态阻尼的影响原理。然后,在典型机组参数和工况下计算分析了励磁系统动态增益对凸极发电机阻尼转矩、阻尼比和励磁系统频率响应特性的影响。在单机无穷大系统、两机系统和实际系统中进行了仿真,计算结果和仿真结果一致。最后,在实验室及工程现场进行了试验,验证了仿真和计算结果的正确性,即励磁系统动态增益越大,凸极发电机动态阻尼越弱。为改善凸极发电机(如水电机组)动态阻尼,应使励磁动态增益在满足相关标准要求的前提下取较小数值,且通过配置相应的PSS进一步提高系统阻尼。

关键词：励磁系统动态增益凸极发电机动态稳定阻尼转矩

风电参与调频对电力系统超低频振荡的影响分析

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可再生能源 2023年第8期41卷 1113-1121页

作者：何廷一束洪春李胜男吴水军万磊戴剑丰云南电网有限责任公司电力科学研究院云南昆明650217 昆明理工大学电力工程学院云南昆明650093 云南电力试验研究院(集团)有限公司云南昆明650011 南京邮电大学自动化学院人工智能学院江苏南京210023

高比例风电接入背景下,风电参与调频对电力系统超低频振荡问题的影响机理有待深入分析。文章构建了反映风电参与系统调频过程动态特性的频率响应模型,基于单机模型建立风电调频后系统稳定性分析模型。解析推导了简化模型下的闭环稳定性... 详细信息

高比例风电接入背景下,风电参与调频对电力系统超低频振荡问题的影响机理有待深入分析。文章构建了反映风电参与系统调频过程动态特性的频率响应模型,基于单机模型建立风电调频后系统稳定性分析模型。解析推导了简化模型下的闭环稳定性判据并分析其影响因素。通过阻尼转矩法分析了风电调频对原动系统阻尼变化的作用机制。研究了不同风电频率调控策略下系统频率稳定的影响因素。结果表明,风电参与频率调控在一定程度上对电力系统超低频振荡现象进行了抑制,对保障电网的安全稳定运行具有重要意义。

关键词：风电一次调频超低频频率振荡阻尼转矩