风电场机网扭振的小信号建模及仿真

风电场实际运行监测结果显示,机网扭振问题已严重制约了风电机组的使用年限。而相比于单个风电机组,多个相同风电机组组成的单一机型风电场的机网扭振会发生传递。实际风电场多采用不同机型的风电机组互补运行,机网扭振特性的变化更加复杂。先建立常见的失速、双馈、永磁直驱3种风电机组的单机小信号模型和对应的3种单一机型风电场模型,然后建立双馈?永磁直驱、失速?双馈和失速?永磁直驱3种混合机型风电场模型。通过模态分析法和相关因子分析了风电机组间的扭振传递作用,并总结出所有单一机型风电场和混合机型风电场的机网扭振特性。     

定速异步机型风电场机网扭振建模及仿真

以定速异步风电机组为例,建立包括三质量块轴系数学模型在内的风机模型,在此基础上建立了定速异步机型风电场多机小扰动仿真模型,研究该机型下同型风电场扭振模态及其相关因子,并对比不同风机数量及布局的风电场扭振模态。结果显示,风电场机组间轴系扭振模态出现双谐振尖峰现象,风机数量增加将导致扭振模态特征值实部趋于正半轴并且阻尼比降低;风电场机组间存在扭振传递作用,风电场风机数量和布局将影响系统的小干扰稳定性。     

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。     

风火捆绑经HVDC送电引起轴系扭振研究

风机轴系考虑为多质块模型时,风电场经高压直流输送电力有可能引起次同步轴系扭振。当风电与附近火电机组捆绑送电时,有助于提高风电系统稳定性。但当系统发生扰动时,风电机组和火电机组均将产生严重的轴系扭振现象。本文首先分析风机轴系扭振产生机理,然后基于整体最小二乘-旋转不变技术估计信号参数(TLS-ESPRIT)辨识出在风机轴系和汽轮机轴系固有扭振模态下的系统传递函数,进而基于射影定理针对每个扭振模态设计阻尼控制器以实现分层控制,最后将阻尼控制器输出信号叠加到直流输电整流侧定电流主控制器上,实现轴系扭振的抑制。建立风电场与火电机组捆绑送电模型并进行仿真,仿真结果表明,设计的分层控制器可有效提高轴系固有扭振模态的阻尼比,可使轴系模块间的扭振迅速衰减,有效提高了电力系统稳定性,控制器阶数较低,便于实际工程实现,且具有较高的鲁棒性。     

电网短路故障下双馈风电机组传动链扭振响应

电网故障引起的电磁转矩波动易造成风电机组轴系扭振疲劳损耗,严重时会造成轴系故障,有必要研究不同类型电网故障下风电机组传动链扭振响应及其对关键部件的影响。首先,采用集中质量法,考虑叶片柔性建立了风电机组传动链四质量块模型,基于小信号模型,采用模态分析法对风电机组传动链扭振特性进行分析。其次,为了表征不同故障类型对风电机组传动链轴系扭振的影响,在双馈发电机电磁暂态模型的基础上,推导了电网对称与不对称故障下电磁转矩表达式。最后,基于四质量块传动链模型,仿真分析了单相、两相和三相接地电网故障对机组传动链扭振响应的影响。结果表明,不同类型电网故障会影响不同传动链扭振频率及其不同关键部件;三相接地电网故障引起的传动链扭振幅值大,齿轮箱和发电机转子间轴上传递转矩可以较全面反映扭振响应频率;与传动链其他部件相比,发电机转子受到电网故障影响更大。     

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。     

大型风电场机网扭振分析与抑制研究

风能作为可再生型和环境友好型能源,风力发电技术已经迅速在全世界范围内到了发展。随着风电的快速发展,大型风电场并网安全问题也越来越受到关注。主要针对由变速恒频风电机组组成的大型风电场,研究其并入在含有串联补偿线路的电网后,在严重电网故障情况下机网扭振情况。扭振现象对于风电机组的零部件和电网安全稳定运行构成严重的威胁。建立建立风力机的四质量块模型和感应发电机数学模型,采用等值机形式,构建了9 MW的大型风电场。首先验证了在三相短路故障情况下,大型并网风电场中存在机网扭振现象。然后,通过改进传统的串联补偿环节,提出了利用晶闸管控制的可控串联补偿装器（TCSC）对机网扭振进行抑制。利用Matlab软件仿真进行实时仿真,并且进行了频谱分析,结果验证了可控串联补偿器可以减少机网扭振。     

直驱风电场并网对系统静态电压稳定性的影响

风电场的大规模接入会对电网静态电压稳定性造成不容忽视的影响。以含直驱风电机组的扩展单机无穷大系统为例,通过2种静态潮流计算方法对含直驱风机的系统等值模型进行分析,推导风电接入后系统并网点母线电压的解析式。在BPA中分别建立含直驱风电机组的扩展单机无穷大系统以及实际电网系统的仿真模型,对比理论计算结果与仿真试验结果。分析并网点母线电压在不同控制方式下,风电渗透率、风机并网位置、负荷接入比例和负荷接入位置等因素对系统静态电压稳定性的影响。     

风电场小干扰稳定研究

为了降低风电场并入电网对电力系统的小干扰稳定可能带来的影响,建立了双馈感应发电机数学模型和桨距角控制模型,根据小干扰稳定理论,在PSAT平台上对风电场接入一个单机无穷大系统和WSCC 3机9节点系统进行特征值计算和小干扰稳定分析。仿真算例分析结果表明,与风电机组强相关的振荡模式阻尼特性良好,系统振荡稳定。     

失速型风电机组机网扭振的模型与机理

指出了研究并网大型风力机组机网扭振问题的必要性,为研究风电机组的机网扭振问题,针对失速型异步风力发电机,建立了研究其风力发电机和电网之间扭振相互作用的统一动态模型.采用有限元方法分析了实际的叶片结构,将风力发电机叶片、低速轴、齿轮箱、高速轴、转子组成的旋转系统等效为三质量块-弹簧模型,同时建立了发电机定子和电网在d-q坐标系下的模型,实现了机网接口.仿真分析得到了风力发电机的旋转系统在电网三相故障激励下叶片的扭振曲线,其扭振频率与风机旋转系统的理论固有频率相同,且故障切除以后扭振现象并未衰减;为进一步研究抑制机网扭振的方法提供了理论基础.