不同风电机组对电网暂态稳定性的影响

为了研究由恒速异步风力发电机、双馈异步风力发电机和直驱永磁同步风力发电机组成的风电场对电网的影响，利用DIgSILENT/Powerfactory建立了风电场的动态模型，通过仿真分析比较了上述3种风电场对电网暂态稳定性的影响，以及风电场出口电压恢复情况和风电场的无功变化等，得结论：恒速异步风力发电机的稳定性较差，双馈异步风力发电机和直驱式交流永磁同步风力发电机能够提高电网发生故障后同步发电机的短期电压稳定性，减小系统所需的无功储备，有利于电网的电压稳定。     

双馈感应风力发电机在三相短路故障下暂态电流特性分析

为了对并网双馈感应发电机风电场联络线保护进行研究,有必要对电网故障下双馈风电机组的暂态电流特性进行推导分析.利用双馈发电机定、转子磁链的暂态变化机理,推导了双馈风电机组在远端和近端短路故障下的定、转子暂态电流的解析表达式,并通过暂态仿真结果验证了解析表达式的正确性.在远端故障时,考虑了机端电压不同的跌落程度.在近端故障时,考虑了主动CROWBAR保护旁路电阻大小的影响.     

考虑过渡电阻的风机并网对电力系统稳定性的影响

大规模双馈风电集中接入对电网中传统同步机组暂态功角稳定有重要影响。将双馈风电机组近似等效为恒功率源,基于等面积定则分析了不同故障时段双馈风机等容量替代同步机组时同步机组暂态功角的变化,考虑了不同三相接地故障过渡电阻对同步机组功率特性的影响,据此分析了风电场并网运行时对系统暂态稳定影响的机理。理论分析表明,当过渡电阻值较小时,双馈风机接入增强了系统暂态功角稳定性,当过渡电阻值较大时,可能降低了系统暂态功角稳定性,对风机并网产生不利影响。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提观点的正确性。     

基于扩展等面积定则的含大规模风电场电力系统暂态稳定性分析

当风电大容量、集中、多点并入电网,且远离负荷区域,导致机网间联系薄弱,使得风电对电网的影响由局部问题扩展到系统稳定性问题。由于风电机组不同于常规电源的特性,使得含大规模风电场的电网暂态稳定性分析成为一个亟待解决课题。基于扩展等面积定则从理论上分析含风电场的电力系统暂态稳定性,将风电场功率等值为同步发电机的机械功率,考虑了风电场控制作用对同步发电机等值机械功率的影响,据此分析了风电场并网运行对系统暂态稳定影响的机理。最后通过仿真验证了该机理分析的有效性,扩展了等面积定则的应用范围。     

大规模双馈型风电场并网的系统暂态稳定仿真

探讨了大规模双馈型风电场并网后对电力系统暂态稳定性的影响。在双馈型风力发电机组动态建模中,考虑了两质量块轴系模型,并采用一种综合考虑发电机组及换流器联合动态行为的简化模型。在换流器建模方面,网络侧换流器直流母线电压假定恒定不变,转子侧换流器实现有功和无功功率的解耦控制。通过仿真分析,研究比较了电网中同一点接入双馈型风电场和同步发电机组的系统暂态稳定特性,同时考虑了同步发电机组各种动态模型及负荷模型对系统稳定性的影响。最后得出一些初步有意义的结论。     

风电场柔性直流并网控制保护技术现状与展望北大核心CSCD

采用柔性直流送出是未来大规模远距离风电并网的主流趋势。随着相工程的不断投运,风电场-柔性直流并网系统的控制与保护技术已成为当下的研究焦点。本文从实际工程出发,针对系统结构、稳态控制、小干扰稳定性、主动频率响应、交直流协调运行及暂态控制等几方面,综述了风电场-柔性直流并网系统的研究成果及发展现状,介绍了当前工程中的技术难点,并对未来的研究方向做了展望。     

风电场柔性直流并网控制保护技术现状与展望北大核心CSCD

采用柔性直流送出是未来大规模远距离风电并网的主流趋势。随着相工程的不断投运,风电场-柔性直流并网系统的控制与保护技术已成为当下的研究焦点。本文从实际工程出发,针对系统结构、稳态控制、小干扰稳定性、主动频率响应、交直流协调运行及暂态控制等几方面,综述了风电场-柔性直流并网系统的研究成果及发展现状,介绍了当前工程中的技术难点,并对未来的研究方向做了展望。     

大型风电场对电力系统暂态稳定性的影响

对大型风电场接入后的电力系统暂态稳定性进行了研究.从理论上分析了基于双馈感应电机的风电机组的暂态稳定机理;基于双馈风电机组的动态数学模型,通过仿真计算研究了大型风电场并网对电力系统暂态稳定性的影响,分析比较了在同一接入点接入双馈风电机组与接入同步发电机组对电力系统稳定性的影响,仿真计算进一步验证了理论分析的结果;最后得出结论:基于双馈风电机组的风电场对电力系统暂态稳定性的影响要好于在同一接入点接入相同容量的同步发电机组.     

基于并网型双馈感应发电机的风电场暂态稳定性研究

为保障在电网故障或高风速工况下含风电场电力系统仍能稳定运行,提出了一种通过增加桨距角控制来改善并网风电场暂态稳定性的方法,通过调节风轮与风向的夹角,降低风力机的输出功率.研究了基于大规模双馈感应发电机的风电场暂态稳定性.在Matlab/Simulink平台中搭建了具有支撑风电场暂态稳定性的桨距角控制模型和双馈风电机组的风电场模型,通过对包含风电场的电力系统仿真,验证了桨距角控制对风电场暂态稳定性的贡献.仿真结果表明:桨距角控制能够有效降低高风速下风电机组的机械转矩,提高了风电场实现低电压穿越的能力,确保风电机组持续运行及电网安全稳定.     

基于绕线式异步发电机的风电场并网暂态稳定机理分析

随着许多大容量风电场直接并入输电网,电网受风电的影响程度已不客忽视.针对目前基于绕线式异步发电机(WRIG)的风电场并网的情况,通过详细分析WRIG风电场的暂态特性,将WRIG风电场在暂态过程中的制动作用简化等值到近端同步发电机上,进而提出一种采用经典等面积定则定性分析WRIG风电场近端同步发电机暂态稳定性的方法.最后通过仿真验证了该分析方法的正确性,并比较了WRIG风电场与同步发电机参与系统暂态调节的效果.     

改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性研究

提出了改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性的措施以实现风电场的低电压穿越(low voltage ride through, LVRT)功能。目前，大部分基于双馈感应发电机的变速风电机组不具有故障情况下的暂态电压支持能力，当电网侧发生严重短路故障时，风电场的暂态电压稳定能力会影响到电网安全稳定。该文在DIgSILENT/PowerFactory中建立了具有暂态电压支持能力的变速风电机组转子侧变频器控制模型及用于故障后稳定控制的桨距角控制模型，通过包含风电场的电力系统仿真计算验证了模型的有效性及其对风电机组和电网暂态电压稳定性的贡献。仿真结果表明，当电网侧发生三相短路故障时，风电机组转子侧变频器暂态电压控制能够控制风电机组发出无功功率支持电网电压；桨距角控制能有效降低变速风电机组机械转矩，避免出现风电机组超速及电压失稳。得出结论：采用变频器暂态电压控制及桨距角控制能够改善基于双馈感应发电机的并网风电场的暂态电压稳定性，确保风电机组低电压穿越(LVRT)功能的实现及电网安全稳定。     

基于RTDS的风电场接入系统线路保护试验分析

针对大规模风电场投入运行后,风电场接入系统线路保护有时会不正确动作的情况,利用实时数字仿真系统(RTDS)作为仿真试验平台,建立了风电机组、风电场、线路保护试验模型,在风电场等值模型校核正确的基础上,进行了线路保护金属性瞬时性故障等试验,试验结果认为风电场接入系统线路保护不正确动作主要是由于风电场的弱馈特性和双馈风力发电机暂态特性造成的,对此提出了线路保护的改进措施:优先选用分相电流差动保护作为主保护,改进距离保护闭锁原则,改进故障选相元件以及开发新原理的保护装置.     

不同类型风电场对电网暂态稳定性的影响

研究了采用笼式和双馈式感应发电机的大规模风电场接入对电力系统暂态稳定性的影响。从理论上分析了笼式和双馈式感应电机的稳定机理;基于不同风电场和相关电网的数学模型,计算了电网发生故障后以故障临界切除时间表征的系统暂态稳定性;通过仿真计算,揭示了不同类型风电场对电网稳定性的影响,验证了理论分析结果。最后得出结论:笼式机组风电场的接入由于吸收无功而削弱了系统的稳定性;双馈式机组风电场接入对系统稳定性的影响,主要取决于接入点、电网结构、运行方式、故障类型等多种因素,其稳定性必须经具体的仿真计算才能确定。     

SVC提高风机多点并网的暂态稳定性研究

大规模风电接入后将对电网的安全稳定运行带来挑战。预计到2015年,约有500 MW的风电接入湖北恩施电网。基于2015年湖北恩施电网及风电的规划数据,通过仿真计算研究了大规模风电并网对系统暂态稳定性的影响,分析比较了基于双馈风机的风电场在不同并网点、不同并网容量下接入对电力系统暂态稳定性的影响,并对仿真结果进行了理论分析。最后提出了通过加装动态无功补偿设备SVC改善风机并网系统暂态稳定性的措施,仿真结果验证了该措施的有效性。     

直驱式风电场对电力系统的暂态稳定性影响分析

为研究大容量直驱式风电场并入对电力系统暂态稳定性的影响,建立了风速、风力机、轴系、直驱永磁同步发电机、全功率变流器的数学模型;研究了变流器控制策略和桨距角控制策略;并搭建直驱式风电场并网的仿真模型.以风电场并网点电压为研究对象,用电压跌落深度、电压冲击幅值、暂态电压恢复时间三个指标,对风电场出口故障、风电场突然切出、在同一点发生三相短路故障时不同风电场容量及三相短路故障发生在线路不同位置时对系统暂态稳定性的影响进行了分析.仿真结果表明直驱式风电场具有一定的低电压穿越能力;风电场突然切出时,并网点电压有小额增幅;风电场接入会改善系统的暂态电压稳定性,但当容量增大到一定程度时系统稳定性下降;随着故障点与风电场电气距离的增大,系统的暂态电压稳定性逐渐改善.     

双馈风电场并网对汽轮发电机次同步振荡的影响

考虑在风火打捆输电方式中大容量风电场并网可能会加剧汽轮发电机轴系扭振的风险,提出双馈风电场并网对汽轮发电机次同步振荡影响的研究。首先建立含风电场系统的小信号稳定分析数学模型,基于模态分析法研究风电场并网前后系统次同步振荡模式的变化,并利用数字仿真平台建立时域仿真,对模态分析结果进行验证。其次,借鉴参数灵敏度概念,研究系统次同步振荡阻尼比对风电场参数的灵敏度。最后,针对风电场在不同风速和不同无功功率的情况下,研究含风电场的电力系统次同步振荡模式的变化规律。结果表明,在保持外部条件一定情况下,双馈风电场并网会降低系统次同步振荡阻尼,且风电场有功功率和无功功率参数对其次同步振荡阻尼影响明显。     

含双馈风电场电力系统暂态稳定性分析

随着风电装机容量的增长,风电场接入运行对电力系统稳定性的影响不容忽视。借助单机无穷大系统分析了双馈风电机组的自身稳定性,发现双馈感应发电机转子运动没有机电暂态失稳现象,但存在电磁暂态失稳现象;研究了双馈风电场与同步电机运行在典型接线方式下系统稳定性的差异和变化。仿真算例表明,由于双馈风电机组有功功率的快恢复特性,可能使含双馈风电场混合电力系统的暂态稳定水平显著降低。     

电压源换相高压直流输电改善异步发电机风电场暂态电压稳定性的研究

基于普通异步发电机的恒速风电机组并网风电场会引起本地电网的电压稳定性问题.为此本文分析了并网风电场的电压稳定问题和电压源换相高压直流输电(VSC-HVDC)的风电场并网方式的技术特点,研究了VSC-HVDC的数学模型和控制方式.基于国际大电网会议(CIGRE)B4-39工作组标准模型,应用PSCAD/EMTDC仿真软件建立了大规模风电场并网系统模型,研究了VSC- HVDC输电改善异步发电机风电场暂态电压稳定性的贡献.研究表明VSC-HVDC不仅能够有效实现恒速风电机组在电网发生大扰动故障后的快速电压恢复能力,而且可以避免在电压恢复过程中由风电机组输入输出功率不平衡引起的发电机超速及电压失稳,确保风电机组的连续运行及电网的安全稳定.     

虚拟同步发电机技术在风力发电系统中的应用与展望

随着风电并网容量的不断提升,大量通过电力电子装置并网的风力发电机组使得现有电力系统的转动惯量缺失,造成系统频率稳定性下降等问题愈加严重。虚拟同步发电机技术可通过模拟传统同步发电机的运行特性,提高风机的并网等效惯量和阻尼系数及电网的风能渗透率。首先,论述了近年来虚拟同步发电机技术在风力发电系统中的研究进展,探讨了风能最大功率点跟踪(MPPT)与频率支撑的协调控制,并揭示了实际转子与虚拟同步转子的能量平衡关系。然后,分析了系统参数设计及其对稳定性的影响,并以主流的全功率型风机和双馈型风机为例,介绍了具体控制方法及其未来在大规模风电场聚合等值研究中的应用前景。最后,总结了当前存在的关键技术问题及可行的解决思路。     

电网故障时双馈风电机组定子电压特性及影响分析

随着以双馈风力发电机为主的风力发电的大规模并网,电网故障期间并网双馈风电机组对电网的影响不断显现,使电网安全稳定运行面临着严峻挑战。为了有效评估双馈风电机组的暂态过程及其对电网的影响,需要掌握电网故障期间双馈发电机机端电压的大小及变化规律。基于双馈发电机的暂态过程,推导了稳态运行以及外部电网三相短路下双馈发电机定子电压的表达式。在此基础上,对双馈发电机定子电压的暂态特性进行了研究,明确了定子电压的影响因素,分析了电网故障时双馈风电机组对电网暂态电压分布的影响。最后通过仿真进一步分析了定子电压的变化规律并验证了推导的正确性。