基于广义转矩分析法的电力系统宽频振荡分析与控制研究

In the AC-DC hybrid power system integrated with renewable power generation, due to the fast switching of power electronic devices and the multi-time scale control characteristics of components, the power system wide-frequency oscillation occurs in the low frequency, the sub-synchronous frequency, the super-synchronous frequency and the high frequency band. In order to solve the problem of wide-frequency oscillation of power system, the project establishes the interconnection model of the power system in frequency domain. Based on the unified mathematical characteristics of power system wide-frequency oscillation, the generalized torque analysis method is proposed to qualitatively discriminate the stability of power system wide-frequency oscillation and realize the simplified calculation of the power system wide-frequency oscillation modes. Finally, a coordinated optimization control strategy for multiple wide-frequency oscillation modes based on the generalized torque analysis method is proposed. The generalized torque analysis method proposed in this project is not limited by the specific oscillation frequency band, and provides a new solution for the stability discrimination and quantitative evaluation of power system wide-frequency oscillation. The results of the project have certain theoretical and applicable values, which can support the secure and stable operation of AC/DC hybrid power systems with renewable power generation.

在新能源并网的交直流混联电力系统中，由于电力电子器件的快速开关和各元件的多时间尺度控制特性，电力系统会在低频段、次同步频段、超同步频段和高频段范围内发生宽频振荡现象。本项目针对电力系统宽频振荡问题，建立电力系统的频域互联模型，基于电力系统宽频振荡的统一数学特征，提出广义转矩分析法，判别电力系统的宽频振荡稳定性，实现对电力系统宽频振荡模式的简化计算，最后基于广义转矩分析法提出一种同时抑制多频段振荡模式的协调优化控制策略。本项目提出的广义转矩分析法不受特定振荡频段的限制，为电力系统宽频振荡的稳定判别与量化评估提供了一种新的思路，具有一定的理论和应用价值，能够为新能源并网的交直流混联电力系统的安全稳定运行提供支撑。

在新能源并网的交直流混联电力系统中，由于电力电子器件的快速开关和各元件的多时间尺度控制特性，电力系统会在低频段、次同步频段、超同步频段和高频段范围内发生宽频振荡现象。本项目围绕新能源并网的交直流混联电力系统的宽频振荡问题，从频域互联模型、广义转矩分析以及宽频振荡稳定优化控制等方面开展深入研究，取得了一系列研究成果。.在电力系统频域互联模型方面，研究了典型电力电子设备关键环节的物理结构与数学模型，掌握了各关键环节的时间响应特性，根据不同时间尺度之间设备动态特征的耦合机理，提出了多样化设备和电力网络统一形式的频域互联模型。.在电力系统宽频振荡分析方法方面，基于电力系统频域互联模型，通过提取宽频振荡模式对应的振荡模式，构建了广义Phillips-Heffron模型，提出了用于电力系统宽频振荡研究的广义转矩分析法，结合灵敏度实现了电力系统宽频振荡模式的简化计算。.在FACTS设备对电力系统低频振荡模式的影响分析方面，分别应用阻尼转矩分析法和广义转矩分析法研究了FACTS设备对电力系统低频振荡模式的影响，并对比两种方法在单机无穷大系统和多机电力系统中的异同。.在直驱风机次同步振荡模式的稳定性分析方面，应用单输入单输出模型下的广义转矩分析理论及量化评估方法，对不同运行工况的影响进行了定性判别和量化评估，并应用控制理论中的矩阵灵敏度分析方法，分析了关键环节参数对广义转矩的影响。.在双馈风机次同步振荡模式的稳定性分析与控制方面，应用多输入多输出模型下的广义转矩分析理论，提出了宽频振荡控制器控制方式、安装地点、控制参数的确定方法，实现了对目标宽频振荡模式的有效抑制。.项目关于电力系统宽频振荡建模、分析和控制的研究成果，对解决振荡问题，防范安全稳定运行风险，具有较强的理论指导和工程实践意义，为我国新型电力系统的安全稳定运行提供了重要的理论分析方法依据和工程技术支撑手段。