基于改进SFR模型的含风电虚拟惯性/一次调频电力系统频率响应特性

文章利用等效虚拟惯性时间常数定量表征风电场惯性响应,采用传递函数模型描述风电场一次调频响应,结合再热式火电机组和水电机组的原动机-调速器模型,针对含多个风电场/火电机组/水电机组的电力系统提出了改进SFR解析计算等值模型,用于分析计算含风电虚拟惯性响应和一次调频的电网频率响应特性。仿真结果表明,改进SFR模型能更真实地反映含风电惯性/一次调频响应作用的电力系统频率特性,为客观评估高风电渗透率下的电力系统频率稳定运行状态提供了理论基础。     

计及风电场与负荷惯性响应的电力系统惯性时间常数测量

大量风电接入导致电力系统惯量减少、频率稳定性变差。为评估电力系统频率稳定性,将电力系统的惯性划分为同步发电机、风电场和负荷提供的三种不同类别的惯性,通过摇摆方程建立目标函数,应用粒子群算法求解风电场和同步发电机惯性时间常数,为提高粒子群算法计算结果的稳定性引入绝对中位差算法,在Matlab/Simulink中搭建含有风电场和动态负荷的电力系统仿真模型。仿真计算表明,该方法能够准确测量风电场和同步发电机惯性时间常数。     

考虑加快电网频率恢复的风电机组自适应虚拟惯性控制策略

传统风电机组虚拟惯性控制的惯性时间常数较大,虽抑制了频率变化率（Rate of Change of Frequency,ROCOF）,但也阻碍了频率的恢复。文章提出了一种风电机组自适应虚拟惯性控制,该控制在频率扰动初期能够提供适当的虚拟惯性支撑,同时在频率恢复期间加快频率恢复。首先,文章控制策略在频率跌落或者上升阶段,根据ROCOF的最大值,自适应计算出虚拟惯性时间常数。该值一直保持到ROCOF的极性发生变化,切换至根据ROCOF计算出的虚拟惯性时间常数,此时的ROCOF较小,虚拟惯性时间常数趋于零。故在频率恢复阶段,风电机组退出虚拟惯性支撑,从而帮助频率加快恢复。在PSCAD/EMTDC中搭建仿真算例,仿真结果,表明文章所提控制策略能够提供虚拟惯性支撑和加快扰动后频率恢复。     

考虑虚拟惯性时间常数和频率二次跌落的风电频率综合控制策略

首先，根据虚拟惯性时间常数对风电机组惯性支撑能力进行定量表征，进而分析转矩控制器参数对虚拟惯性时间常数的影响。在此基础上，提出一种自适应下垂控制与转矩控制器模糊自适应控制相结合的频率综合控制策略，实现对虚拟惯性时间常数的灵活调整，在抑制系统频率快速变化的同时，加快频率恢复，并可有效解决频率二次跌落问题。最后通过仿真验证所提控制策略的有效性以及对频率二次跌落的改善作用。     

基于VSG的风电机组虚拟惯量控制策略

针对永磁同步风电机组通过全功率变流器并网导致机组功率和电力系统频率解耦,机组不具备惯量响应特性的问题,综合考虑风轮、发电机、变流器特性构建"原动机-直流发电机-网侧变流器"的新型永磁同步风电系统控制模型,提出一种基于虚拟同步发电(VSG)的风电机组功率控制策略以实现机组惯量响应,提高机组电网频率支撑能力。网侧变流器基于VSG模拟传统同步发电机惯量响应特性,将系统频率变化转化为直流母线电压变化,机侧变流器利用机组风轮惯性通过发电机转矩控制实现直流母线电压的稳定。在PSCAD中基于1.5 MW永磁同步风电机组的仿真结果表明,基于VSG虚拟惯量控制策略能有效抑制电力系统频率变化,从而有效提高大规模风电场接入后系统的频率稳定性。     

直驱永磁风电机组虚拟惯量控制简化实验方法

根据虚拟惯量控制的物理本质,提出一种简化的直驱永磁风电机组虚拟惯量控制实验系统的设计实现方法。该方法主要基于电力系统一次调频的数学模型,通过运算器的方式对等值电网的惯性响应特性和调频特性进行模拟,使得模拟风电机组在直接并入大电网的条件下即可进行虚拟惯量控制方法的实验验证。该方法避免了构建等值模拟电网的需要,从而进一步降低实验系统的实现成本。通过仿真和实验,验证简化实验方法的有效性和可行性。     

考虑轴系扭振抑制的双馈风电机组惯量控制策略

双馈风电机组惯量控制是通过建立发电机转子转速与电网频率之间的耦合关系,调整机组有功输出以适应电力系统频率波动。惯量控制直接快速地调节有功会对机组轴系小干扰稳定性造成负面影响,不利于轴系扭振的抑制。文章分析了不同惯量控制响应特征及其对轴系阻尼特性的影响,设计一种以转差率为输入信号的附加惯性与阻尼转矩的惯量控制策略,提出了含轴系稳定性约束的附加惯性与阻尼转矩惯量控制参数整定方法。仿真结果表明,所设计的双馈风电机组惯量控制策略不仅有良好的惯量控制效果,还能有效增大轴系等效电气阻尼,提高了轴系的稳定性。     

基于转矩极限的改进风电机组虚拟惯量控制策略

为解决大规模风电并网带来的系统频率稳定性降低问题,风电机组通过虚拟惯量控制可为系统提供短期频率支撑,然而惯性响应期间风电机组转速收敛缓慢,导致一部分转子动能被无故浪费;转速恢复阶段的有功突变易造成频率二次跌落。为此,提出基于转矩极限的改进风电机组虚拟惯量控制策略,实现在释放较少动能的前提下提供与传统策略相同的频率响应服务;并在频率步入准稳态时,借助时变功率函数开始转速恢复,实现转速快速恢复的同时缓解二次频率跌落。基于EMTP-RV仿真软件搭建包含风电场的电力系统模型,验证了所提策略的有效性。     

双馈风力发电机的虚拟惯量控制及稳定性分析

针对传统矢量定向控制下双馈异步风电机组表现为电流源特性无法向电网提供转子的固有惯性,继而加剧现有电力系统转动惯量降低的问题,研究了具有并网友好性的虚拟同步发电机技术在风力发电系统中的应用。以双馈风力发电机为研究对象,在建立风机小信号等效模型的基础上,研究分析其虚拟同步发电机控制策略,使双馈风电机组具有更大的惯量和频率支撑能力,采用定子电压外环和转子电流内环的双闭环控制,提高瞬时值跟踪能力。根据建立的频域模型分析了虚拟同步发电机参数对稳定性的影响,并给出了参数设计方法。最后,利用搭建的仿真模型验证了所提方法的有效性和可行性。     

基于岭估计法的储能虚拟同步发电机惯性和阻尼系数辨识方法

鉴于目前虚拟同步电机(VSG)的研究主要集中在控制系统的改进上,缺乏对实际虚拟同步发电机控制参数的量化认识。对此,建立了虚拟同步电机线性化时域函数模型,考虑虚拟同步机惯量和阻尼参数之间的耦合性,提出了一种基于岭估计法的虚拟同步机等效惯性和阻尼系数辨识方法。在输出功率阶跃变化时,利用岭估计法对VSG惯量和阻尼参数进行辨识。通过仿真与RT-LAB硬件在环试验,对岭估计法参数识别结果与传统最小二乘法进行了误差对比。仿真和试验结果表明,与传统最小二乘法相比,所提方法拥有更好的辨识精度。     

配电网侧小水电群整体惯量估计方法

配电网作为电力系统的重要部分,内含具有惯性响应的小水电群,但在传统的电网惯量和频率稳定评估中常忽略惯量贡献。同步相量测量单元(PMU)的出现,使获得扰动后数据估计配电网侧小水电群惯量成为现实。为实现对配电网侧小水电群的整体惯量估计,提出了一种基于有功—频率类噪声扰动信息的惯量估计方法,将配电网侧小水电群等效为一个整体,利用节点数据直接估计得到其整体等效惯量。算例结果表明,所提辨识方法能准确估计出单机惯量大小,并适用于节点下的配电网侧小水电群整体惯量辨识,从而减小由获取配电网侧内全部单机的数据进行整体惯量估计产生的误差和难度。     

可再生能源发电系统虚拟惯量动态控制仿真模型

针对可再生能源发电系统大规模接入电网后,因电网总惯量减小而导致小干扰稳定性能减弱的问题,提出了能够有效提高系统转动惯量的多可再生能源发电系统虚拟惯量动态鲁棒控制方法。文章研究了风电、光伏和储能系统虚拟惯量及其控制机理,建立多可再生能源发电系统的转子运动方程;研究基于多可再生能源发电系统转动惯量动态控制和电网小扰动稳定判别模型的系统稳定性鲁棒控制,建立可再生能源出力和负荷波动下的虚拟惯量动态鲁棒控制模型;基于ADPSS仿真平台,针对多可再生能源虚拟惯量动态控制模型,搭建了风电、光伏和储能与无穷大系统并联模型。对所建立虚拟惯量控制模型进行的仿真分析表明,该模型能够有效地提高多可再生能源发电系统接入条件下的电力系统稳定性。     

基于风速预测的风电场虚拟惯量协调控制技术

针对现有风电场虚拟惯量协调控制在风电机组调频辅助功率协调分配方面的研究,提出一种基于风速预测的风电场虚拟惯量响应场级协同分配策略,具体是通过经验模式分解（EMD）和BP神经网络训练风速时序序列获得风速时序模型,预测短时段内的风速,根据实时转速和预测风速计算惯量分配权重因子,根据频率变化计算全场惯量响应值,通过惯量分配权重因子结合变流器容量限值给单机分配惯量响应值。该控制策略成功应用于云南某148.5 MW风电场站级调频测试,验证了算法的有效性。     

同步耦合双馈风机的虚拟惯量优化控制技术

双馈风电机组在同步并网时虚拟出的可控惯性将显著影响电网的动态特性,仍须通过优化控制减少其附加运行风险,充分发挥其控制潜力。该文首先建立引入虚拟同步控制后的双馈风电机组的动态模型,并分析双馈风机与同步发电机之间建立的虚拟同步耦合关系。在此基础上,构建双馈风机同步并网系统的能量函数,基于同步并网耦合关系提出双馈风电机组的变惯量优化控制策略,并借助控制参数对系统稳定性的影响分析,设置虚拟惯量参数范围。最后,搭建双馈风机同步并网系统进行仿真验证,双馈风机的虚拟惯量需要在合理范围内通过变惯量优化才能为并网系统提供可靠的动态稳定支撑。     

考虑风电频率响应的电力系统低频减载控制策略研究北大核心CSCD

大规模风电机组参与调频会对电力系统的频率稳定产生较大影响。传统低频减载控制策略的研究尚未考虑风电机组频率响应的影响,可能导致低频减载控制策略与传统火电、风电调频资源配置不合理。为此,文章提出一种考虑风电频率响应的电力系统低频减载控制策略。首先,基于风电虚拟惯性和一次调频控制模型,建立考虑风电参与调频的电力系统频率响应简化模型;其次,分析风电参与频率响应的有功响应特性对系统不平衡功率量的影响,进而精细化估算用于指导低频减载的不平衡功率量;最后,利用MATLAB/Simulink仿真平台对所提电力系统低频减载控制策略进行了仿真验证。     

风电机组虚拟惯量一阶自抗扰控制研究

为改善独立微网中由于系统惯量小导致的频率暂态稳定性差的问题,该文研究利用风电机组虚拟惯量参与调频的控制算法。首先,分析风电机组虚拟惯量控制(VIC)机理和其存在转速快速恢复和超调过程造成调频能力下降的问题,并说明传统比例微分(PD)控制的原理;然后,利用系统频率动态响应方程,推导虚拟惯量一阶自抗扰控制(ADRC)的设计过程;最后,通过仿真和实验验证得出ADRC比PD控制优势在于能降低转速恢复速度和抑制转速超调,能更充分的释放虚拟惯量,因此ADRC进一步减小了微网暂态频率偏差和稳定时间。     

全功率变频风力发电机组惯性响应控制

针对频率波动时全功率变频风电机组不能对电网提供频率支撑的问题,文章将虚拟惯性调节和下垂调节相结合,利用全功率变频风电机组的惯性控制技术参与电网调频,将风机有功出力设定在低于最大功率追踪,使其有足够空间进行有功调节,以及惯性环节结束后发电机转子转速快速恢复。仿真结果证明了文章控制策略的有效性。     

计及光伏发电的新能源电力系统惯量评估

电力系统中新能源的渗透率逐步提高导致系统惯量显著减少、频率响应特性发生较大变化,给电力系统的运行和控制带来严峻的挑战。针对新一代含虚拟同步发电机控制策略的新能源电力系统,分别从理论惯量和计算惯量的角度对系统各种惯量来源进行详细的分析,并提出一种新的计及光伏发电的系统惯量精确评估方法。而后在DIgSILENT PowerFactory中搭建电力系统仿真模型,对传统电力系统和计及光伏并网的场景下,分别对系统惯量进行精确评估。仿真结果表明所提方法对传统电力系统及新能源电力系统的惯量评估均具有可行性、有效性和精确性。     

基于双馈感应风机的虚拟惯量控制研究

介绍了双馈感应风力发电机组发电系统的原理,针对虚拟惯量控制通常给系统带来的频率恢复时间变长以及频率二次跌落现象,文章提出一种通过双馈感应风电机组为系统提供频率支撑的新策略,并在Matlab/Simulink仿真软件上搭建了双馈感应风电机组发电系统模型,仿真结果证明文章所提出策略能够在有效提高电力系统频率的动态响应性能的同时,避免频率的二次下跌。     

考虑直流侧电容存储能量的风电机组虚拟惯性控制策略

文章在传统转子动能虚拟惯性控制策略基础上,提出了一种考虑直流侧电容存储能量的风电机组虚拟惯性控制策略。该策略在建立转子动能和系统频率偏差关系的基础上,建立了风电变流器直流侧电容电压和系统频率偏差的函数关系,在频率事件下能够充分利用电容所存储的能量来增强电网的惯性,提高电网的频率调节能力。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提控制策略的有效性。