阻尼控制

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。

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。

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。

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。

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。

近十年，我国风电实现跨越式发展，大规模、高比例新能源已成为我国新一代电力系统的重要特征。然而，大量基于电力电子变流器的新能源并网运行，深刻改变了电力系统动态特性，带来新的并网稳定性问题，其中风电次同步谐振尤为突出。美国德州、德国北海，以及国内的河北沽源、新疆哈密、吉林通榆等地多次发生风电次同步谐振，造成风电机组大面积脱网乃至设备损坏，危及电网的安全稳定运行，严重影响了新能源高效消纳，成为制约构建“清洁低碳、安全高效”现代能源体系的关键技术因素。 然而，风电引起的次同步谐振问题较之传统火电机组同类问题更为复杂。电力电子变流器具有多时间尺度特性，且风电机组台数多、分布范围广、风速变化大，运行方式组合复杂多变，谐振现象区别于火电的固定频率，表现为时变的宽频带特性。基于火电次同步谐振形成的认知和技术，已难以适应风电次同步谐振分析和治理需求，迫切需要形成新的技术体系。 依托科技项目及生产技改资金，项目团队突破风电次同步谐振的定量分析和抑制技术，形成三项技术创新：①提出了基于聚合阻抗频率特性的次同步谐振量化分析方法，实现了对高维复杂系统次同步谐振风险的精准量化评估，解决了大型风电基地次同步谐振定量分析困难和机理不明的问题；②首创了电网侧集中式次同步阻尼控制技术，提出了装置一/二次参数设计方法，研制了国际首台35kV网侧风电次同步阻尼控制装置，解决了大型新能源基地次同步谐振的低成本化集中治理难题；③提出了双馈风电机组宽频带阻抗主动重塑技术和基于次同步锁相的振荡频率自动追踪技术，成功研制了具备次同步阻尼控制功能的双馈风电机组变流器，实现了单元机组侧的主动式治理。 项目获授权专利18项，发表SCI/EI论文47篇。中国电机工程学会组织的成果鉴定认为：项目提出的谐振定量分析方法、电网侧和机组侧抑制方法达到国际领先水平，研制的网侧次同步阻尼控制装置和具备次同步阻尼控制功能的2MW双馈风电机组变流器均为国际首创。 研究成果已全面应用于张家口沽源风电汇集地区次同步谐振的分析及治理，建成了国际首个风电次同步谐振抑制示范工程，至今再未发生大规模风电次同步谐振脱网事故。项目研发的风电机组变流器已推广应用至吉林、新疆等存在风电次同步谐振问题的地区，为保障我国电网安全运行与风电并网消纳提供了坚强支撑。项目近三年累计实现销售额5.8亿元，新增利润1.6亿元, 沽源地区新增发电量1.5亿千瓦时，减排二氧化碳12.9万吨。随着我国风电并网容量的增加，项目成果将发挥更大作用。