阻尼控制

9月6日，中关村储能产业技术联盟团体标准《构网型储能变流器技术规范》征求意见稿公开征求意见。该文件要求构网型储能变流器具备惯量响应、阻尼控制、电网频率调节、电网电压调节、高低压故障穿越、过载、并/离网切换、多机并联、功率控制、黑启动、相角突变耐受、电网强度适应、报警和保护等20余项功能。

随着电力系统中电力电子设备的渗透率大幅提升，在扰动下系统发生低频振荡失稳问题日益凸显。为此，结合压缩空气储能良好的有功调节能力，提出了抑制电网低频振荡的压缩空气储能附加阻尼控制方法。首先，建立了压缩空气储能的数学模型，分析了质量流量对其输出功率的影响。其次，分析压缩空气储能抑制低频振荡的可行性，提出了基于调节阀的附加阻尼控制器，调整质量流量，进而控制压缩空气储能的输出功率，抑制电网的低频振荡。最后，搭建含压缩空气储能的4机2区域电力系统仿真模型，验证所提方法的有效性。仿真结果显示所提方法能够为电网提供正阻尼，可较快抑制电网的低频振荡，有效提高电力系统的稳定性。

当前新能源大量引入至电力系统，为了使其代替传统的水电、燃气机组作为黑启动电源，文中研究了基于光储联合系统的电网分段恢复策略。首先，根据光储系统的结构和控制方式，提出由储能系统建立稳定的并网母线线电压，光伏系统分步并网的启动方式；其次，为了增强光伏发电系统的惯性阻尼支撑，提出在光伏系统逆变器侧加入虚拟同步控制；最后，在待启动机组和系统负荷并网过程中，利用储能系统配置附加阻尼控制器抑制电网黑启动产生的次同步振荡，保证电网稳定恢复。在PSCAD/EMTDC中搭建光储联合系统黑启动的电磁暂态仿真模型并进行分析，结果表明系统恢复过程中母线线电压偏差不超过0.65%、系统频率偏差不超过1%，满足黑启动要求，验证了文中所提启动策略的可行性。

针对风电并网对电力系统带来的小扰动稳定性问题，从对小扰动稳定性的影响和风机附加阻尼控制两方面对该领域的最新进展进行了综述。简述了小扰动稳定性的相关概念，介绍了风电机组的类型和模式。将目前的研究方法归纳为两类：基于确定性方法和概率分析方法，并分析指出了不同类型的风电机组对小扰动稳定性的影响及存在的问题。综合讨论了风机附加阻尼控制器提高系统阻尼的方法，提出了该领域需进一步开展的工作。

针对风火打捆(wind-thermal-bundled, WTB)系统在受到干扰时可能由于阻尼不足而出现的低频振荡现象以及较高的网损会导致运行成本的增加和阻碍“双碳”目标实现的问题，提出了一种电力系统稳定器(power system stabilizer, PSS)与统一潮流控制器(unified power flow controller, UPFC)附加功率振荡阻尼控制器(power oscillation damping, POD)参数和UPFC安装位置协调优化策略方法。首先，基于Matlab构建了风火打捆外送系统和控制器模型。然后，利用多目标樽海鞘优化算法(multi-objective salp swarm algorithm, MSSA)，将协调优化问题转化为多目标优化问题。目标函数设计中考虑了UPFC装置的调节特性。最后，采用IEEE 4机2区系统和16机5区系统进行多种工况下的仿真。仿真结果显示，协调优化后的控制器可以提高系统阻尼，维持发电机转速的稳定，抑制低频振荡引起的系统有功、电压等的波动，同时降低了系统的有功网损，提高了系统稳定性和运行经济性。MSSA在工程问题上的应用得到了补充。

本项目建立了新能源虚拟同步机单机和多机并网的半实物仿真平台，构建虚拟同步发电机“控制器-单机-场站”多维度的实用化验证手段。开展虚拟同步发电机振荡风险仿真评估，分析关键控制参数、电网参数等对振荡风险的影响，针对性的提出振荡风险的阻尼控制方案。建立风电、光伏、集中式虚拟同步机接入的风光储场站级控制仿真模型，研究虚拟同步机主动调频/调压特性对AGC/AVC子站控制策略的影响，提出多无功源协调运行方案。

随着柔性直流输电技术在远海风电的广泛应用，海上换流站接入远海风电场时出现了中频振荡现象，严重危害系统安全稳定运行。为此，提出了一种基于虚拟导纳的中频振荡抑制策略。首先，采用模块化状态空间法建立了海上风电场经柔直送出系统的小信号模型。然后，采用参与因子分析方法揭示了影响中频振荡的关键因素，并分析了各关键因素对中频振荡的影响特性。在此基础上，提出在柔直控制系统中添加虚拟导纳的阻尼控制策略，并基于阻尼控制器对中频、LCL振荡的差异影响划分了控制器参数的稳定域。最后，在Matlab/Simulink中搭建时域仿真模型。结果表明，所提策略在系统不同运行工况下均可有效抑制中频振荡，提高了系统稳定性。

在实际工程应用中，分布式电源大量入网使得弱电网阻抗的变化不能再被忽略，为提高并网变换器对电网阻抗变化的鲁棒性，提出一种提高正负阻尼分界频率的改进的有源阻尼控制策略。分析得出数字控制延时对系统稳定性的影响机理，为了消除延时对有源阻尼效果的负面影响，对阻尼控制环节插入相位补偿器进行优化设计，使得正负阻尼分界频率提高到接近奈奎斯特频率。设计与电网阻抗宽范围变化相匹配的反馈系数，解决了阻抗变化造成谐振频率偏移的问题，实现了并网变换器在弱电网下对电网阻抗的高鲁棒性。通过分析LCL谐振频率在奈奎斯特频率内变化时系统的性能，可知采用该方法时系统能保持稳定。研究结果表明，所提有源阻尼控制策略在弱电网阻抗变化的适应性上有了明显提升。最后，通过仿真和实验结果验证了所提策略和参数设计对实现弱电网高鲁棒性的有效性。

针对鄂温克电厂“火电机组直流外送次同步振荡联合阻尼控制技术及应用”项目任务，项目组首先分析了鄂温克电厂次同步振荡现象的产生机理，采用轴系安全量化评估方法完成了轴系风险分析。在此基础上，研究了阻尼控制器协调优化控制策略，并针对鄂温克电厂次同步振荡风险提出了联合阻尼控制方案。通过联合阻尼控制技术的工程实施，形成了阻尼控制器集成仿真测试技术体系。本项目在鄂温克电厂次同步振荡抑制的工程实施和知识产权方面取得重要成果。自STATCOM+SEDC抑制措施实施至今，TSR共启动7次，有效抑制了次同步振荡风险，保障了汽轮发电机组和外送系统的安全稳定运行。依托本研究课题，共发表学术论文15篇，其中SCI/EI收录10篇。申请国家发明专利10项，其中已授权4项。

光伏场经柔直送出是未来电力系统发展的一个重要趋势，但是光伏与柔直系统之间的相互作用存在引发系统振荡失稳的风险。为此，文中建立光伏场经柔直并网的开环和闭环互联模型，基于开环模式谐振理论，分析光伏场子系统与柔直子系统之间的动态交互作用。当二者发生强交互作用时，可能会使相应的闭环振荡模式进入复平面右侧，进而引发系统振荡失稳。针对光伏场子系统与柔直子系统之间的交互失稳风险，可以通过调整主导环节的控制参数进行抑制；当控制参数无法调整时，文中提出一种对光伏单元附加阻尼控制器的抑制措施，调整光伏场子系统的开环振荡模式，使其在复平面远离柔直子系统的开环振荡模式，从而破坏模式谐振，使闭环系统稳定。文中通过仿真算例，验证了上述理论分析结果的正确性以及所提阻尼控制器的有效性。