弱连接条件下并网直驱风电场引发无串补电力系统次同步扭振机理研究

该文研究弱连接条件下并网直驱风电场引发无串补电力系统次同步扭振机理。通过将电力系统闭环互联模型划分为直驱风电场子系统和电力系统其余部分子系统两部分,推导锁相环主导的开环次同步振荡模式的解析表达式。随着直驱风电场连接强度减弱,锁相环主导的开环次同步振荡模式的阻尼会随之降低。当锁相环主导的开环次同步振荡模式和同步发电机开环轴系扭振模式的频率接近时,直驱风电场子系统和电力系统其余部分子系统之间的开环模式耦合会闭环轴系扭振模式的阻尼,进而引发电力系统次同步扭振。另外,直驱风电场连接强度越弱时,开环模式耦合导致的模式阻尼减弱效应会更强。该文通过一个算例电力系统,演示和验证了理论分析的正确性和有效性。     

含并联直驱风电机组并网的风电场多开环模式谐振

针对电力系统中的次同步振荡问题,采用开环模式谐振分析方法研究了多台具有相同参数的直驱风电机组并联并网后引发电力系统次同步振荡的多开环模式谐振现象,构建了以直驱风电机组为反馈子系统和电力系统其余部分为前馈子系统组成的闭环互联模型。针对网侧换流器直流电压外环和锁相环动态主导的振荡模式,研究2个子系统之间的多开环模式谐振。模式分析计算结果表明,多台直驱风电机组的并网会导致锁相环模式的阻尼降低; 并联并网直驱风电机组的数目增加会导致电力系统的次同步振荡。     

直驱风电并网系统中锁相环引起次同步振荡的开环模式谐振机理分析

该文主要围绕锁相环研究了直驱风机和同步机间动态交互作用对电力系统次同步振荡的影响。基于所构建的闭环系统模型,其中含锁相环动态部分作为其开环反馈子系统,系统其余部分作为对象子系统,分析了子系统间次同步交互作用对系统稳定性的影响,并从开环模式谐振角度揭示直驱风机接入引发系统次同步振荡机理。当开环锁相环模式和对象子系统中同步机开环轴系模式在复平面位置接近时,发生开环模式谐振使直驱风机和同步机间存在强交互作用,导致对应的闭环模式可能向阻尼较弱方向移动,若交互作用较强则可能使其中一耦合模式进入复平面右半平面进而引发系统次同步振荡。为评估开环模式谐振导致系统阻尼降低的水平,提出一种预测谐振点闭环模式相对其开环模式偏移位置的方法。最后通过两个仿真算例验证了该文分析结论和所提方法的有效性。     

一种直驱风电场中换流器控制系统间动态交互引起系统的失稳机理分析

主要分析了换流器控制系统间动态交互对直驱风电场并网系统稳定性的影响。通过构建闭环互联系统模型,其中锁相环环节作为其反馈子系统,研究了开环子系统间动态交互与开、闭环系统模式分析结果间的联系。基于此模型,以期从开环模式谐振角度为直驱风电机组间动态交互,及其引起系统失稳提供一种机理解释。在开环模式谐振条件下,即开环锁相环模式与另一子系统开环模式在复平面上较为接近,因子系统间的强交互作用导致系统阻尼水平降低。最后,通过直驱风电场仿真系统对所提模型和分析方法的有效性进行了验证,并分析了系统运行条件(电网连接强度、风机注入功率)及无功控制结构与参数对开环模式谐振的影响。     

双馈风电场内部多模式谐振引发电力系统次同步振荡的机理研究

该文研究风电场内部不同风电机群间多模式谐振引发电力系统次同步振荡和振荡模式频率漂移的作用机理。首先,提出多模式谐振理论,当风电场中N个风电机群的开环次同步振荡模式在复平面上相近时,N个风电机群之间发生的多模式谐振使得对应的两类闭环次同步振荡模式在复平面上分布于开环次同步振荡模式两侧相对的位置,当模式阻尼减弱的闭环次同步振荡模式位于复平面上的不稳定区域时,会引发系统失稳。其次,基于多模式谐振理论研究双馈风电场内部风电机群间动态交互引发电力系统次同步振荡的机理和次同步振荡的频率漂移现象,为风电场接入引发电力系统次同步振荡的研究提供新的视角。最后,通过算例分析验证理论分析和相关结论的正确性和有效性。     

近似强开环模式谐振条件下风电场接入引发电力系统次同步振荡分析方法

研究了近似强开环模式谐振条件下风电场接入引发的电力系统次同步振荡。基于系统的闭环互联动态模型,将风电场和系统其余部分建模为两个开环子系统,论证了开环模式谐振和近似强模式谐振是相同的模式条件,并定义为近似强开环模式谐振。根据特征值灵敏度理论,提出了一种近似强开环模式谐振条件下,风电场接入引发电力系统次同步振荡问题的分析方法。分析表明,近似强开环模式谐振条件下风电场接入可能会导致系统发生负阻尼次同步振荡。最后,通过改进IEEE第一标准测试系统算例演示了所提分析方法,并对方法的有效性和有关结论的正确性进行了验证。     

基于开环子系统模式信息的次同步谐振机理研究

汽轮发电机-串补输电系统的次同步谐振是次同步振荡研究领域的经典问题,开环模式分析法和复转矩系数法是其典型的机理分析方法。该文在现有开环模式分析法的基础上,进一步考虑了开环振荡模式之间的距离这一影响因素,提出基于机械、电气两个开环子系统的开环模式信息(开环振荡模式及其之间的距离和留数)来评估闭环模式的方法。基于IEEESSRFBM:①揭示了轴系扭振的开环模式耦合条件——当开环扭振模式和开环串补振荡模式靠近时,相应的闭环振荡模式将会朝相反方向远离开环振荡模式,偏移程度与开环振荡模式间的距离和留数有关;②揭示了感应发电机效应与电气子系统开环振荡模式的关联;③揭示了附加电力系统稳定器(PSS)次同步谐振阻尼控制器通过影响开环模式信息从而提高轴系扭振稳定性的机理。     

光伏场经柔直并网振荡稳定性分析与抑制方法研究

大容量远距离的光伏场经柔直送出将是未来电力系统发展的一个重要趋势,然而,光伏场经柔直送出互联系统存在建模复杂、阶数过高、难以直观解释失稳机理等问题。为此,本文建立了光伏场经柔直接入交流系统的开环、闭环模型,在此基础上基于开环模式谐振理论,提出了一种光伏场经柔直并网引发振荡失稳的分析方法,并且进一步地针对光伏场与柔直之间的动态交互展开了研究。研究表明：当光伏场主导开环振荡模式与换流站开环振荡模式在复平面接近时,二者将会发生强交互作用,降低闭环系统的稳定性,甚至失稳;基于残差理论可以对强交互作用下闭环振荡模式的数值进行预测。为了抑制光伏场与柔直之间的强交互作用,可以通过调整主导环节的参数抑制。若参数不可调整时,通过在发电单元主导环节装设阻尼控制器,使得其开环振荡模式远离换流站的开环振荡模式,从而破坏开环模式谐振导致的强交互作用,消除由强交互产生的振荡失稳风险。文中通过算例系统,验证了上述理论分析的正确性以及所提阻尼控制器的合理性。     

DFIG风电场并网引发多机电力系统次同步振荡开环模式分析方法

针对双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)风电场并网引发电力系统次同步振荡问题,基于开环模式谐振理论,提出一种研究多机电力系统中风电场并网引发次同步振荡的开环模式分析方法。当DFIG风电场的开环次同步振荡模式与其余电力系统的开环次同步振荡模式相近时,由于发生开环模式谐振,相应的两个闭环次同步模式中的一个的模式阻尼会降低。该开环模式分析方法可以辨识相近的开环次同步振荡模式,并根据推导出的开环模式指标估计开环模式谐振对系统稳定性的影响。同时,该方法可以有效识别参与开环模式谐振的模式与同步机、并网风电场之间的相关性,进而通过采取措施,消除DFIG风电场并网引发系统发生次同步振荡的风险。该文通过改进IEEE第一标准测试系统和多机算例系统,验证了开环模式分析方法的正确性和有效性。     

并网双馈风电场次/超同步混合振荡现象及阻尼控制方案

该文解释并网双馈风电场中出现次/超同步混合振荡现象的机理,并提出一套风电场层面阻尼控制方案用于抑制次/超同步混合振荡。首先,将风电场等效成多台连接到集中母线的双馈感应发电机(double-fedinductiongenerator,DFIG),并建立双馈风电场并网系统的闭环互联模型以及1台DFIG子系统与剩余部分子系统(包括风电场中剩余DFIG、同步发电机以及输电线路,后简称剩余子系统)的开环模型。在这些模型的基础上,运用开环模式谐振理论解释双馈风电场并网系统中可能出现次/超同步混合振荡现象的机理:当2个子系统的开环模式在复平面上位置接近会引发开环模式谐振,与之相对应的2个闭环振荡模式将朝相反方向移动,其中1个振荡模式的阻尼将变差;而振荡模式的频率主要取决于双馈感应发电机的参数;当满足一特殊条件时,系统中将出现次/超同步混合振荡现象。为了抑制双馈风电场中次/超同步混合振荡,该文提出风电场层面阻尼控制方案:风电场统一测量阻尼控制的输入信号,进行阻尼控制,并将输出信号分配到相应的双馈感应发电机上。模态分析和非线性仿真结果均验证文中风电场层面阻尼控制方案的有效性。     

经柔性直流接入的大规模直驱风电场等效建模与小干扰稳定性分析

含多台风机的大规模风电场经柔性直流接入交流系统的详细模型阶数过高,对小干扰稳定性分析和失稳机理研究提出了挑战.为此,建立了风电场经柔性直流接入交流系统的开环、闭环线性化状态空间模型.基于风电场开环状态空间模型及风电场节点电压电流关系,将全阶风电场模型通过单台风机动态及交流拓扑信息矩阵进行等效,并分析了风机输出功率、风机...     

基于SVC的大型风电场次同步谐振抑制

当风电场通过含串联补偿电容线路提升外送功率时可能会发生次同步谐振。分析了风电场次同步谐振机理以及SVC在抑制大型风电场次同步谐振方面的作用,将SIMPLEX算法与单隶属度函数模糊控制技术相结合,设计了基于单隶属度函数模糊控制的SVC附加控制器。与常规模糊控制器相比较,论文提出的控制方案性能更优,能更快速抑制次同步谐振。仿真结果验证了所提出附加控制器的优越性。     

Sub-synchronous Oscillations Caused by Grid-connected PMSGs under the Condition of Near Strong Open-Loop Modal Resonance

Abstract

This article examines the modal condition under which a grid-connected PMSG may cause the sub-synchronous oscillations (SSOs) in a power system. The examination is based on a closed-loop interconnected model of the power system, wherein, the PMSG and the remainder of power system (ROPS) are modeled as two separate but interconnected open-loop subsystems. The model condition being examined is that an SSO mode of the open-loop PMSG subsystem is close to an SSO mode of the open-loop ROPS subsystem on the complex plane. Analysis in the article indicates that the modal condition is the near strong open-loop modal resonance (NSOMR), under which damping of one corresponding closed-loop SSO mode may very likely degrade. The damping degradation can be estimated by an SSO index derived in the article. Hence, study presented in the article reveals the mechanism about why the SSOs may be caused by the grid-connected PMSG from the perspective of the NSOMR. In addition, it is proposed that by applying the modal analysis to the open-loop subsystems, the SSO instability risk brought about by the PMSG can be detected and the risk-contributing PMSGs and synchronous generators in the power system can be identified.     

多运行方式下风电机组变频器参与次同步相互作用的分析与抑制

大规模风电经串补线路进行远距离传送存在引发次同步相互作用的风险,系统运行方式、串补度及变频器控制参数为主要影响因素。采用概率法和模式分析相结合,分别在含双馈感应型和永磁同步型风电场系统中,研究多运行方式下风电串补系统的次同步相互作用。利用参与因子进行模式识别,研究了串补度对次同步振荡模式及概率稳定性的影响,引入概率灵敏度指标分析起主导作用的变频器PI控制参数,并基于风电机组变频器提出一种鲁棒抑制次同步相互作用的附加阻尼控制策略。仿真结果表明,双馈风电串补系统中易产生次同步控制相互作用,在网侧变频器加装鲁棒DFIG-PSS能实现其有效抑制,而永磁同步风电机组对这一相互作用具有免疫特性。     

基于特征值法的次同步阻尼守恒特性分析

运用特征值分析法,分别对含有串联补偿电容的交流系统和含有附加次同步阻尼控制器（supplemental subsynchronous damping controller, SSDC）的HVDC系统的次同步振荡（subsynchronous oscillation,sso）特性进行了研究。分析了在含有串联补偿电容的交流...     

直驱风电场经交流并网系统dq阻抗模型及稳定性分析

为研究直驱式风电场经交流并网系统中,由变流器控制器与电网互相作用而引发新的次同步振荡问题,综合考虑变流器内部控制动态特性、交流动态响应和功率传输特性,推导了直驱风电机组经交流并网系统dq等效阻抗模型。结合系统阻抗行列式稳定判据,分析了直驱风电机组网侧变流器内部控制参数变化对次同步振荡的影响。研究表明,随着网侧变流器中内、外环的PI控制参数（Kp、Ki）的减小,发生振荡失稳的风险增加,系统稳定性下降。最后,通过PSCAD/EMTDC环境下时域仿真验证了模型与理论分析的正确性。     

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。     

Modal Analysis of Induction Generator Based Wind Farm Connected to Series-compensated Transmission Line and Line Commutated Converter High-Voltage DC Transmission Line

This article presents a comprehensive analysis of the potential of sub-synchronous resonance in induction generator based wind farms connected to a line commutated converter based high-voltage DC transmission line. Since series-compensated lines are also known to cause sub-synchronous resonance in induction generator based (Type 1) wind farms, this study also considers a series-compensated line in parallel with the high-voltage DC line for the investigation of sub-synchronous resonance potential. The CIGRE benchmark high-voltage DC system and the IEEE first benchmark system are considered as the study system components. A linearized state-space model of the study system is developed for eigenvalue analysis followed by participation factor analysis. A sensitivity study of the sub-synchronous resonance modes with respect to variation in different model parameters, such as rectifier firing angle, DC line power flow, and series compensation level, is also reported. It is found that the high-voltage DC rectifier station current regulator does not interact with any of the sub-synchronous modes of the wind farm. However, in the event that the high-voltage DC line is blocked during a contingency, the wind farm will operate radially with the series-compensated line and may experience sub-synchronous resonance oscillation due to the induction generator effect.