论文部分内容阅读
随着我国特高压电网的建设，电网规模越来越大，系统发生低频振荡和次同步振荡的可能性也在增加。而电力系统稳定器(Power System Stabilizer， PSS)作为现代励磁控制系统的一部分，已经成为了抑制低频振荡一种经济有效且使用最广泛的方法。但传统PSS不能抑制次同步振荡，甚至在某些条件下会激发次同步振荡。另外高压直流输电（High Voltage Direct Current, HVDC）、灵活交流输电(Flexible AC TransmissionSystem， FACTS)及其它非线性装置在系统中的不断应用，也给次同步振荡带来了新的问题。在新的情况下设计新型的PSS，使其能在新的环境下用于抑制次同步振荡，以及利用PSS与FACTS装置联合运行抑制电力系统低频振荡与次同步振荡具有重要的理论和现实意义。本文以电力系统次同步振荡以及电力系统稳定器为主线，展开了次同步振荡的研究方法、传统PSS对次同步振荡的影响、改进PSS的参数优化配置方法以及PSS与FACTS装置联合运行等多个方面的研究，主要工作如下：
1)次同步振荡分析方法研究。分析了现有的次同步振荡研究方法，评述了现有方法的优缺点，并在此基础上将基于时域仿真的复转矩系数法作为本文研究次同步振荡的分析方法之一。详尽地介绍了复转矩系数法的原理和实现方法，给出了其具体判据和适用范围；针对现有方法的不足，提出了一种基于总体最小二乘-基于旋转不变技术的信号参数估计算法(Total Least Square-Estimation of Signal Parameters via Rotational InvarianceTechniques， TLS-ESPRIT)的次同步振荡研究方法，该方法能够克服传统分析方法难以建立非线性器件数学模型的问题，在难以获得弹簧-质量块模型阻尼系数的情况下依然可以判断次同步振荡稳定性，并且适用于多机系统分析。
2)传统PSS对次同步振荡的影响研究。分析了速度反馈型PSS和功率反馈型PSS对普通交流系统、含SVC系统以及含TCSC系统的阻尼特性影响，得出了速度反馈型PSS对次同步振荡影响较大而功率反馈型PSS对次同步振荡几乎没有影响的结论；重点分析了由PSS激发的次同步振荡现象，从PSS输入信号、相位补偿特性、相对增益三个角度研究了传统PSS影响次同步振荡的机理，分析了PSS引发次同步振荡的原因，所得结论对传统PSS的参数设计有一定的指导意义。
3)改进PSS（即为并联结构PSS）抑制次同步振荡的参数优化方法研究。提出了综合优化PSS相位补偿特性的思想，选取低频段和次同步谐振频率点附近具有代表性的频率点，计算其理想相位补偿角，并以此为目标应用遗传算法对改进PSS的参数进行优化，以取得整体上更好的相位补偿效果；使用带通滤波器改善PSS抑制次同步振荡的作用，针对多个次同步振荡频率进行相位补偿。利用次同步振荡频率基本不会发生偏移的特点，结合基于时域仿真的复转矩系数法，给出了将改进PSS的参数分为两个部分分别进行设计的方法：先设计相位补偿环节参数，再利用复转矩系数法获得的阻尼信息调整其放大倍数；提出了一种基于TLS-ESPRIT算法的改进PSS参数配置方法，该方法可在无法获得弹簧-质量块模型阻尼系数情况下，对含非线性器件的的多机系统进行改进PSS参数设计。基于IEEE第二标准模型验证了这种方法的有效性。
4)改进PSS与SVC联合运行抑制次同步振荡的研究。基于Phillips-Heffron模型，从理论上推导了SVC能对系统提供正阻尼作用，设计了附加次同步阻尼控制器(SSDC)的参数，仿真结果表明，SSDC能有效提高主谐振点附近阻尼，但可能会激发其它扭振频率的次同步振荡；针对SVC抑制次同步振荡的不足，提出采用改进PSS与SVC联合抑制次同步振荡的设想。仿真结果表明，两者联合运行可充分弥补各自的不足，更有效地抑制次同步振荡。
5)改进PSS与TCSC联合运行抑制次同步振荡的研究。研究了TCSC对次同步振荡的影响，发现了TCSC的“借阻尼”现象。讨论了借阻尼现象对次同步振荡的正反两方面影响，并利用仿真实验验证了TCSC抑制和引起次同步振荡的可能性；根据TCSC容性和感性工况下的工作特性，分别设计相应的改进PSS参数并与TCSC联合运行。仿真结果表明，联合运行能有效抑制次同步振荡，大大增加TCSC的安全运行范围。