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。     

基于模式阻尼法的风火打捆系统次同步扭振分析

针对风电机组风火打捆系统的次同步振荡问题,以双馈风电场接入火电机组串补系统为研究对象,在双馈风电场不引发次同步振荡的情况下,基于模式阻尼法定量分析不同控制参数、运行工况、并网机组数量的双馈风电场接入前后火电机组轴系扭振作用。研究结果显示双馈风电场的接入使得火电机组各轴系扭振模式的衰减系数均减小,有利于缓解火电机组的轴系扭振。构建EMTDC/PSCAD仿真算例系统,检验了理论分析结果的确切性。     

大型海上风电场经VSC-HVDC并网的次同步振荡阻尼特性分析

基于电压源换流器的高压直流输电(Voltage Source Converter-based High-Voltage Direct Current Transmission,VSC-HVDC)技术已成为大容量远距离海上风电场并网的理想解决方案。风电机组经VSC-HVDC并网,存在由风电机组和VSC-HVDC变流器控制系统之间相互作用造成的不稳定性问题,有可能产生次同步振荡(Sub Synchronous Oscillation,SSO)现象。从VSC-HVDC换流器角度出发,建立了风电场经VSC-HVDC并网系统的等效模型,在此基础上,运用特征值分析法和谐波阻抗分析法分析了VSC-HVDC换流器控制对SSO电流阻尼特性的影响,为用于风电场并网的VSC-HVDC换流器控制系统设计及参数调谐提供理论参考。最后基于Matlab/Simulink软件搭建了双馈风电场接入两端VSC-HVDC系统仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

基于信号注入法的风火打捆经直流外送系统次同步扭振分析

随着大规模新能源的发展,风火打捆经高压直流外送是解决风电消纳问题的关键手段。与此同时,风电机群、直流输电与同步发电机组之间的次同步振荡问题日益凸显。针对双馈风电机群、直流输电与同步发电机组的动态交互问题,建立了线性化模型,研究风电机群、直流输电的动态过程对同步发电机组机电暂态过程的影响。基于附加励磁信号注入法,分析直流输送容量固定时双馈风电机群控制参数、运行风速、并网台数等因素对同步发电机组各扭振模式阻尼特性的影响规律,辨识同步发电机组轴系负阻尼扭振机理。基于时域仿真模型,验证了所提方法能够有效揭示双馈风电机群对同步发电机组轴系扭振的影响。     

基于制氢协同阻尼控制技术的次同步振荡抑制研究

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(MMC-HVDC)技术是大规模、集群化海上风电场并网的理想解决方案.但是双馈风机(DFIG)与柔直系统之间的相互作用存在引发系统次同步振荡(SSO)的风险.针对此问题,提出一种利用制氢系统和双馈风机控制系统的协同阻尼控制器抑制海风经柔直并网引发次同步振荡的方法.首先,建立海上风电场...     

基于储能装置的柔性直流输电技术提高大规模风电系统稳定运行能力的研究

大规模风电集中接入电网对直流输电技术提出了更高的要求。为此,提出了基于储能装置的柔性直流输电并网传输系统拓扑结构。根据dq同步旋转坐标系下VSC-HVDC(Voltage Source Converter HVDC)系统的数学模型,设计了相应的换流器直接电流控制策略。其中送端换流站解耦控制器实现了风电场输出有功功率和无功功率的独立控制,受端换流站采用将储能装置充放电功率偏差值作为直流电压控制器附加信号的控制策略。最后,以配备双馈风电机组的风电场经柔性直流输电系统接入电网进行仿真分析,针对风电场在噪声风引起的输电功率波动、受端换流站侧交流系统短路故障等情况进行仿真验证,结果表明该控制方案有效可行。     

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。     

风火打捆直流送出系统次同步振荡及传播特性研究

风火打捆直流送出系统由于电力电子设备与交流电网的交互影响,可能引发系统次同步电气振荡,甚至火电机组轴系扭振。为深入研究这一现象,首先分析了风火打捆直流送出系统次同步振荡的原理。然后基于某实际区域电网参数,在PSCAD软件中建立了含火电、风电、直流的500 kV、220 kV电网模型,激发出特定条件下因风电场次同步电流谐波引发的火电机组轴系扭振现象。分析了风电场次同步谐波引发火电机组扭振的必要条件,同时仿真分析了线路谐波阻抗、电流振荡频率和方式检修等对次同步谐波传播路径的影响。     

含双馈机组转子侧附加控制的风电场次同步振荡抑制方法

针对含双馈机组风电场通过串联补偿外送功率时产生的次同步振荡(sub-synchronous oscillations,SSO)问题,建立了包含两质量块轴系、d-q解耦控制回路等的详细模型。采用测试信号法绘制分析阻尼曲线。该曲线显示,串联补偿的加入改变了电气阻尼特性。如果控制器参数不合理,较低串补度下也有发生振荡的风险;随着串补度的加大,电气谐振点的负阻尼越大,对应于转子侧的电气谐振频率越低。当轴系参数耦合时会发生轴系扭振。针对双馈机组转子变换器控制回路的特点,在转子侧注入次同步电流,以激发次同步电磁转矩阻尼振荡,设计附加功率控制的次同步阻尼控制器(sub-synchronous damping controller,SSDC)对次同步振荡予以抑制,并给出了控制器参数的整定方法。时域仿真结果表明:采用该SSDC方案,能够有效抑制串补引发的风电场SSO问题。     

应用于高压直流换流站近区机组的次同步振荡阻尼控制器研究

在交直流混联系统中,高压直流输电系统可能引发送端交流系统发生次同步振荡现象,造成换流站近区机组的轴系扭振,使得发电机组大轴及周围设备损坏,同时对升压变压器一次侧造成冲击。针对该问题,文中首先分析了高压直流换流站近区机组次同步振荡的产生机理,然后提出了一种基于附加次同步振荡阻尼控制器的抑制方法。最后在PSCAD电磁暂态仿真环境下计算表明,附加次同步振荡阻尼控制器能够快速响应次同步振荡扰动,抑制次同步振荡幅值,平抑次同步振荡引起的过电压和过电流,避免其对机组轴系和升压变压器一次侧的冲击。     

经柔性直流接入的大规模直驱风电场等效建模与小干扰稳定性分析

含多台风机的大规模风电场经柔性直流接入交流系统的详细模型阶数过高,对小干扰稳定性分析和失稳机理研究提出了挑战.为此,建立了风电场经柔性直流接入交流系统的开环、闭环线性化状态空间模型.基于风电场开环状态空间模型及风电场节点电压电流关系,将全阶风电场模型通过单台风机动态及交流拓扑信息矩阵进行等效,并分析了风机输出功率、风机...     

海上风电场经柔直送出系统的虚拟导纳中频振荡抑制策略

随着柔性直流输电技术在远海风电的广泛应用,海上换流站接入远海风电场时出现了中频振荡现象,严重危害系统安全稳定运行。为此,提出了一种基于虚拟导纳的中频振荡抑制策略。首先,采用模块化状态空间法建立了海上风电场经柔直送出系统的小信号模型。然后,采用参与因子分析方法揭示了影响中频振荡的关键因素,并分析了各关键因素对中频振荡的影响特性。在此基础上,提出在柔直控制系统中添加虚拟导纳的阻尼控制策略,并基于阻尼控制器对中频、LCL振荡的差异影响划分了控制器参数的稳定域。最后,在Matlab/Simulink中搭建时域仿真模型。结果表明,所提策略在系统不同运行工况下均可有效抑制中频振荡,提高了系统稳定性。     

风火打捆外送系统次同步振荡的改进自抗扰直流附加阻尼控制

针对送端电网大规模风电接入可能加剧火电机组次同步振荡的问题,提出一种基于改进遗传算法的自抗扰附加阻尼控制方法。利用基于总体最小二乘法-旋转不变技术的信号参数估计(TLS-ESPRIT)算法对系统进行次同步振荡特性辨识,根据主模比指标选择合适的控制反馈信号,得到系统在次同步频段内各振荡模式对应的低阶传递函数;结合时间乘绝对误差积分准则(ITAE)指标与极大极小值原理确定被控系统控制目标,并利用改进遗传算法寻优确定多通道自抗扰控制器参数。在PSCAD上搭建含大规模风电的测试系统模型,仿真结果表明基于改进自抗扰控制的附加次同步阻尼控制器在送端电网多种运行方式和不同故障情况下都能有效抑制汽轮发电机组的次同步振荡,鲁棒性较强,同时低阶自抗扰控制器也具有令人满意的控制效果。     

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.     

基于可观测与可控度的直流输电次同步振荡阻尼控制研究

汽轮发电机组轴系在次同步频率范围内往往存在多个扭振模态。目前对高压直流输电引起的多模态次同步振荡尚缺乏行之有效的抑制策略,系统中多次出现应用次同步振荡阻尼控制器后轴系依然存在明显振荡的现象。应用状态空间法对轴系机械系统进行分析,建立了次同步振荡模态的可观测度与可控度的概念。在设计次同步振荡阻尼控制器时,基于次同步振荡的可控与可观测度进行参数优化。PSCAD/EMTDC的时域仿真结果表明,传统的次同步振荡阻尼控制器对于可观测与可控度较低的振荡模态抑制效果较差,而所提出的基于可观测与可控度的次同步振荡阻尼控制     

柔性励磁系统抑制次同步振荡仿真分析

次同步振荡可能会对汽轮发电机的转轴产生严重的威胁,而传统晶闸管励磁系统使用附加励磁阻尼控制器对次同步振荡的抑制效果有限,需要为发电机配置如STATCOM的额外装置。相较于传统晶闸管励磁系统,柔性励磁系统具有双阻尼通道且相互耦合作用小,因此柔性励磁系统相较于传统晶闸管励磁系统对次同步振荡有更强的抑制能力。本文采用Matlab编程对发电机存在的轴系扭振模态进行了计算,并针对其中可能发生次同步振荡的模态设计了基于柔性励磁系统的无功控制器与传统励磁调节通道配合。本文在PSCAD/EMTDC平台上搭建了采用柔性励磁系统的IEEE次同步振荡第一标准模型,验证了柔性励磁系统对次同步振荡的抑制效果。     

发电厂次同步振荡(SSO)问题的解决方法

当直流换流站发生单极或双极闭锁时,靠近直流换流站的发电机组就极有可能产生次同步振荡(SSO),这就迫切需要引入发电机轴系扭振保护(TSR)装置和SEDC装置来用于解决次同步振荡(SSO)引发的轴系扭振,避免造成轴系某些部件如联轴器断裂或疲劳损坏,保证机组和电网的安全运行。     

直驱风电机组次同步振荡阻尼控制方法及其适应性

由风电波动引发的次同步振荡具有振荡频率多变、涉及动态装置多、影响因素复杂等特点,现有的阻尼控制类装置难以实现有效抑制,需研究适用的附加阻尼控制方法。文中通过线性化方法推导了直驱风电机组并网系统的特征方程和传递函数,并获取了风电机组并网系统在不同工况下的频率响应特性。然后提出了基于奈奎斯特稳定判据的风电机组次同步振荡阻尼控制器的参数设计方法,以及基于粒子群优化算法的参数优化方法;结合特征值法及时域仿真法,分析了阻尼控制器对于次同步振荡的抑制作用。研究结果表明,依据前述方法设计的阻尼控制器在多种运行条件下均具有较好的适应性。     

风火打捆系统次同步模式相互作用特性

风电和与其打捆的火电机组的模式相互作用存在诱发次同步振荡的风险。研究了风火打捆系统的模式准强相互作用的规律：随着参数的改变,直驱风机(permanent magnetic synchronous generator, PMSG)锁相环(phase-locked loop, PLL)模式靠近火电轴系模式并发生模式准强相互作用,两个模式的运动方向发生改变,其中的弱阻尼模式穿越虚轴快速变为负阻尼模式,引发次同步振荡,模式相互远离后系统振荡消失。研究表明,火电厂汽轮发电机轴系模式和PLL模式都可能穿越虚轴导致次同步振荡,而系统主要振荡的部分由负阻尼的模式决定。增强发生耦合的模式的阻尼有利于抑制相互作用,增大并网风机数量与线路阻抗都会加剧系统次同步振荡风险和振荡程度。最后基于PSCAD/EMTDC搭建风火打捆系统模型验证了理论分析的正确性,并提出应对措施避免振荡的发生。