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。     

Battery energy storage-based system damping controller for alleviating sub-synchronous oscillations in a DFIG-based wind power plant

This paper presents the issue of the Sub-synchronous resonance (SSR) phenomenon in a series compensated DFIGbased wind power plant and its alleviation using a Battery Energy Storage-based Damping Controller (BESSDCL). A supplementary damping signal is developed considering the angular speed deviation and is incorporated into the BESS control system. Wide-area Measurement System data is used to determine the angular speed deviation. A linearized system model is developed to perform eigenvalue analysis, and to detect and examine unstable SSR modes. The variation of wind speed and three-phase fault are also taken into consideration to validate the robustness of the controller. To further verify the efcacy of the proposed damping controller, time-domain simulations are performed using MATLAB/Simulink. The application of the proposed BESSDCL stabilizes all the unstable system modes efectively at wind speeds of 7 m/s, 9 m/s, and 11 m/s, and at 40%, 50%, and 60% series compensation levels, as well three-phase fault conditions.     

基于双馈风机转子侧变流器的次同步谐振抑制方法

从双馈风机产生次同步谐振的机理出发,当双馈风机转速变化时,其电磁转矩变化量可以分为转子转矩变化量和定子转矩变化量两部分。基于双馈风机转子侧变流器,提出一种新的抑制次同步谐振的附加阻尼控制策略。通过在转子侧变流器控制策略中引入附加控制,产生一个与转速反相的附加转矩,为系统提出正阻尼。然后,利用PSCAD/EMTDC对所提出的附加阻尼控制策略进行仿真验证。结果表明,通过对转子侧变流器进行附加阻尼控制后,可以有效抑制次同步谐振的发生。     

统一潮流控制器附加阻尼抑制次同步谐振的理论与仿真

随着串联电容补偿输电的推广应用,中国电力系统面临着严峻的次同步谐振(SSR)问题。针对SSR问题,文中基于采用电流控制模式的统一潮流控制器(UPFC),提出了一种UPFC附加阻尼控制抑制SSR的方法;首先选择了附加阻尼控制信号接入UPFC控制器的位置,然后设计了UPFC附加次同步阻尼控制器(SSDC),并推导了其抑制系统SSR的机理,且所设计的SSDC采用了模态分离控制以达到抑制多模态SSR的目的。最后,综合利用复转矩系数和时域仿真的方法,对所设计的UPFC装置SSDC抑制SSR的有效性进行了分析和仿真。结果表明,所设计的SSDC在有效抑制SSR的同时,不会影响系统和UPFC装置的正常运行。     

采用遗传-模拟退火算法优化设计SVC次同步阻尼控制器

针对锦界电厂串补输电工程的多模态次同步谐振(SSR)问题,在基波电纳次同步调制机理基础上,优化设计静止无功补偿器(SVC)次同步阻尼控制器(SSDC).首先建立适应SSR分析与控制设计、包含SVC的多机系统线性化模型,其次提出了基于独立模态控制思路的控制器结构,然后将控制参数设计问题规范为一个约束型非线性规划问题,进而采用遗传-模拟退火(GASA)算法求解得到控制参数,最后采用特征值分析和时域仿真验证了控制系统的有效性.结果表明:SVC-SSDC能大幅提高机组扭振的模态阻尼,有效抑制SSR,从而保证了机组和电网的安全稳定运行.     

双馈电机改善系统阻尼的研究

给出了双馈电机的完整小信号模型,分析了双馈电机对系统阻尼的影响,在此基础上通过在转子侧控制系统中引入电力系统稳定器(power system stabilizer,PSS)环节,使系统扰动时,双馈电机能够提供额外的阻尼来削弱震荡,并通过特征根和时域仿真来验证其有效性,结果表明,引入的PSS环节能够改善系统阻尼、提高稳定性。     

电压不对称骤升下DFIG暂态特性及无功协调控制

针对双馈感应风力发电机(DFIG)电网电压不对称骤升故障,传统的研究大多集中于定子磁链暂态特性的分析,忽略了故障时间对DFIG的影响。以单相和两相不对称骤升故障为例,详细分析了DFIG在不同故障发生时刻的定子磁链暂态特性,并推导出对应的定子磁链和转子电压表达式。此外,DFIG一般运行在单位功率因数下,这忽略了其自身RSC和GSC的无功协调能力。针对这一问题,提出了DFIG无功协调控制方案,以此帮助风电系统实现穿越故障。仿真结果验证了暂态特性推导的正确性以及RSC和GSC无功协调控制方案的有效性,所提控制策略有效抑制了并网点电压的骤升,同时满足了系统无功支撑的需求。     

Dynamic Coupling and Cooperative Control for Multi-Paralleled Doubly Fed Induction Generator Wind Farms During Symmetrical Low Voltage Ride-Through in a Weak Grid

In multi-fed grid-connected systems, there are complex dynamic interactions between different pieces of equipment. Particularly in situations of weak-grid faults, the dynamic coupling between equipment becomes more pronounced. This may cause the system to experience small-signal instability during the fault steady-state. In this paper, multi-paralleled doubly fed induction generator (DFIG)-based wind farms (WFs) are taken as an example to study the dynamic coupling within a multi-fed system during fault steady-state of symmetrical low voltage ride-through (LVRT) in a weak grid. The analysis reveals that the dynamic coupling between WFs will introduce a damping shift to each WF. This inevitably affects the system''s dynamic stability and brings the risk of small-signal instability during fault steady-state in LVRT scenarios. Increasing the distance to fault location and fault severity will exacerbate the dynamic coupling between WFs. Because of the dynamic coupling, adjusting the control state of one WF will affect the stability of the remaining WFs in the system. Hence, a cooperative control strategy for multi-paralleled DFIG WFs is proposed to improve dynamic stability during LVRT. The analysis and the effectiveness of the proposed control strategy are verified by modal analysis and simulation.     

电网电压骤降故障时双馈风机虚拟阻抗改进控制技术

针对电网电压骤降故障所导致的风电机组过电流问题,已有的基于虚拟电阻的过电流抑制技术无法兼顾过电流抑制效果和基频控制性能,同时未考虑系统的高频稳态性能,导致故障穿越期间的谐波抑制性能较差。为了兼顾故障穿越性能及故障穿越期间的谐波抑制性能,通过分析电网电压骤降时的双馈风机(DFIG)数学模型,研究了过电流及暂态磁链抑制机理,进一步基于虚拟阻抗技术,提出了电网电压骤降故障时DFIG改进控制技术。通过在机侧变流器转子电流控制环路中引入附加控制环,实现对暂态磁链振荡的抑制,从而提升DFIG低电压穿越性能。进一步地,对所提出的虚拟阻抗环节进行了参数设计分析,保证了该控制方法可以兼顾过电流抑制性能、高频性能及基频控制性能。最后,通过仿真结果验证了所提改进控制策略的有效性和可行性。     

新型混合高压直流输电技术在海上风电场并网中的应用

对由双馈风电机组组成的海上风电场采用混合高压直流输电技术并网时风电场内部的电压和频率控制进行了研究。混合高压直流输电系统由双桥十二脉波不控整流换流器(DBC)、模块化多电平换流器和高压直流输电线路组成。首先,通过深入的理论分析阐明当由双馈风电机组组成的海上风电场采用混合高压直流输电技术并网时,风电场内部的电压可以自动维持在一个合适的范围内并随双馈风电机组输出有功功率的变化而变化。在此基础上,设计了双馈风电机组转子侧换流器的控制器以实现对风电场内部交流系统频率的控制,同时实现了双馈风电机组输出有功功率的最大功率点跟踪。为防止岸上公共连接点发生三相接地短路故障时基于DBC的高压直流输电系统发生过电压,设计了故障时双馈风电机组的控制策略。最后,对建立的采用混合高压直流输电技术并网的海上风电场模型进行了数字仿真,仿真结果验证了理论分析的正确性和所提出控制策略的有效性。     

双馈风电机组抑制电力系统低频振荡的鲁棒控制策略

针对大规模风电场接入电力系统面临的低频振荡问题,提出了一种双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)附加鲁棒控制策略,通过控制双馈风电机组的转子侧无功输出向系统注入无功功率以达到提升系统阻尼的目的。首先采用TLS-ESPRIT辨识算法辨识出系统模型,然后采用基于区域极点配置的鲁棒控制理论设计附加阻尼控制器。为对所提控制方法相比于传统控制方法的优势,设计了基于极点配置的阻尼控制器。最后在PSCAD软件中搭建含风电的两区域模型验证所提控制方法的有效性。仿真结果表明DFIG附加鲁棒控制器能有效抑制电力系统低频振荡,具有较好的鲁棒性。     

Short circuit fault analysis in a grid connected DFIG based wind energy system with active crowbar protection circuit for ridethrough capability and power quality improvement

In power industry, improvement of the short circuit Fault-ride through (FRT) capability of grid integrated Doubly Fed Induction Generators (DFIGs) for the wind power system is an important issue. In this paper an Active Crowbar Protection (ACB_P) system is proposed to enhance the Fault-ride through (FRT) capability of DFIG so as to improve the power quality of the system. The protection scheme proposed here is designed with a capacitor in series with the resistor unlike the conventional Crowbar (CB) having only resistors. The importance of ACB_P is to maintain the connection of DFIG with the grid during fault conditions to provide uninterruptable power supply to the loads. The major functions of the capacitor in the protection circuit are to eliminate the ripples generated in the rotor current and to protect the converters as well as the DC-link capacitor. The main objectives of the proposed approach are: minimisation of magnitude of rotor fault currents, maintenance of constant DC-link voltage, reduction in crowbar operation time to avoid disconnection between the DFIG and the Rotor side converter (RSC), improvement in the short circuit response of terminal voltage and enhancement in the dynamic responses of the DFIG. These objectives are achieved through the incorporation of ACB_P scheme between the rotor of the DFIG and RSC. The proposed scheme is validated on different types of fault conditions and it is observed that there is significant improvement in the objectives. Simulation results are carried out on a 1.7 MVA DFIG based WECS under different types of short circuit faults in MATLAB/Simulation and functionality of the proposed scheme is verified.     

基于事件触发的DFIG次同步附加阻尼控制方法

为快速、准确判断和有效抑制双馈感应发电机(double fed induction generator,DFIG)并网经串补输电系统送出发生的次同步控制互作用(sub-synchronous control interaction,SSCI)问题,首先分析了DFIG经串补送出系统SSCI的作用路径,并经数学推导给出了SSCI发生判据。然后,基于该判据,进一步提出了一种基于SSCI事件触发的DFIG次同步附加阻尼控制方法,提出了适用于快速检测需求的次同步频率提取方法;引入了迟滞环节来解决电机参数不确定导致的误判问题,提高方法的鲁棒性;设计了相频特性平滑的带通滤波器,增强了控制方法对频率变化SSCI问题的适用性。最后,进行PSCAD/EMTDC仿真验证,结果表明所提控制方法能够在风速变化、串补度变化及风机参数不确定情况下较好地阻尼SSCI,且由于引入了SSCI事件判断机制,附加控制在未出现SSCI风险时退出运行,不影响风机变流器的主控制功能。与已有的附加阻尼控制方法相比,所提控制方法在较高串补度下仍然具有较好的抑制效果。     

动态调整转子撬棒阻值的双馈风电机组低电压穿越方法

双馈感应发电机(DFIG)等大型电力电子发电设备接入电网,改变了电力系统源端的暂态特性。在系统故障下,为保证DFIG不脱网运行,常采用转子撬棒保护电路完成低电压穿越(LVRT)。DFIG的暂态特性与故障发生时刻和故障程度有关,传统固定阻值的撬棒电路很难保证不同故障下的LVRT。从时域角度推导了撬棒投入后的暂态转子电流表达式,并提出了基于动态调整转子撬棒阻值的DFIG的LVRT方案,制定了转子撬棒自适应控制策略及阻值整定方法。仿真分析了不同电压跌落深度下所提方案的LVRT特性。结果表明,所提方法不仅能够满足不同电压跌落深度下的转子电流和直流母线电压,而且降低了撬棒投入次数及时间。     

电网对称故障时双馈感应发电机不脱网运行的系统仿真研究

利用经实验验证的时域仿真模型对一典型的2MW双馈感应风力发电系统在电网对称故障时的控制和响应进行仿真研究。与在电网故障时将转子端部直接短接的保护方案相比较,采用所提出的电网故障励磁控制与正常运行时的风能跟踪控制相结合,可以保证发电机迅速恢复有功输出,从而提高整个电力系统在故障切除后的运行稳定性。针对电网对称故障时发电机不脱网运行的可控范围进行仿真计算的结果表明:典型双馈感应风力发电机可在电网故障引起发电机变压器系统侧电压最低下降到30％额定电压时仍可保持不脱网运行。对影响电网故障励磁控制性能的各种因素,包括发电机故障前初始运行点及电机参数进行了研究,发现适当增加发电机漏感或定予侧电阻有助于进一步提高电网故障时励磁控制的效果。     

基于DVR的双馈风电机组不对称电压故障穿越

基于动态电压恢复器DVR(Dynamic Voltage Restorer)能够在短时间内恢复电压的特点,研究了DVR协助双馈风电机组穿越不对称电压故障的能力。针对双馈风电机组,选择了合适的DVR拓扑结构及其补偿策略,分析了基于比例-谐振PR(Proportional-Resonant)控制器的DVR控制方法,并提出采用单环电压反馈控制的策略。利用PSCAD/EMTDC搭建的详细仿真平台,展示了在DVR的保护下双馈风电机组成功穿越不对称电压故障的能力及其改善的瞬态性能。     

含两种分布式电源的配电网故障分析方法

逆变型分布式电源(IIDG)和双馈感应发电机(DFIG)的故障输出电流均由逆变器的控制策略决定,具有很强的非线性,传统的故障分析方法已无法适用于含IIDG或DFIG的配电网。在计及了IIDG和DFIG的低电压穿越特性和控制策略后,建立了IIDG和DFIG的等值模型。以此为基础,进行了含IIDG和DFIG配电网的故障分析,并提出了故障分析迭代求解方法。最后,通过在MATLAB上实现该迭代求解方法,并在RTDS上建模仿真,对迭代求解方法进行了验证。     

基于DFIG功率振荡阻尼器的电力系统低频振荡抑制综述

随着大规模风电并网,风电机组与同步机组间的动态交互加剧,前者对电网低频振荡(low-frequency oscillation,LFO)的负面影响和正面控制效果渐趋显著。文章对双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)并网系统LFO抑制问题展开调研。分析了DFIG并网对LFO的影响机理,从风电侧和电网侧比较了LFO抑制措施。重点讨论了DFIG附加功率振荡阻尼器(power oscillation damper,POD)的参数整定方法和控制策略设计。对基于传统方法、优化方法、鲁棒理论等参数整定方法,以及线性二次型调节器(linear quadratic regulator, LQR)、自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)、滑模变结构控制(sliding mode control,SMC)、模糊控制等控制策略进行比较分析。最后对DFIG并网电力系统低频振荡抑制问题,给出后续研究展望。     

考虑相位跳变的双馈感应发电机转子电压动态特性

风电并网点低电压事件的电压相位跳变(PAJ)及跳变角度值会改变低电压穿越期间双馈感应发电机(DFIG)转子电压动态特性,进而影响保护性能。但现有DFIG故障特性研究中,对PAJ考虑不足。针对这一问题,基于DFIG动态模型,推导考虑PAJ的DFIG定子磁链和转子电压瞬时表达式;采用定子磁链和转子电压空间矢量图分解法,分析PAJ对定子磁链的作用机理,揭示了转子电压直流瞬态分量受PAJ的影响规律;详细研究不同PAJ值、电压幅值和持续时间下定子磁链和转子电压的矢量轨迹特征、振荡衰减特性及其叠加机制,并给出了不同恢复时刻下转子电压的最大、最小值。相应的1.5 MW DFIG仿真结果验证了所提理论分析和方法的正确性。最后,综合分析PAJ任意和约束条件对DFIG转子过压峰值影响规律,提出了一种计及相位补偿的改进励磁控制设计建议。     

虚拟同步风电场协同光伏电站附加阻尼控制方法

迅速增长的新能源并网容量可能会导致电力系统的低频振荡现象,以风电和光伏为主的新能源机组应具备抑制低频振荡的能力.以含风电场和光伏电站的系统为研究对象,阐明双馈风机(doubly fed induction generator,DFIG)虚拟同步控制和附加阻尼控制增加系统阻尼的原理,以DFIG并网点处有功功率变化量为输入...