2MW双馈式风电机组最大功率追踪控制研究

目前,以双馈感应风力发电机(DFIG)为主的风力发电机组在电力系统中所占比例比较大.本文通过对风力机功率特性和双馈式风电机组最大风能追踪的研究,在分析双馈发电机数学模型和有功、无功功率解耦控制的基础上,应用PSCAD/EMTDC对2MW双馈感应风力发电机进行系统建模,建立了基于发电机定子磁链定向矢量控制的双馈风力发电系统最大功率追踪系统模型,通过变桨距控制与控制有功功率来间接控制DFIG的转速获取最佳输出功率,分析仿真结果,验证控制策略的可行性     

双馈风力发电机组对电力系统稳定性影响

双馈感应发电机(DFIG)在定子磁链或电压定向的矢量控制下,其功角动态行为均具有快变特性,致使DFIG对常规同步发电机(SG)的首摆稳定性和阻尼特性产生重要影响.研究发现,DFIG和SG的功角摇摆曲线可能存在两类交点,将其分别定义为主动交越点和被动交越点,交越性质决定了DFIG对SG稳定性影响的性质.大扰动时,SG的首摆期间有主动交越交点,DFIG降低了系统的暂态稳定性;后续摇摆期间有被动交越交点,DFIG起到了正阻尼作用.     

无锁相环直接功率控制双馈感应发电机系统阻抗建模和稳定性分析

随着新能源渗透率的日益升高,基于双馈感应发电机(double fed induction generator,DFIG)的风力发电机组在电力系统中的比重越来越大。无锁相环直接功率控制(direct power control,DPC)不仅可以提高DFIG的动态响应能力,而且可避免锁相环对功率控制动态性能的影响。针对基于无锁相环DPC的DFIG系统接入弱电网下的稳定性问题,该文通过建立无锁相环DPC的DFIG系统阻抗模型,分析了其频率耦合特性及其对稳定性的影响,进而构建等效单输入单输出阻抗模型,实现控制参数和运行工况对系统稳定性的敏感性分析。最后构建仿真模型,对研究内容进行仿真验证。     

基于有源阻尼的DFIG低电压穿越控制研究

随着以变速恒频双馈感应发电机(DFIG)为主体的大型风力发电机组单机容量的不断增大,电力系统对并网风力发电机在外部电网故障,特别是电网电压骤降故障下的不间断运行能力提出了更高要求.此处在深入分析DFIG弱阻尼特性的基础上,采用了一种新型的控制策略,在电流环中加入了有源阻尼后,对外部扰动有了明显的抑制作用.通过Matla...     

基于广域测量信号的双馈风电机组阻尼控制策略

为了抑制电力系统的区域间低频振荡,本文提出了一种应用于双馈风电机组(DFIG)的附加阻尼控制策略。首先,建立了双馈风电机组的动态模型及其控制策略。然后阐明了动态有功功率注入和动态无功功率注入提高系统阻尼的原理,在此原理的基础上提出了双馈风电机组附加阻尼控制器的设计方法。阻尼控制器基于电力系统稳定器(PSS),将广域测量信号区域间同步机组电压相角差作为输入信号。考虑到DFIG有功功率和无功功率可解耦控制,控制器输出信号附加到DFIG有功功率控制环和无功功率控制环。最后,建立了四机两区域电力系统仿真模型,通过特征值分析和时域仿真分析验证了附加阻尼控制策略的有效性及动态功率注入提高系统阻尼原理的正确性。     

风电场接入对电力系统阻尼特性的影响

推导了适用于小干扰稳定性分析的双馈感应风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)的数学模型,研究了PSD-BPA中双馈感应风电机组的模型。在PSD-BPA中搭建了包含双馈感应风电机组的IEEE30节点系统,采用特征值分析法详细研究了不同风电穿透率下的双馈感应风电机组接入后对电力系统阻尼特性的影响。理论分析和仿真结果表明:双馈感应风电机组接入后系统的阻尼特性得到了一定的改善,但当系统中风电穿透率较高时,系统阻尼有变弱的趋势。     

含双馈感应发电机的电网多步长快速暂态仿真

为提高含双馈感应发电机(doubly-fed inductiongenerator,DFIG)的电网暂态仿真效率,提出一种多步长快速暂态仿真方法。该方法在系统积分步长不变的情况下,通过可变参数改变双馈感应发电机模型的积分步长。对双馈感应发电机模型在改变后的步长下进行数值计算,此过程无需求解电力系统网络方程,当双馈感应发电机模型的积分时间和系统积分时间同步时,双馈感应发电机模型与系统其他元件统一进行精确的数值计算。简单系统和经典电力系统的仿真计算结果表明,所提仿真方法计算速度快、精度高,是一种有效、实用的计算方法。     

双馈风力发电机组对电力系统稳定性影响

双馈感应发电机（DFIG）在定子磁链或电压定向的矢量控制下,其功角动态行为均具有快变特性,致使DFIG对常规同步发电机（SG）的首摆稳定性和阻尼特性产生重要影响。研究发现,DFIG和SG的功角摇摆曲线可能存在两类交点,将其分别定义为主动交越点和被动交越点,交越性质决定了DFIG对SG稳定性影响的性质。大扰动时,SG的首摆期间有主动交越交点,DFIG降低了系统的暂态稳定性;后续摇摆期间有被动交越交点,DFIG起到了正阻尼作用。     

双馈风电场穿透功率增加对电力系统稳定影响综述

针对装有双馈感应发电机(DFIG)风电场穿透功率增加带来的稳定性问题,从小干扰稳定性、电压稳定性、频率稳定性3个方面对国内外研究现状进行了分析和总结.综述了基于电力系统稳定器、柔性交流输电技术以及高压直流输电技术的双馈风电场并网系统的改善措施.最后对该领域的未来发展方向进行了展望,指出忽略风速波动和塔影效应,缺乏定量的...     

双馈感应风电机组在电网频率变化时的响应特性分析

针对风电机组双馈感应发电机在电网频率变化时给电网频率调节带来的问题,阐述了DFIG风电机组单机联网运行仿真模型和系统参数,通过仿真算例分析了双馈感应风力发电机组在电网频率突变时的频率响应特性。仿真结果表明,电网频率突变后,双馈感应风电机组的动态调节过程持续时间快于火电机组3倍;在桨距角不变、动态过程中,双馈感应风电机组能够对电网频率突变进行响应,而稳态时不能对电网频率变化进行响应。     

基于附加阻尼的微网改进下垂控制方法

采用传统有功频率、无功电压幅值下垂控制时,若下垂系数选取不合理,逆变器输出功率会出现持续振荡,当微网离网运行时,逆变器输出功率的振荡会导致微网系统频率出现波动,严重时会使整个系统出现功角稳定性问题。文中基于储能逆变器动态频率特性的概念,根据其产生正阻尼作用的相位条件和幅值条件,提出了基于附加阻尼的改进下垂控制方法。该方法可以在不影响系统稳态频率和逆变器输出功率的前提下,有效地增加系统的阻尼,从而抑制逆变器输出功率振荡,提高系统的稳定性。最后通过PSCAD仿真,验证了所提控制策略的有效性。     

Load modelling in studies of power system damping

This paper considers the significance of load voltage dynamics in studies of power system damping. A generic model of dynamic loads is used to investigate the influence of active and reactive power dynamics on the damping of oscillations in a multimachine power system. The interaction between the load and the power system is explored in terms of load and system transfer functions. It is shown that the power system transfer function is composed of a static part and a dynamic part. The static part is derived from the power flow Jacobian. The investigations indicate that load voltage dynamics can significantly influence the damping of modal oscillations. Static load models can give quite misleading predictions of damping when loads actually exhibit dynamic behaviour     

风电采用MGP并网的小干扰建模和阻尼特性

针对高比例新能源给电网带来的低惯量和弱阻尼问题,提出新能源同步机的并网方式,即新能源驱动同步电动机—同步发电机(MGP)后并网。详细阐述了MGP的小干扰建模方法。首先,分析MGP的功角关系并考虑励磁系统动态,建立包含自动电压调节器和电力系统稳定器的小干扰模型,指出MGP存在阻尼转矩叠加效应。然后,考虑双馈风机状态变量,建立其与MGP对接的完整的小干扰状态方程。在此基础上,推导了基于K系数的动态特性和转矩分量表示法,揭示MGP的阻尼转矩叠加效应的本质是双励磁耦合特性。最后,基于模型建立单机无穷大算例,对比了MGP和传统机组的小干扰稳定特性;在双馈风机采用传统和MGP两种并网方式下,研究了双励磁耦合特性对风机主导的振荡模态的影响。结果表明,提出的小干扰建模方法可以准确反映MGP系统的双励磁耦合特性,该特性能够有效提升阻尼转矩分量和改善系统振荡模态。     

可控串联电容补偿器的负阻尼特性研究

由于在暂稳控制器的设计中通常将可控串联电容补偿器(TCSC)处理为带限幅器的一阶惯性环节,而忽略了电力系统动态行为对TCSC脉冲触发过程影响以及装置动态响应特性的研究.文中建立了装有TCSC的电力系统的扩展Phillips Heffron模型,通过分析TCSC对系统同步和阻尼转矩的贡献,给出了在开环定触发角控制下TCSC表现为负阻尼特性的解析解.基于NETOMAC的数字仿真结果验证了模型分析的正确性,同时指出通过合适的底层控制策略可以减弱和消除负阻尼,有效地改善 TCSC的动态响应特性.     

考虑频率模态特性的虚拟同步机惯量与阻尼分析和控制设计

随着新能源渗透率的不断提高,系统调频资源不足且分布不均特性明显,节点频率响应之间差异大。设备的调频控制设计不仅需要考虑系统频率响应中的全局分量,也需要考虑非全局分量。为此,提出兼顾频率多模态分量的虚拟同步机惯量与阻尼设计方法。首先,分析了虚拟惯量与阻尼控制对不同频率模态分量的影响;其次,利用调频统一结构模型,揭示了高阶调频动态对不同频率分量可表现不同惯量与阻尼的特性,进而基于此特性提出多模态惯量和阻尼控制设计方法;最后,仿真验证了提出的多模态调频控制策略的有效性,可同时改善多频率分量响应特性。     

Design of an ANN tuned adaptive UPFC supplementary damping controller for power system dynamic performance enhancement

A supplementary damping controller for a unified power flow controller (UPFC) is designed for power system dynamic performance enhancement. To maintain a good damping characteristic over a wide range of operating conditions, the gains of the UPFC supplementary damping controller are adapted in real time, based on online measured transmission line loadings (active and reactive power flows). To speed up the online gain adaptation process, an artificial neural network is designed. A major feature for the proposed adaptive UPFC supplementary damping controller is that only physically measurable variables (active and reactive power flows over the transmission line) are employed as inputs to the adaptive controller. To demonstrate the effectiveness of the proposed adaptive UPFC supplementary damping controller, computer simulations are performed on a power system subject to a three-phase fault. It is concluded from the simulation results that the proposed adaptive UPFC supplementary damping controller can yield satisfactory dynamic responses over a wide range conditions. The electromechanical mode with an oscillation frequency around 0.78 Hz has been effectively damped by the proposed damping compensators.     

连续多跨输电线路动态风偏特征及计算模型

以500 kV某耐张段8跨线路为研究对象,考虑支座相对高差、绝缘子串长度、几何非线性效应和风致气动阻尼等因素的影响,建立了整个耐张段8跨导线有限元模型。运用谐波叠加法并考虑空间相关性,模拟沿导线各点的脉动风速,研究多跨线路动态风偏响应。通过分析绝缘子挂点风偏响应的功率谱,从共振项和背景项2个方面研究脉动风速对风偏动力放大效应的影响机制。最后比较了多跨线路有限元计算模型和静力单摆模型风偏计算结果。结果表明：（1）静力学单摆模型求得的静态风偏角大于多跨线路连续模型的计算值;（2）考虑气动阻尼效应后,风偏动态响应以背景项为主而共振项可以忽略,相应的动力放大因子为1.1～1.3。     

提高风电渗透率极限的火电机组惯性参数优化方法

波动性风电的高渗透接入降低了系统的阻尼和一次调频性能,制约了风电渗透率的进一步提升。研究在不降低系统动态稳定水平的前提下提高高风电渗透率系统的调频能力,对于提高风电渗透率极限具有重要意义。文中首先提出了一种含阻尼水平约束和频率偏差约束的风电渗透率极限求解方法,进一步基于火电机组惯性参数对系统阻尼特性和一次调频性能有相反作用的机理,提出了一种考虑系统阻尼和动态频率响应能力的火电机组惯性参数协调优化方法。仿真结果表明,所提风电渗透率极限求解方法的计算结果有较高的参考价值,引入协调优化策略后有效改善了系统的动态稳定特性和调频特性,优化效果适用性强,优化后系统风电渗透率得到了提高。     

Using Decoupled Characteristic in the Synthesis of Stabilizers in Multimachine Systems

A decoupled characteristic between the damping of a specific swing mode and the stabilizer gain of the corresponding machine in multimachine power systems is identified. Using this decoupled characteristic a power system stabilizer (PSS) synthesis approach which is based on the phase compensation concept is verified on a 9-machine system and the dynamic performance of this system is significantly improved. This method is proved to be effective, simple and it can provide useful guidances for the PSS field tuning.     

弱电网下基于锁相控制并网变换器小扰动同步稳定分析

该文对弱电网下基于锁相控制并网变换器的小扰动同步稳定问题进行研究。首先,以机理化揭示并网变换器同步特性为目标,通过将其和传统同步机的同步动态进行类比等效,建立适用于并网变换器同步稳定分析的类Heffron-Phillips动力学模型。进而借鉴传统电力系统低频振荡分析思路,采用复转矩系统法分析思想,将锁相环主导的同步振荡模式阻尼分为两部分:锁相环自身固有阻尼分量和弱电网下复杂控制耦合引入的附加阻尼分量,进而从阻尼特性的角度揭示弱电网下并网变换器同步稳定机理,并从影响固有或附加阻尼分量的角度,研究电网阻抗、控制器参数等因素对小扰动同步稳定性的影响。该文研究结果清晰揭示了弱电网下并网变换器同步失稳机理,并为后续同步稳定控制指明了思路。