中文摘要：

现代电力系统要求同步发电机励磁系统能抑制0.1Hz～3Hz低频/超低频振荡。基于可控硅整流的励磁系统只能通过控制直流励磁来增强阻尼，已较难有效同时抑制低端0.1Hz和高端3Hz的宽范围低频振荡。本项目试图将现代大功率电力电子技术发展的最新成果应用到大型同步发电机励磁系统中来，研究采用基于大功率电力电子全控器件整流的同步发电机励磁系统（简称全控器件励磁系统）提高电力系统阻尼特性的机理及其协调控制策略。该新型励磁系统既可以通过直流励磁控制为电力系统提供阻尼，同时还可以通过其交流侧提供，两者的协调控制，将能更有效抑制电力系统低频/超低频振荡，同时还拥有其它突出优点。本项目主要研究内容全控器件励磁系统改善电力系统阻尼特性的机理、优化及协调控制策略、基于广域测量信息的全控器件励磁系统控制策略以及实验室样机研制和动态模拟试验等。本项目研究成果有望较大幅度提高电力系统的阻尼特性及其稳定性。

结论摘要：

现代电力系统要求同步发电机励磁系统能抑制0.1Hz～3Hz低频/超低频振荡。基于可控硅整流的励磁系统只能通过控制直流励磁来增强阻尼，已较难有效同时抑制低端0.1Hz和高端3Hz的宽范围低频振荡。本项目将现代大功率电力电子技术发展的最新成果应用到大型同步发电机励磁系统中来，研究了采用基于大功率电力电子全控器件整流的同步发电机励磁系统（简称全控器件励磁系统）提高电力系统阻尼特性的机理及其协调控制策略。全控器件励磁系统既可以通过直流励磁控制为电力系统提供阻尼，同时还可以通过其交流侧与发电机端交换的无功功率来提供，两者的协调控制，将能更有效抑制电力系统低频/超低频振荡，同时还拥有其它突出优点。本项目首先通过简化励磁系统数学模型建立了含全控器件励磁系统的电力系统Philips-Heffron模型，运用阻尼转矩等方法揭示了全控器件励磁系统改善电力系统阻尼特性的机理。在此基础上，采用相位补偿、线性最优控制以及非线性控制等方法设计了协调控制策略，使全控器件励磁系统在各种运行工况下都能具有良好的阻尼特性，并同时进行了仿真验证。本项目还探索基于广域测量信息的全控器件励磁系统的控制策略，研究了怎样充分利用广域测量系统提供的实时信息大幅度改善电力系统阻尼特性，从而抑制联络线及电网的低频/超低频振荡。本项目针对电力系统动态模拟实验室同步发电机模拟机组，研制全控器件励磁系统实验室样机，在单机系统下进行了大量稳态和暂态动态模拟试验研究，对理论分析和设计的控制策略进行了验证。通过本项目的研究，解决了两个关键问题，即全控器件励磁系统无功注入通道提供阻尼的机理及两个阻尼通道间优化及协调控制策略。理论分析、仿真计算和试验验证表明，全控器件励磁系统能够增强电力系统阻尼，提高静态稳定极限和暂态稳定极限，对于抑制互联电网低频/超低频振荡和提高远距离重负荷输电线路输送容量具有重大意义。本项目的研究工作进一步丰富和完善了全控器件励磁系统的理论体系，为全控器件励磁系统在电力系统实际应用奠定了必要的理论基础。