大型风电基地动态无功补偿对风电外送动态稳定性的提升作用研究

针对大型风电基地高压远距离外送存在的动态稳定性问题,采用时域与频域综合分析法研究作为风电场主要控制源之一的动态无功补偿对动态稳定性的提升与支撑作用,分析结果表明：充分利用动态无功补偿自动、快速调控无功出力的特性,响应因扰动激发出的基地外送的振荡模式,提供有效的无功支撑,进而提高阻尼特性、抑制低频振荡发生,支撑风电并网及送出。     

网源稳态调压对暂态无功支撑能力的影响研究

发电机与静止补偿电容器是电网稳态电压调控的重要无功源。特高压直流送端大型水、火电机组以及受端电网电压支撑机组与主网电气联系紧密,可参与系统稳态调压。针对电力调度与运行系统中,关于稳态运行时降低机组无功出力可以增大暂态无功备用这一观点的不足之处,通过理论解析,揭示了发电机组稳态运行工况对暂态无功出力特性的影响;针对发电机与静止补偿电容器组合的网源调压系统,提出物理意义明确的暂态无功支撑能力定义以及提升该能力的稳态优化调压方案。小电网测试系统和特高压直流送、受端大电网仿真计算结果表明,增加机组稳态无功出力,可改善交流电网受扰后暂态电压恢复特性。     

降低次同步谐振风险的大型火电基地经串补线路送出规划和运行方案

为减小大型火电基地经串补线路送出所面临的次同步谐振(subsynchronous resonance,SSR)风险,采用特征值分析法研究了发电厂侧机组型号、机组运行组合对系统电气谐振特性的影响,并分析了电力网侧关站选址/串补度设置综合方案对系统SSR特性的影响,提出了同电厂采用不同型号机组、优化关站选址/串补度设置来降低系统SSR风险的大型火电基地经串补外送系统的规划方案。针对已经投入运行的系统,提出通过减少运行发电机台数等运行机组组合的调整方案,来降低系统面临的SSR风险。后,通过基于PSCAD/EMTDC的电磁暂态仿真对上述方案的有效性进行了验证。     

直驱风机对火电机组次同步振荡的影响及抑制方法

风火打捆系统中,风电机组的并网使得火电机组的次同步振荡情况变得更为复杂。基于IEEE第一标准模型搭建了风火打捆经串补外送系统,推导了直驱风机输出功率与火电机组次同步阻尼的关系,分析了其对火电机组次同步振荡的影响机理,并通过PSCAD平台结合复转矩系数法和时域仿真分析进行验证。基于此机理,提出了一种在直驱风机的网侧变流器控制系统无功外环处附加阻尼控制的抑制方法,并对其关键参数的优化设计方法进行了分析,时域仿真结果表明所提出的附加阻尼控制可以有效抑制火电机组的次同步振荡。     

提高风电渗透率极限的火电机组惯性参数优化方法

波动性风电的高渗透接入降低了系统的阻尼和一次调频性能,制约了风电渗透率的进一步提升。研究在不降低系统动态稳定水平的前提下提高高风电渗透率系统的调频能力,对于提高风电渗透率极限具有重要意义。文中首先提出了一种含阻尼水平约束和频率偏差约束的风电渗透率极限求解方法,进一步基于火电机组惯性参数对系统阻尼特性和一次调频性能有相反作用的机理,提出了一种考虑系统阻尼和动态频率响应能力的火电机组惯性参数协调优化方法。仿真结果表明,所提风电渗透率极限求解方法的计算结果有较高的参考价值,引入协调优化策略后有效改善了系统的动态稳定特性和调频特性,优化效果适用性强,优化后系统风电渗透率得到了提高。     

基于风水火打捆外送系统的稳控切机研究

随着国家对风资源的大力开发利用,大规模风力发电基地逐渐形成,但是我国能源资源与能源消费呈逆向分布,大量风电需要通过跨区高压输电线路外送。由于风电本身具有随机性、间歇性和不可控等特性,风电需要与常规能源水电、火电组合外送。风水火打捆外送,在带来巨大经济效益的同时也引起电网安全稳定性发生变化。系统发生故障后仅切除常规水电机组、火电机组难以保证系统稳定运行或代价过大。本文分析了风电机组、水电机组和火电机组各自对稳控切机的影响,指出了优先切风电机组、水电机组和火电机组各自的优缺点,提出了风水火打捆外送系统发生故障后风电机组、水电机组和火电机组的优化切机方案。运用PSASP程序对某实际电网仿真,验证了优化切机方案在保证故障后系统安全稳定运行的基础上,能显著降低系统稳定恢复所需切机量,改善故障后系统恢复特性,大大提高系统运行的安全性和经济性。     

风火电配置比例对风火打捆系统暂态稳定性的影响

从理论上分析了双馈风电机组和同步电机的暂态稳定性机理;基于同步电机和双馈风电机组动态数学模型,通过仿真分析研究了不同风火电配置比例对系统暂态稳定性的影响,仿真分析进一步验证了理论分析的结果;得出结论:在风火打捆外送系统中,双馈风电机组对系统暂态稳定性的影响取决于在发生故障时,双馈风电机组对同步电机电磁功率的作用;风火打捆外送时风火电配置比例对系统暂态稳定性的影响取决于系统发生故障时是否首摆失稳。     

规模化光伏并网对火电机组次同步振荡特性影响

光伏规模化开发与集中并网,是我国太阳能资源利用的重要形式之一;波动性光伏电源与可调节常规火电机组近电气距离联合并网外送,则是提高交流送电线路利用效率的重要途径。在上述场景中,光伏对火电机组次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)阻尼特性的影响亟待研究。建立了包括光伏电池板、电压源型逆变器以及控制系统3个主要组成部分的光伏发电单元电磁暂态仿真模型;研究了规模化光伏系统接入及其汇集线阻抗、运行点、接入位置等电气特征量,对近电气距离火电机组SSO阻尼特性的影响。针对交流线加装串补可能引发的SSO问题,提出在光伏汇集站动态无功补偿装置配置附加阻尼控制器的抑制措施,并通过仿真验证了该抑制措施的有效性。     

大规模风电场汇集地区次同步振荡研究

作为目前世界上风电装机容量最大的国家,我国致力于大力发展绿色、清洁能源开发的同时也时刻关注风电基地及外送系统的安全、稳定运行。大规模风电机组次同步振荡问题是近年来研究人员关注的焦点。对现有的关于大规模风电外送系统存在次同步振荡问题的研究成果进行了总结归纳,论述了次同步谐振、次同步控制相互作用与装置引起的次同步振荡的发生机理特性及不同类型风电机组可能发生次同步振荡的类型。指出对动态无功补偿装置诱发风电机次同步振荡的机理分析是未来研究的一大趋势。最后就目前针对大规模风电外送系统次同步振荡问题采用的5种分析方法进行了对比与总结。     

含统一潮流控制器的风火打捆并网稳定性分析

为了增加风电并网的稳定性,提出了风火打捆直流外送的方案。当风电功率波动剧烈时,可以利用火电出力减弱风电功率波动带来的不利影响,保证电力输入至受端电网时的电压稳定。然而当受端电力系统出现故障时,需要无功装置维持受端电网稳定性。UPFC作为功能全面的无功补偿器件之一,既可以控制潮流,还可以在故障时候提供无功补偿,提高系统稳定性。在DIg SILENT软件中搭建了在受端配置UPFC的风火打捆电网模型,研究了不同工况下系统送、受两端的电压与功率特性。仿真结果证明了所建立系统的可行性及控制方案的有效性。     

双馈风电机组静止坐标系下阻抗建模及次同步谐振抑制策略

为清楚分析双馈风力串补系统次同步谐振发生机理,建立了双馈风电机组静止坐标系下的阻抗模型。首先,将双馈风电机组同步旋转坐标系下阻抗模型转换为复矢量形式,通过频率变换得到其在两相静止坐标系下的频域阻抗模型。基于阻抗模型所代表的物理意义,采用等效RLC串联电路,分析了控制器参数及电网参数对并网系统等效阻抗及谐振频率的影响。分别从增大次同步频段阻尼和降低系统发生次同步谐振频率的角度出发,在转子侧控制器中同时引入了附加阻尼和虚拟感抗控制,分析表明该方法能有效地抑制次同步谐振。最后,通过仿真验证了所建模型及理论分析的正确性。     

光伏、火电打捆经串补送出系统的次同步振荡研究

光伏、火电捆绑经过含串补的交流系统送出是一种合理可行的并网方案。本文基于加入了并网光伏的IEEE次同步振荡第一标准模型,利用复转矩系数法和时域仿真法分析了并网光伏对系统次同步振荡特性的影响。根据相位补偿原理,考虑发电机转速偏差信号的传输延迟,分别设计了基于多通道结构的有功和无功型附加阻尼控制器以及混合型附加阻尼控制器;论证了配置附加阻尼控制器并未对并网光伏的稳定出力产生影响。这种在光伏逆变器上配置附加阻尼控制器的思路可以作为抑制火电机组次同步振荡的备用方案。分析了并网光伏容量、附加阻尼控制器类型对次同步振荡抑制效果的影响,频域和时域仿真结果表明并网光伏容量越大,对次同步振荡的抑制效果越好;相比单一的附加阻尼控制器,混合型附加阻尼控制器对次同步振荡的抑制效果更好。     

Sub-Synchronous Resonance damping via Doubly Fed Induction Generator

Interests of low frequency oscillation damping with the Doubly Fed Induction Generator (DFIG) has been increased recently. In addition, it is widely accepted that, the Sub-Synchronous Resonance (SSR) is another unfavorable dynamical phenomenon in power systems. In this study, the implementation of the DFIG in SSR mitigation will be investigated. The IEEE second benchmark model aggregated with a DFIG based wind farm is employed as the case study. Two different control methodologies are proposed: a Fuzzy Logic Damping Controller (FLDC) and a conventional damping controller (CDC) that are added to the main control loop of the DFIG in order to damp the SSR. To validate the results of SSR suppression via DFIG, several case studies are introduced based on changing the operation point of the system and duration of the fault. It has been shown that the DFIG can damp the SSR through both proposed methodologies, but when the system operating point or fault duration is changed, the FLDC can present a cost-effective solution for SSR damping. The Fast Fourier Transform (FFT), simulation results, and a method based on performance index (PI) are conducted to compare two controllers through various cases in Matlab.     

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。     

多通道次同步附加阻尼控制器协调优化策略研究

为提高电力系统的小干扰稳定性,抑制系统中的次同步谐振,研究了多通道次同步附加阻尼控制器之间的协调优化策略。基于模态分离和相位补偿设计了多通道SEDC、TCSC-SSDC和HVDC-SSDC,在充分研究了所有次同步附加阻尼控制器的特点及其适应性的基础上,建立了修改后的IEEE SSR第一标准测试系统,以待改善谐振模式阻尼比最大化为优化目标建立优化模型。利用遗传算法对阻尼控制器参数进行协调优化,以得到能最大程度提高谐振模式阻尼的控制器参数。特征值计算和时域仿真结果表明,经过参数协调优化的多通道附加阻尼控制器能有效地抑制次同步谐振,改善了系统的小干扰稳定性。     

基于PSCAD的风电场低电压穿越无功支撑仿真研究

首先分析风电场低电压穿越(low voltage ride-through,LVRT)能力,然后介绍以双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)为主体的风电场模型以及静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)的控制策略。最后将STATCOM和静止无功补偿器(static var compensator,SVC)分别应用到含风电场的无穷大系统中,在电力系统仿真软件PSCAD上搭建模型,并对系统故障状态进行仿真,在此基础上分析STATCOM和SVC的无功补偿特性,并对补偿效果进行比较。仿真结果表明无功补偿装置可以在系统故障后提供无功支撑,提高了风电场的低电压穿越能力,并且STATCOM无功补偿性能较SVC更优。     

基于门级控制串联电容器不对称串补结构的次同步谐振抑制方法

对门级控制串联电容器(gate-controlled seriescapacitor,GCSC)在抑制电力系统次同步谐振方面的应用进行了研究。介绍了GCSC的结构及基本控制原理,分析了GCSC稳态运行特性。对基于GCSC的各种不对称串补结构抑制次同步谐振的能力做了分析,采用复转距系数法求取电气阻尼来表示不对称串补结构缓解次同步谐振的效果。针对单相GCSC设计了次同步谐振阻尼控制器,并通过基于改进的IEEE次同步谐振第1标准测试系统的仿真,验证了所设计的GCSC不对称串补结构控制器不仅能够有效地抑制次同步谐振,且减少了投入的GCSC容量和工程费用。     

应用静止无功补偿器抑制发电机次同步振荡的研究

文章针对静止无功补偿器（SVC）在抑制次同步振荡（SSR）方面的应用进行研究,对串联补偿电路中次同步振荡的产生机理进行了分析,对SVC抑制SSR的基本工作原理、控制策略进行了总结。在IEEE次同步振荡第一基准测试模型的基础上,建立了SVC的真实时域仿真模型,通过时域仿真验证了SVC在抑制SSR方面的有效性。     

An active power control strategy for a DFIG-based wind farm to depress the subsynchronous resonance of a power system

This study presents a novel auxiliary damping control strategy to depress subsynchronous resonance (SSR) oscillations in nearby turbine generators. In the proposed control strategy, SSR damping is achieved by adding turbine generator speed as a supplementary signal at the active power loop of the rotor-side converter (RSC) of doubly-fed induction generator (DFIG)-based wind farms. To design the SSR auxiliary damping controller, a transfer function between turbine generator speed and the output active power of the wind farms was introduced to derive the analytical expression of the damping coefficient. Then the damping effect of the active power of the DFIG-based wind farms was analyzed, and the phase range to obtain positive damping was determined. Next, the PID phase compensation parameters of the auxiliary damping controller were optimized by genetic algorithm to obtain the optimum damping in the entire subsynchronous frequency band. The last, the validity and effectiveness of the proposed auxiliary damping control were demonstrated on a modified version of the IEEE first benchmark model by time domain simulation analysis with the use of DigSILENT/PowerFactory.     

并网双馈风力机感应发电机效应研究

中国大型风电场的建立,使得大容量风功率需交流输电系统远距离输送。风力机通过含串联电容补偿的交流输电系统外送功率时,可能诱发感应发电机效应(Induction Generator Effect,IGE),威胁系统的安全稳定运行。建立了双馈风力发电系统模型,从理论角度分析了影响感应发电机效应的因素;采用复转矩系数法,计算了串补度、输电线路电阻及风速变化时,系统的电气阻尼,最后进行了时域仿真验证。研究结果表明,串补度的增大、风速的减小及输电线路电阻的减小可以增大系统的电气负阻尼。当系统等效电气负阻尼大于定子和输电系统等效正阻尼之和时,将导致输出功率发散振荡,即产生感应发电机效应。