双馈风机下垂控制对系统小扰动功角稳定的影响机理分析

附加下垂控制可以改善双馈风机响应系统频率变化的特性,但同时将改变其与系统同步机动态特性间的耦合关系,进而影响系统小扰动功角稳定特性。针对该问题,文章用阻尼转矩分析法研究了双馈风机下垂控制对系统小扰动功角稳定的影响机理。首先从双馈风机下垂控制的基本原理出发,针对扩展两机系统,分析了风电接入点频率与系统同步机频率间的关系,进而采用阻尼转矩分析法揭示了双馈风机下垂控制影响系统小扰动功角稳定的机理。在此基础上,分析了下垂控制增益对系统小扰动功角振荡模式阻尼的影响特性及其与风机接入位置、同步机惯性时间常数的关系。最后,利用模态分析法验证了理论分析的正确性。分析结果表明,双馈风机附加下垂控制对系统振荡模式阻尼的影响性质和程度与双馈风机接入位置和系统同步机惯性时间常数的分布相关。     

双馈风机与同步机小扰动功角互作用机理分析

研究风机与同步机动态间的交互作用机理对于揭示风电并网对电力系统小扰动功角稳定特性的影响,指导含大规模风电的电力系统稳定控制具有重要的理论价值和现实意义。该文针对单双馈风机单同步机无穷大系统,从动态响应互作用的角度分析双馈风机与同步机的交互作用机理。首先建立了同步机功角与双馈风机锁相环输出动态的小扰动分析模型。其次,基于小扰动分析模型解的特性,分析了不同锁相环输出动态对同步机功角动态响应的影响,以及同步机功角振荡对双馈风机锁相环输出动态的影响,揭示了双馈风机锁相环动态与同步机功角动态间的交互作用机理。研究结果表明,双馈风机锁相环和同步机动态间的交互影响与锁相环模态和同步机功角模态有关,当两模态振荡频率接近时,两模态阻尼特性将发生变化。最后,通过仿真与模态分析验证了该机理研究的正确性。     

跟网型新能源附加频率控制对频率稳定及小扰动同步稳定影响分析综述EI北大核心CSCD

大规模新能源并网导致系统惯量降低,对新能源调频能力提出需求,新能源附加频率控制在为电网提供频率支撑的同时,也可能对系统的稳定运行带来挑战。该文从新能源电力系统稳定分类出发,聚焦频率稳定与小扰动同步稳定性问题,归纳总结低频段频率振荡、同步机功角振荡、锁相环相角振荡及振荡耦合的特征、机理、模型及影响因素。在此基础上,分析了新能源调频特性,深入探讨了附加惯性控制、一次调频控制以及调频响应延时参数等对几类振荡问题的影响机理与趋势,以系统性认识跟网型新能源附加频率控制与同步机机电动态及变流器不同控制环节的交互影响作用。最后,对相关技术方向进行展望,希望能够为新能源参与调频相关参数设计及高比例新能源系统稳定运行提供参考和支撑。     

双馈风机改善电力系统阻尼特性的研究

风电装机容量的快速增长使其对电力系统的影响更加显著,因此,研究风电对电力系统阻尼特性的影响具有重要意义。文中建立了含双馈风机的多机系统小干扰稳定分析模型,提出了在双馈风机转子侧控制器中引入附加阻尼控制环节用以改善电力系统阻尼。最后以WSCC 3机9节点系统为算例,采用特征值分析法对附加阻尼控制环节引入前后系统的阻尼特性进行了分析,并给出了时域仿真验证。研究结果表明附加阻尼控制环节对系统阻尼特性具有良好地改善作用。     

风电机组附加有功控制参数对系统低频振荡的影响

附加有功控制环节使风机参与至同步机的机电振荡模式中,这使得系统功率振荡特性机理更加复杂,不利于附加有功控制环节的参数设计。为了研究风机附加有功控制对系统稳定性的影响,首先建立了考虑锁相环特性的风机与同步机动态作用的小信号模型;然后基于该模型利用阻尼转矩法分析了风机附加有功控制对系统振荡稳定性的影响机理,并提出了综合考虑系统等效惯性时间常数和阻尼比的附加有功控制环节系数设计方法;最后通过“10机39节点系统”的仿真结果量化分析了各系数对系统低频振荡稳定性的影响规律。结果表明,合理设置风电机组附加有功功率控制系数、滤波时间系数和锁相环带宽均能提升系统频率稳定性;理论分析的正确性也得到了验证。     

改进的双馈风力发电系统小干扰模型

基于双馈风力发电机转子运动方程,对双馈风力发电机组接入无穷大系统引发的负阻尼型低频振荡进行机理分析,寻找产生负阻尼的系统运行条件,以及影响系统阻尼的各个运行参数。基于李亚普诺夫原理,建立了改进的双馈风力发电机组小干扰稳定性模型,相比传统的双馈风力发电机组小干扰稳定性模型。该模型将风机的机械特性、轴系传动特性、发电机电磁特性以及定、转子侧的控制特性全部反映到风机的状态方程里,可以更加准确地反映风机接入系统后的振荡模态。仿真结果验证了上述模型的有效性,并对比了双馈风电机组处于不同运行模式不同控制方法下的系统模态。     

双馈风电机组虚拟惯量控制对系统小干扰稳定性的影响

含虚拟惯量控制的双馈风电机组与电力系统的动力学特性存在耦合关系,而锁相环的跟踪能力将直接影响虚拟惯量的控制输入量,因此,考虑虚拟惯量控制的双馈风电机组在锁相环作用下,对系统小干扰稳定性的影响成为亟需解决的问题。首先,计及双馈风电机组的转子电压、锁相环、虚拟惯量控制、转子侧变频器、风电机组机械部分等暂态特性,建立了考虑锁相环与虚拟惯量控制的双馈风电机组并网的互联系统小干扰模型。在此基础上,考虑到锁相环与虚拟惯量控制均会影响同步发电机振荡模态,采用解析的方法从机理上揭示了二者共同作用下系统的小干扰稳定性,即对于含虚拟惯量控制的双馈风电机组,锁相环主要通过影响虚拟惯量对系统的参与程度进而影响系统阻尼:锁相环比例—积分(PI)参数越小,虚拟惯量控制状态变量对区间振荡模态的参与因子越小,机电振荡模态阻尼比越大,这与不含虚拟惯量控制的双馈风电机组中锁相环对系统阻尼特性的影响相反。仿真结果验证了所建模型的合理性与分析结果的正确性。     

双馈风机附加阻尼控制环节与PSS的参数协调优化

对于含双馈风电场的多机电力系统,在双馈风机内部引入附加阻尼控制环节可以抑制系统低频振荡,但双馈风机附加阻尼控制环节可能会影响电力系统稳定器(PSS)抑制低频振荡的效果。提出了一种双馈风机附加阻尼控制环节与PSS的参数协调优化方法,设计了兼顾机电振荡模式和非机电振荡模式的阻尼特性的优化目标函数,并给出了基于粒子群算法的求解方法。以三机系统作为算例,优化设计了双馈风机附加阻尼控制环节与PSS的参数。时域仿真结果表明,所提出的参数协调优化方法可以更好地提升系统的阻尼,有利于低频振荡的快速平抑。     

含惯量控制的高渗透率风电接入交直流混联输电系统的稳定性分析

为研究高渗透率风电接入交直流混联输电系统的稳定性,首先建立含惯量控制的双馈风机接入附加频率限制控制器的交直流混联系统的低频振荡分析模型。分析含惯量控制的双馈风电机组在不同渗透率下对交直流混联电网区域间振荡模式的影响,进一步分析直流输电系统频率限制控制的投入对系统阻尼特性和频率特性的影响规律。研究结果表明高渗透率下双馈风机惯量控制和直流输电系统频率限制控制能够增大系统阻尼,抑制低频振荡。在Matlab/Simulink中搭建时域仿真,对分析结果进行了验证。     

风电采用MGP并网的小干扰建模和阻尼特性

针对高比例新能源给电网带来的低惯量和弱阻尼问题,提出新能源同步机的并网方式,即新能源驱动同步电动机—同步发电机(MGP)后并网。详细阐述了MGP的小干扰建模方法。首先,分析MGP的功角关系并考虑励磁系统动态,建立包含自动电压调节器和电力系统稳定器的小干扰模型,指出MGP存在阻尼转矩叠加效应。然后,考虑双馈风机状态变量,建立其与MGP对接的完整的小干扰状态方程。在此基础上,推导了基于K系数的动态特性和转矩分量表示法,揭示MGP的阻尼转矩叠加效应的本质是双励磁耦合特性。最后,基于模型建立单机无穷大算例,对比了MGP和传统机组的小干扰稳定特性;在双馈风机采用传统和MGP两种并网方式下,研究了双励磁耦合特性对风机主导的振荡模态的影响。结果表明,提出的小干扰建模方法可以准确反映MGP系统的双励磁耦合特性,该特性能够有效提升阻尼转矩分量和改善系统振荡模态。     

风电场并网对互联系统小干扰稳定及低频振荡特性的影响

为研究风电并网对互联系统低频振荡的影响,基于完整的双馈风电机组模型,定性分析了两区域互联系统在风电机组并网前后阻尼特性的变化情况.从双馈风电机组并网输送距离、并网容量、互联系统联络线传送功率、是否加装电力系统稳定器等多个方面,多角度分析了风电场并网对互联系统小干扰稳定及低频振荡特性的影响.之后,以两个包括两个区域的电力系统为例,进行了系统的计算分析和比较.结果表明,有双馈风电机组接入的互联电力系统,在不同运行模式下,双馈风电机组的并网输送距离、出力水平、联络线传送功率对低频振荡模式的影响在趋势和程度上均有显著差异,这样在对风电场进行入网规划、设计和运行时就需要综合考虑这些因素的影响.     

计及虚拟惯量与下垂控制的风火耦合系统小扰动稳定分析

风火耦合系统在我国北方电网中普遍存在。为了构建电网友好型风电场,主动频率支撑控制被引入风电功率外环,然而该控制可能会影响耦合系统的稳定特性。已有研究主要关注主动频率支撑控制对火电机组主导的机电振荡特性的影响,对风电机组主导的次同步振荡特性影响的研究不多。基于此,建立考虑主动频率支撑控制的风火耦合系统模型,分析在不同风电渗透率和不同锁相环阻尼系数下主动频率支撑控制对耦合系统中火电机组主导的机电振荡模态以及风电机组中锁相环主导的次同步振荡模态的影响,确定耦合系统中锁相环主导的次同步振荡模态的主要影响因素。为了探究主动频率支撑控制影响锁相环主导的次同步振荡的失稳机理,推导了耦合系统计及主动频率支撑控制时锁相环小扰动等效模型,通过复转矩法分析了主动频率支撑控制对锁相环主导的次同步振荡模态的影响。通过时域仿真验证了主动频率支撑控制参数对耦合系统稳定性的影响。     

计及频率耦合特性的LCC-HVDC送端系统阻抗建模与稳定性分析

随着双馈风电和高压直流输电(high-voltage direct-current,HVDC)在电力系统中的比例越来越大,电网换相换流器型HVDC(line-commutated converter based HVDC,LCC-HVDC)与双馈风电场、弱电网互联时会存在交互稳定问题,且振荡频率会呈现频率耦合特征。针对LCC-HVDC整流站存在的频率耦合现象,采用3-D傅里叶变换建立阻抗模型,分析LCC产生频率耦合现象的机理,进行各个影响因素对LCC频率耦合程度的敏感性分析。最后,研究频率耦合特性对LCC整流站、双馈风场、弱电网互联系统稳定性分析的影响,并通过时域仿真验证所得结论。     

An investigation on interarea mode oscillations of interconnected power systems with integrated wind farms

The ever-increasing penetration of wind power integration into a power system can produce significant impacts on the operation of an interconnected power system. As the major energy conversion technology for large wind turbines, the doubly fed induction generator (DFIG) will play an important role in future power systems. Hence, the impacts of the DFIG on the low-frequency oscillations of interconnected power systems have become an important issue with extensive concerns. This paper examines the impacts of several factors, including the DFIG transmission distance, tie-line power of the interconnected system, DFIG capacity, with/without a power system stabilizer (PSS), on the low frequency oscillation characteristic of an interconnected power system using both eigenvalue analysis and dynamic simulations. To investigate the effects of these factors on the interarea oscillation mode, case studies are carried out on two two-area interconnected power systems, and some conclusions are obtained.     

Review of DFIG wind turbine impact on power system dynamic performances

Recently, the variable‐speed wind turbine with doubly fed induction generator (DFIG ) has drawn significant attention because of its many advantages such as small power converter rating, the ability to control the output power, etc. Nevertheless, the large penetration of DFIG wind turbines may affect the power system dynamics. This paper provides a general review of the DFIG wind turbine's impact on power system dynamic performances such as frequency stability, transient stability, small‐signal stability, and voltage stability. Besides, ancillary services from the DFIG wind turbine for the power grid, such as frequency support, reactive power, and voltage support, are explained. Especially, the survey emphasizes power oscillation damping methods by the DFIG wind turbine. © 2017 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

双馈风电场接入交流或交直流混合系统低频振荡 模态对比分析

目前,风电并入交直流混合系统低频振荡模态研究未见文献报道。在PSASP中搭建了CEPRI36节点系统中含双馈风电场的纯交流系统和交直流混合系统的小信号稳定性分析的详细模型。对计及了风力机传动链、双馈发电机、变换器和直流输电动态模型及其控制策略,且直流系统运行在双极两端中性点接地、单极大地回线、单极金属回线、单极双导线并联大地回线四种不同接线方式下的小信号稳定性进行了仿真。从双馈风电场接入交流或交直流混合系统并参与有功或无功调度两种运行方式角度,采用模态分析法进行了电网区间和局部区域低频振荡模态对比分析。结果表明：双馈风电场接入交直流混合系统的低频振荡特性不仅与直流线路运行接线方式存在关联,而且受接入的风电场运行方式影响。与接入交流系统比较,接入交直流混合系统区间振荡的恶化程度变大、稳定裕度更差。     

无锁相环直接功率控制双馈感应发电机系统阻抗建模和稳定性分析

随着新能源渗透率的日益升高,基于双馈感应发电机(double fed induction generator,DFIG)的风力发电机组在电力系统中的比重越来越大。无锁相环直接功率控制(direct power control,DPC)不仅可以提高DFIG的动态响应能力,而且可避免锁相环对功率控制动态性能的影响。针对基于无锁相环DPC的DFIG系统接入弱电网下的稳定性问题,该文通过建立无锁相环DPC的DFIG系统阻抗模型,分析了其频率耦合特性及其对稳定性的影响,进而构建等效单输入单输出阻抗模型,实现控制参数和运行工况对系统稳定性的敏感性分析。最后构建仿真模型,对研究内容进行仿真验证。     

改善含风电场虚拟惯量互联电力系统稳定性的自适应鲁棒滑模控制策略

在以风电为代表的可再生能源大规模接入传统电力系统的背景下,非同步机电源与同步机电源之间的耦合作用以及风电出力的不确定性,使互联电力系统稳定性控制面临复杂的运行场景。针对该问题,基于功率平衡原理建立考虑双馈风电机组虚拟惯量影响的同步发电机组等效转子运动模型,将系统参数协调性及故障因素统一表达为等效惯量参数摄动及有界的不确定扰动;运用滑模变结构方法,结合等效惯量和等效阻尼的可变性及可控性,提出一种自适应鲁棒滑模控制策略以改善互联电力系统的动态稳定性。理论分析和仿真结果表明,与传统的虚拟惯量控制方法相比,所提控制策略能够更好地抑制频率振荡,降低频率变化率以及相对功角振荡幅度。     

基于SVG的双馈风电场电压稳定控制策略研究

双馈异步发电机(DFIG)在大规模风电并网环境下提供的无功功率无法满足并网需求。虽然引入固定电容器能够提供无功补偿,但系统受功率耦合的影响无法有效实时维持电压稳定。提出了一种静止无功发生器(SVG)与DFIG协调补偿无功的控制策略,同时引入电力系统稳定器(PSS)抑制系统的低频振荡,充分利用DFIG风电机组自身发出无功的能力,减少了SVG的配置容量。在MATLAB/Simulink软件仿真平台建立DFIG风电机组并网模型,仿真结果证实了此控制策略能够完成连续无功补偿,有效维持并网点电压稳定,增强系统输电能力。