基于PSCAD的双馈风电机组暂态等值模型研究

随着接入电网的风电场规模日益增大,电力系统暂态过程研究对风电场准确简洁建模的需求愈发迫切。本文研究了一种基于PSCAD仿真平台的降阶双馈风电机组等值模型。该等值模型保留了原双馈风电机组(DFIG)详细模型中的风力机模型、轴系模型以及发电机模型,同时采用两组独立可控电流源及其对应配套控制策略,替代了由电力电子装置构成、仿真计算资源需求大、精度要求高的背靠背PWM变流器组及配套控制系统。基于PSCAD的仿真分析对所搭建的双馈风电机组等值模型的基础控制特性、暂态响应特性,以及仿真计算效率进行了验证,证明了该模型既可以有效保持双馈风电机组的暂态响应特性,同时又大幅度提高了仿真计算效率。     

基于有功响应的双馈型风电场实用化等值方法

建立和实际风电机组暂态响应特性一致的详细暂态模型,并对其进行合理有效的分群是风电场等值建模需要解决的两个重要问题。该文基于对大量实测数据的拟合及与厂家的沟通分析,建立了具备斜率功率恢复特性的低电压穿越模型,通过低电压穿越试验验证了模型的有效性。在此基础上,对风机在不同风速下的并网点有功暂态响应特性和风电场在典型风速分布下的等值效果进行了研究,提出了基于有功响应的风电场实用化等值方法。采用实际风电场的多组风速数据,对等值前后的并网点有功、无功、电压和电流的故障响应特性进行了对比分析。结果表明,文中方法具有良好的等值效果,对风速数据和故障点位置具有良好的适应性。     

基于戴维南电路的双馈风电场动态等值方法

根据双馈感应发电机(DFIG)的3阶简化动力学模型,提出了基于戴维南电路的双馈风电场等值方法。首先,根据风电机组的功率—转速特性对含风电场的电力系统进行快速潮流计算,确定各DFIG的初始运行点,应用离线计算确定DFIG暂态内电势动态特性发生显著变化时所对应的风速上、下界,据此将DFIG分群;接着,通过理想变压器将同群DFIG戴维南等效电路中的暂态内电势节点移置到公共等效母线上,并借鉴同步发电机参数聚合方法求取等效风电机组电气参数,按照总机械功率不变的原则,在设定的等效风电机组功率—转速特性基础上,推导出等效注入风速及等效机转速;最后,进行网络化简,消去移相变压器及其他联络节点,得出等效DFIG与公共连接点之间的电气连接。对6机双馈风电场算例的仿真表明:单机等值方案稳态精度较好,但动态误差偏大;按照DFIG机电暂态特性分群的3机等值模型兼具较高的稳态与动态精度,能较好地适用于内部连接复杂且注入风速相差较大的风电场。     

含双馈风电场电力系统暂态稳定性分析

随着风电装机容量的增长,风电场接入运行对电力系统稳定性的影响不容忽视。借助单机无穷大系统分析了双馈风电机组的自身稳定性,发现双馈感应发电机转子运动没有机电暂态失稳现象,但存在电磁暂态失稳现象;研究了双馈风电场与同步电机运行在典型接线方式下系统稳定性的差异和变化。仿真算例表明,由于双馈风电机组有功功率的快恢复特性,可能使含双馈风电场混合电力系统的暂态稳定水平显著降低。     

基于电流轨迹相似度的双馈风电机群电磁暂态同调分群方法

合理的风电场等值建模是风电并网研究与运行的基础。双馈风电机群中各机组的正常运行状态、控制器暂态响应、保护动作情况可能不同,单个双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)的暂态特性不能代表机群的整体特性。电力系统保护和控制的实施仍需解决风电机群暂态等值模型的欠缺。基于DFIG故障暂态过程的行为特征,充分考虑DFIG短路电流的特征信息,建立短路电流包络线轨迹结构相似度的评价指标,提出基于轨迹结构相似度的电磁暂态同调机群划分方法。算例表明,该方法能够有效辨别DFIG暂态过程的差别,满足电磁暂态分析机群等值的需求,且原理简单,易于实现。     

双馈异步发电机风电场聚合模型研究

提出了一种风电场内输入风速不同的多台风电机组的单机等值建模方法。在机组参数相同的条件下,以风电场的有功功率及无功功率输出、动能的变化率、传动链损耗保持不变为原则,对机组的风轮、传动链、发电系统及主控系统进行等值变换,给出了相关参数的计算方法,同时给出了等值风速的计算方法。以“在公共连接点短路阻抗相等”为原则,对风电场内的电力网络进行单阻抗等效。建立了包含4台参数相同的2 MW双馈风电机组风电场详细模型和相应的等值模型,通过仿真分析分别对比这2种模型在随机风速和电网故障情况下的输出特性。结果表明,该方法得到的等值聚合模型具有很高的精度,适用于具有相同参数双馈风电机组的风电场建模。     

双馈风电场等值阻抗模型在高频振荡研究中的适用性分析与评价

目前在对风电场高频振荡的研究中,风电场普遍采用等值阻抗模型,然而对于等值阻抗模型在高频段的适用性需要进一步分析与评价。针对这一问题,该文以双馈风电场为例,首先建立风电场中包含双馈风电机组、链路出口处电缆与风电机组间集电线路的链路详细高频阻抗模型。然后,采用常规等值方法聚合风电场,获得等值高频阻抗模型。进而,在同一链路不同风电机组之间控制延时、电流内环控制参数、网侧滤波器等关键参数存在差异的场景下,采用振荡频率相对误差、高频段相位均方根误差两个指标综合评价等值与详细风电场高频阻抗模型的一致性,并研究考虑与忽略风电机组间集电线路对等值高频阻抗模型适用性的影响。结果表明,风电机组间集电线路对风电场等值高频阻抗模型的适用性有较大影响;然而,在考虑风电机组间集电线路的影响后,同一链路不同风电机组的关键参数存在差异时对风电场等值高频阻抗模型的适用性影响较小。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建双馈风电场的仿真模型,通过仿真验证理论分析的正确性。文章所得结论可以为研究规模化风电场高频振荡现象提供等值模型的适用性参考依据。     

考虑网络损耗的直流近区风电场集电参数等值建模研究

正针对直流近区风电场受直流输电特性的交互影响,极易出现并网点暂态过电压问题,在确定风电场运行状态,评估风电机组暂态过电压能力的过程中,集电等值参数对风电场等值模型的影响不容忽视。针对直流近区风电场的集电参数等值建模问题,结合暂态过电压功率特性,提出一种考虑损耗的风电场集电网络等值建模方法,定量化研究了风电场内机组过电压水平受集电参数的影响。以实际电网为例,仿真风电场汇集的直流外送系统两次换相失败,分析其暂态过电     

含不同风电机组的风电场暂态运行特性仿真研究

随着大容量风电场集中接入电网,有必要研究含不同风电机组参数和类型的风电场暂态特性及对电网的影响。在分析笼型异步和双馈异步风电机组暂态模型的基础上,分别建立了含不同风电机组的风电场容量加权等值模型。从风电机组不同容量比、风电场不同短路容量比以及电网联络线不同阻抗比角度,对含不同风电机组的风电场暂态运行特性进行仿真。仿真结果表明：在电网接受风能容量一定的条件下,双馈异步风电机组装机容量比例提高以及风电场短路容量比和联络线阻抗比的降低,都可以提高和改善风电场出口处电压和机组的暂态稳定性。     

含不同风电机组的风电场暂态运行特性仿真研究

随着大容量风电场集中接入电网,有必要研究含不同风电机组参数和类型的风电场暂态特性及对电网的影响.在分析笼型异步和双馈异步风电机组暂态模型的基础上,分别建立了含不同风电机组的风电场容量加权等值模型.从风电机组不同容量比、风电场不同短路容量比以及电网联络线不同阻抗比角度,对含不同风电机组的风电场暂态运行特性进行仿真.仿真结果表明:在电网接受风能容量一定的条件下,双馈异步风电机组装机容量比例提高以及风电场短路容量比和联络线阻抗比的降低,都可以提高和改善风电场出口处电压和机组的暂态稳定性.     

电网故障下全功率风电场内部机组的暂态稳定性分析

全功率风电场中机组并网运行的稳定性往往与网侧变流器的控制和并网阻抗有关,因而风电场中机组的失稳并不是同时发生的.为揭示风电场中机组的位置与其暂态稳定性的关系以及机组间稳定性的相互影响,建立了基于锁相环的多风电机组非线性降阶模型.基于等面积法的思想,分析了不同运行条件下风电场内部不同机组的暂态稳定裕度以及场内线路阻抗对稳...     

基于保障低压穿越能力的风电机组撬棒自适应投切策略研究

针对风电场低压穿越(Low Voltage Ride Through, LVRT)能力提升问题,以并网型中大规模风电场为研究对象,从整个风电场层面出发,分析了故障扰动场景下双馈风机(Doubly-fed Induction Generator, DFIG)的暂态特性及LVRT能力。利用RBF(Radial Basis Function)神经网络对切除后的DFIG转子电流暂态过程进行有效拟合,提出了一种撬棒保护自适应投切策略。算例仿真结果表明,RBF神经网络对故障后转子侧最大电流预测较为准确,能够有效避免撬棒的重复投切。该策略进一步提升了故障场景下风电场的无功支撑和LVRT能力,显著提高了风电场运行的安全稳定性水平。     

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。     

提高双馈风电机组动态无功协调控制能力的实验研究

随着风电场规模不断增加,风电机组并网对电网的影响逐渐增大,故充分挖掘风电机组的无功电压调节能力和提高机组的无功响应速度对增强电力系统的电压稳定性具有重要作用。定量分析了蒙西电网某风电场单台双馈感应风力发电机(Doubly Fed Induction Generator, DFIG)的无功电压调节能力及限制因素,根据其单台机组的无功调节机理制定动态无功补偿协调控制策略。若系统无功需求超过DFIG无功出力极限时,在保证机组最大发电效益的基础上,提出基于无功差值的双馈感应风力发电机组有功附加控制。并且通过改进的遗传控制算法辨识得到附加控制器参数,该控制在降低机组最小出力的同时确保提高机组无功出力极限,进而满足系统无功需求。最后通过实验验证了所提出的双馈风电机组动态无功协调控制的可行性和准确性,增强了机组的电压稳定能力。     

风电场层AGC常用分配策略的对比研究

风电场层AGC负责接收、分配和下发系统调度有功指令目标值至场内各机组,其中分配策略将直接影响风电场AGC的控制性能。目前常用的分配策略有有功变化量平均分配、有功等比分配和相似出力裕度分配。从机组台数、限电量和可用理论有功计算误差等方面分别比较了三种常用分配策略对风电场AGC响应时间的影响。结果表明,机组台数和限电量对风电场AGC响应时间的影响很小,但可用理论有功计算误差有可能导致系统调度下发的有功指令目标值经风电场层AGC分配、下发,再经机组层AGC执行后仍无法进入调节死区,需二次分配,增长了风电场AGC的响应时间。该研究将为风电场AGC控制性能的改善提供技术依据。     

Dynamic maximum available power of fixed-speed wind turbine at islanding operation

Increasing of wind power penetration at power systems requires the development of adequate wind turbine models and consequently useful indexes. Among different models, dynamic model has an important role as a fundamental part of wind farms for representing the dynamic behavior of wind farms at different operating conditions. In this paper, a suitable dynamic model is introduced for wind farms with fixed speed wind turbines. This model is proposed by aggregating the individual wind turbines into an equivalent wind turbine model that operates on an equivalent wind farm electric network. Thus, the system under study is modeled by a set of dynamic and algebraic equations. Based on proposed dynamic model a useful novel index is introduced for calculation of the injection power ability of the wind farm that is an urgent issue in the planning and operating of wind farms. This index is named Dynamic Maximum Available Power (DMAP). In addition, sensitivity analysis of DMAP with respect to effective parameters is carried out and the results are shown.     

风电机组无功动态响应性能评价

风电场无功对电网有较大的影响,目前相关标准对风电场动态无功响应时间、持续时间提出了要求,却未对风机的无功动态响应性能提出要求,因此,提出风机无功功率响应时间、响应能力和支撑能力指标,实现对风电机组无功动态响应性能的定量评价。利用PSD-BPA仿真及实际风电场电压、无功运行监测数据对风机无功功率支撑能力指标的有效性进行验证。该指标值与风机暂态电压稳定极限值正相关,风机电压跌落深度越小,风机发出无功持续时间越长,该值越大,说明风机无功支撑能力越强。     

基于混合整数线性规划的风电场有功优化调度

大规模风电并网背景下,风电场的有功优化调度对调度控制和电网安全运行至关重要。在风电场风速分布和风电功率有效评估的基础上,以风电机组的出力以及开停机状态为决策变量,考虑风电场弃风以及机组启停,建立了以风电场运行成本最低为目标的风电场优化调度模型。提出了风能利用系数的分段线性化方法,进而建立了基于混合整数线性规划的风电场优化调度模型。实际风电场的算例分析表明,该调度模型可在满足调度部门指令需求的前提下,给出风电场内最优的机组启停计划和出力安排,有效减少弃风及启停次数,降低风电场运行成本。     

适用于双馈机组风电场的故障电压序分量选相元件

针对双馈机组风电场弱馈特性以及暂态特性中含有转速频率分量的问题,通过分析风电系统背侧正、负序阻抗间的差异以及对故障电压序分量分布的影响,提出了一种基于故障电压序分量的选相方法。结合撬棒保护对故障电压序分量相位的影响,修正相位偏差角,使得该选相方法受风电场弱馈性及其风电系统背侧阻抗不稳定性影响较小。双馈机组风电场侧故障电压主要由电网电压支撑,频率偏差较小,该选相方法易于实现,且具有较大的选相裕度。运用PSCAD软件进行建模仿真,结果验证了该选相元件的有效性。     

不同风电机组对电网暂态稳定性的影响

为了研究由恒速异步风力发电机、双馈异步风力发电机和直驱永磁同步风力发电机组成的风电场对电网的影响,利用DIgSILENT/Powerfactory建立了风电场的动态模型,通过仿真分析比较了上述3种风电场对电网暂态稳定性的影响,以及风电场出口电压恢复情况和风电场的无功变化等,得结论：恒速异步风力发电机的稳定性较差,双馈异步风力发电机和直驱式交流永磁同步风力发电机能够提高电网发生故障后同步发电机的短期电压稳定性,减小系统所需的无功储备,有利于电网的电压稳定。