含传输线功率信号的双馈风电场附加阻尼控制策略

从抑制电力系统区域间低频振荡以及减少风电机组传动链轴系扭振方面,提出双馈风电场附加阻尼控制策略。首先,建立了考虑传动链柔性的风电机组暂态模型及控制策略。其次,提出了考虑电力系统传输线功率信号的双馈风电机组无功功率环的附加阻尼控制策略。最后,以双馈风电场接入IEEE两区域四机系统为例,针对电网传输线三相短路故障和区域内同步发电机有功功率小扰动2种情况,分别对不同阻尼信号增益下的有功功率环和无功功率环附加阻尼控制策略的系统动态性能进行仿真。比较结果表明,与无附加阻尼控制相比,基于有功功率环或无功功率环的附加阻尼控制能够更好地抑制传输线功率振荡,且无功功率环附加阻尼控制不会导致风电机组传动链轴系扭矩振荡幅值增加。     

含双馈风电场的电力系统低频振荡模态分析

大规模风电场接入电网可能增加区域间和局部区域低频振荡和风电机组轴系扭振的风险。研究了含双馈风电场的电力系统低频振荡特性;在考虑风力机传动链、变桨控制和双馈发电机动态模型及其控制策略的情况下,建立含双馈风电场的电力系统小信号稳定性分析的详细模型;采用模态分析方法,分析了IEEE两区域四机的双馈风电系统低频振荡模态,并通过时域仿真验证了模型和模态分析的正确性。针对风电接入潮流不变和改变两种情况,研究了风电场不同运行工况、接入容量以及是否参与无功调度对系统区域间、局部振荡模态以及风电机组轴系振荡模态的影响。结果表明,含双馈风电场的系统低频振荡特性不仅受风电场运行控制及其容量大小的影响,而且与接入系统潮流变化情况密切相关,采用同步电机协调控制方式使得系统潮流不变时将有助于改善系统区域间振荡模态的阻尼。     

双馈风电场无功功率阻尼控制策略

基于暂态能量函数分析方法,提出双馈风电场的无功功率附加阻尼控制策略。以削减区域间暂态振荡能量为目标,分析调节风电场输出无功功率能抑制电力系统低频振荡的可行性。基于常规PSS控制方法,对风电场无功功率阻尼控制的效果进行分析。为进一步提高阻尼控制效果,提出基于暂态能量函数方法的双馈风电场无功功率模糊阻尼控制策略。仿真结果表明基于模糊控制的风电场无功功率阻尼控制调节策略比常规PSS控制策略能更好抑制低频振荡。     

双馈风电场并网对系统低频振荡阻尼影响的分析与研究

在电力系统仿真软件中建立了双馈风电场和仿真电力系统模型,分析了双馈风电场并网后对低频振荡阻尼模式的影响,双馈风电场并网后出力变化、双馈风电场从不同位置并网对系统低频振荡模式阻尼的影响,仿真结果表明双馈风电机组接入系统后会引入新的振荡模式,随着双馈风电场出力增加,系统阻尼降低。双馈风电场从不同位置接入电网,不会改变系统的振荡模式,但是会改变系统在某些振荡模式下阻尼的性质。     

含主动轴系扭振阻尼的并网双馈风电场惯量控制方法

电网中风电容量的增加,使得电力系统等效惯量减小、频率稳定性下降。为避免此风险,各国电网并网导则要求大规模风电场参与系统调频,并能提供类似同步发电机的惯量响应。本文基于时域仿真并辅以特征值分析,研究了风电场惯量控制对风电机组及电力系统运行特性的影响。传统的风电场惯量控制方法有益于电力系统频率稳定,但仿真结果揭示该控制会减小风电机组轴系扭振的阻尼,严重时将导致机组转速振荡失稳。为解决此问题,提出了含主动轴系扭振阻尼的风电场惯量控制方法,在满足并网导则有关惯量控制要求的同时可有效避免机组发生轴系扭振失稳。仿真结果验证了控制方法的有效性。     

双馈风电场模糊附加阻尼控制策略

基于暂态能量函数分析原理,提出双馈风电场模糊附加阻尼控制策略。首先,以区域间暂态振荡能量下降为目标,从理论上分析了调节风电场输出有功或无功功率能抑制电力系统区域间低频振荡的可行性。其次,在阐述双馈风电场常规 PSS 附加阻尼控制策略的基础上,以传输线有功功率变化作为暂态能量振荡阶段的判断依据,提出了基于模糊控制的双馈风电场附加阻尼控制策略。最后,以双馈风电场接入IEEE两区域四机系统为例,针对电网传输线三相短路故障和区域内同步发电机输入功率小扰动两种情况,对采用模糊附加阻尼控制时系统的运行性能进行仿真,并与常规PSS附加阻尼控制和无附加阻尼控制的运行效果进行比较。仿真结果验证了风电机组有功或无功功率环模糊附加阻尼控制策略的正确性,同时表明基于无功功率环的模糊附加阻尼控制不仅能更好地抑制传输线有功功率振荡而且又能减小风电机组传动链轴系扭矩的波动。     

双馈式风电场抑制电网低频振荡的实时数字仿真仪实验

双馈式风电场与常规电站混合输电是未来大规模风电开发输送的主要模式,但这种输电模式整体稳定性可能较差。首先分析了常规电站与风电场混合输电模式下的低频振荡;然后分析了风电场阻尼常规电站低频振荡的可行性,提出了附加阻尼控制技术并制作了实验样机;最后通过实时数字仿真仪进行系统实时仿真建模(包括双馈发电机系统模型、同步发电机系统模型以及"风火打捆"系统模型),并与实验样机进行联调。联调实验结果表明,基于所提控制策略的实验样机可挖掘风电机群自身暂态有功调节能力以贡献电网阻尼,既能够增强电网阻尼,又能有效抑制电网出现低频振荡。     

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。     

双馈风电场抑制系统次同步振荡分析及控制策略

为挖掘大容量风电场参与系统次同步振荡的抑制能力,提出双馈风电场抑制系统次同步振荡的机理研究及其附加阻尼控制策略对比分析。首先,建立汽轮发电机轴系多质量块的数学模型,引入风场输出功率与汽轮发电机转速之间的传递函数,推导了双馈风电场有功功率和无功功率调节对系统阻尼系数的表达式,并分析提供正阻尼的范围。其次,基于汽轮发电机转速信号以及系统正阻尼条件,对比例积分微分相位补偿控制环节及其参数进行优化,分别研究基于双馈风电场有功功率或无功功率环的附加阻尼优化控制策略。最后,以含双馈风电场的IEEE第一标准测试系统为例,对基于有功功率和无功功率附加阻尼优化控制策略的次同步振荡效果进行比较。理论分析和时域仿真结果表明,推导的基于风电场有功功率和无功功率的阻尼系数表达式可有效分析双馈风电场对系统次同步振荡的作用机理,且基于风电场的有功功率或无功功率附加阻尼优化控制策略都能在全次同步频段内提供有效正阻尼。     

基于改进复转矩系数法的风电场并网引发电力系统次同步振荡研究

针对并网风电场与同步机组之间的动态交互作用引发的电力系统轴系次同步振荡问题,建立了多输入多输出闭环互联系统模型,将系统划分为同步机子系统和风电场子系统。在指出传统复转矩系数法局限性的基础上,提出一种基于特征值灵敏度的改进复转矩系数法,兼顾考虑了风电场并网引入的稳态潮流变化影响和动态交互作用影响。最后,通过对示例系统的仿真分析验证了所提出方法在含并网风电场的单机和多机电力系统次同步振荡稳定性研究中的有效性,从阻尼机理角度对同步机轴系与双馈风电场之间的近似强模式谐振现象做出了解释,并分析了风机换流器控制环节参数、输电系统负荷大小及风火发电机之间动态交互作用对同步机轴系与风机控制系统之间近似强模式谐振的影响。     

风电场中STATCOM抑制系统功率振荡

含虚拟惯量控制的风电场给系统的小干扰稳定带来了新的影响,在此背景下,研究利用风电场配置的静止同步补偿器(STATCOM)附加阻尼控制对电力系统低频振荡的抑制。利用阻尼转矩法分析了虚拟惯量控制对风电并网系统阻尼特性的影响,提出利用风电场中配置的STATCOM增强系统动态稳定的控制策略。基于自抗扰理论设计了STATCOM附加阻尼控制器,以改善系统阻尼特性。基于DIg SILENT平台搭建典型的4机2区域系统进行仿真,仿真结果验证了具有附加自抗扰阻尼控制作用的STATCOM能有效地阻尼系统功率振荡。     

基于在线辨识和区域极点配置法的电力系统低频振荡协调阻尼控制

基于均匀阻尼思想和低频振荡的在线辨识,提出采用区域极点配置法设计阻尼控制器,以实现大系统低频振荡的协调阻尼控制。首先分析了电力系统低频振荡的阻尼特性和机组参与振荡的特点,提出实现均匀阻尼控制的条件和方法;然后基于低频振荡特征的辨识进行阻尼评估,确定均匀阻尼控制的目标;针对辨识模型进行降阶,得到适合控制器设计的降阶模型,最后采用区域极点配置法求出控制器的参数,同时抑制发电机参与的多个振荡模式。由于辨识的模型中考虑了其他发电机和调节系统对本机的影响,极点配置的目标保证发电机所参与振荡模式的阻尼尽量均匀,避免了其他模式阻尼的过度削弱,因此低频振荡控制具有一定的协调性,同时控制器的反馈信号为本地信号,实现了系统的分散协调控制。以新英格兰10机39节点系统为例,说明了本文设计控制器的有效性和鲁棒性,为电力系统低频振荡的分散协调控制提供了新思路。     

调速器参数对水电主导系统稳定性影响及整定

水电主导调频的系统容易发生频率振荡现象,故在整定水轮机调速器PID参数时,往往以频率的小干扰稳定为目标进行优化。本文基于阻尼转矩法,分析了PID参数对频率振荡转矩和低频振荡转矩的影响,并通过四机二区系统进行了验证,研究结果表明,调整PID参数抑制频率振荡的同时,可能会加剧系统的低频振荡。最后提出一种适用于水电主导调频系统的PID参数整定方法,该方法在提高系统频率稳定性的同时,不会恶化弱阻尼低频振荡模式。     

基于Pade近似的电力系统频率振荡模式延时轨迹分析

实际电网中多次出现不同于传统低频振荡的频率振荡问题,和一次调频或自动发电控制强相关。包含一次调频、自动发电控制的电力系统调频过程是一个闭环的控制过程,是一个动态系统,面临着稳定性问题。在实际电网运行中,由调度自动发电控制指令到机组执行带来的延时对电力系统关键模态产生显著影响,从而改变闭环系统稳定性。基于一个三区域系统采用Pade近似方法将延时环节转化为状态空间表达式,选取合适的近似阶数,建立了考虑延时环节的电力系统线性化模型;并且通过特征值计算方法研究延时对频率振荡模式的影响规律,算例仿真结果有效验证了延时给系统带来的阻尼恶化、自动发电控制振荡模式发生周期性变化的结论。     

调速系统引入远方信号抑制区域低频振荡可行性研究

大型互联电力系统区域低频振荡的抑制是电力系统稳定性控制研究的热点之一.已有的研究往往忽略原动机对低频振荡的影响.本文以四机两区域系统为例,采用特征根方法,分析了汽轮机调速系统引入远方信号抑制系统区域低频振荡的可行性.仿真结果表明:多机系统中,若在发电机调速系统中引入与区域振荡模式相关的远方机组的速度偏差信号,并合理配置控制策略,可有效地抑制系统的区域低频振荡.     

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。     

直驱风电场场网/场内振荡现象及抑制方法

在直驱风电场并网电力系统闭环模型及各子系统开环模型的基础上,采用开环模式谐振理论解释了直驱风电场出现场网/场内振荡模式的机理。同时,为了抑制直驱风电场中场网/场内振荡模式,提出直驱风电场双层阻尼控制方案,即风电场层阻尼控制主要抑制场网振荡模式,风机层阻尼控制主要抑制场内振荡模式,阻尼控制参数采用全局搜索算法协调整定,共同提升直驱风电场并网系统的阻尼。最后对直驱风电场并网电力系统进行了模态分析和非线性仿真分析,验证了直驱风电场双层阻尼控制方案的有效性。     

基于概率法的并网双馈风电场次同步相互作用及其抑制措施

双馈风电场经串补线路接入电力系统,小扰动情况下会出现次同步控制相互作用形式的次同步振荡现象。针对这一问题,由于系统运行方式的变化会对次同步控制相互作用产生影响,考虑了电力系统中风电场出力、同步发电机出力以及负荷的随机不确定性,首次采用概率法研究多运行方式下含风电场系统次同步振荡的统计属性,利用参与因子分析参与次同步控制相互作用的模式。提出基于附加阻尼控制的SVC抑制措施,研究其为相应次同步模式提供阻尼转矩以改善系统的阻尼特性。并以含双馈风电场系统为例进行时域仿真和概率次同步稳定研究,结果表明安装附加阻尼控制器的SVC能为系统振荡模式提供阻尼,阻尼常数的概率密度曲线向左半平面移动,且概率阻尼比明显增大,动态稳定性得到改善,时域仿真也验证了该次同步抑制措施的有效性。     

基于改进复转矩系数法的多风电场接入引发多机电力系统次同步振荡机理分析

针对多风电场并网引发多机电力系统轴系次同步振荡问题,建立多风电场–多机电力系统开环互联模型,通过将多机电力系统内部拆分为轴系解耦的机械子系统和电气子系统,推导并网多风电场向同步机轴系注入的阻尼转矩,提出一种结合频域分析和模式分析思路的改进复转矩系数法,并给出相应的次同步振荡稳定性判断流程。在算例中采用所提方法从阻尼角度分析分散式多风电场与多机电力系统的动态交互过程,对影响轴系稳定性的风电场相关参数进行分析,指出风机控制参数、风机运行功率、风机台数及风电场并网位置的不合理均可能导致多机电力系统次同步振荡失稳,并通过非线性仿真验证分析结论的正确性。     

含风电的区域电网功率振荡特性分析与综合控制

风电场的有功功率调节应兼顾频率和阻尼控制功能,使其具有完备的支持能力,增强系统的动态稳定性。本文通过分析风电频率控制中微分环节和比例环节对区域电网间功率振荡的影响,提出风电机组频率控制策略的改进方案。利用一阶惯性-微分环节,使风电场频率控制始终表现为正阻尼特性,避免风电的有功调节引起系统低频振荡。最后,通过理论和仿真分析,验证了系统发生扰动后在所提综合控制策略下,风电机组不仅具备频率调整能力,并可有效改善系统的阻尼特性。