双馈风电机组故障行为及对电力系统暂态稳定性的影响

由于双馈风电机组具有不同于同步发电机的运行特性,且不同型号双馈风电机组在实现故障穿越时采用不同的控制策略,造成大规模风电并网的电力系统暂态稳定性发生变化。文中通过对双馈风电机组控制特点及故障行为的深入研究,指出双馈风电机组的故障行为由故障穿越运行控制策略决定,并给出其等效外特性。基于等面积定则定性分析了双馈风电机组接入单端送电系统后,其故障行为对系统暂态稳定性影响的机理。在理论分析基础上进行了时域仿真验证,仿真结果表明,故障期间减小双馈风电机组有功给定值、增加无功注入控制比例系数有利于系统的暂态功角稳定性,故障清除后有功恢复控制对系统的暂态功角稳定性影响不大,验证了所提理论分析的正确性。     

双馈型风电集中接入对暂态功角稳定的影响分析

大规模双馈型风电集中接入对电网中传统同步机组暂态功角稳定有重要影响。以含双馈型风电集中接入的单机无穷大系统为对象,分析了风电对暂态功角稳定的影响。首先根据三相短路故障下具备低电压穿越能力的双馈风电机组暂态特性,得到了其阻抗等效模型。其次,推导了双馈型风电直接接入与等容量替换同步机时的系统同步机功角特性方程,并分析了风电接入比例与传输线电抗对功角特性方程的影响,以及两种风电接入方式对系统加减速面积、不稳定平衡点、稳定裕度的影响特性。然后,利用等面积准则分析了双馈风电接入对暂态功角稳定的影响。研究结果表明,双馈风电直接接入时,同步机暂态功角稳定性降低;等容量替换同步机时,同步机暂态功角稳定性提高。最后,通过仿真验证了理论分析的正确性。     

风机有功控制对系统暂态功角第二摆稳定性影响机理

该文着重研究大规模集中并网的双馈风电基地故障后有功控制行为对系统暂态功角第二摆稳定性的影响机理。首先基于静态扩展等面积定则,对双馈感应式风机接入后系统的网络节点电压方程进行改进,构建适用于含风电多机系统暂态功角稳定性定量分析的等值单机无穷大系统模型;利用该模型对双馈风机与两台同步机互联的简化系统进行解析分析,分别给出风电并网系统暂态功角第二摆失稳的充分条件、必要条件,揭示出故障后风机有功出力低会降低第二摆稳定性;进一步分析风电并网系统中功角第二摆稳定性与第一摆稳定性的关系,从整体上揭示风机有功恢复速率变慢会使原本只会出现首摆失稳的系统发生第二摆失稳,并最终导致系统整体稳定性下降;最后对机理分析进行仿真验证。所做研究拓展了当前风电并网后只关注首摆失稳的暂态功角稳定性分析方法,为大规模风电集中并网电力系统暂态稳定控制提供理论指导。     

双馈风机接入对系统极限切除角的影响

风电场的大规模接入对电网暂态稳定性造成的影响不容忽视。以含双馈风电机组的扩展两机系统为例,建立了双馈风机等值模型,将两机系统等值成单机无穷大系统,依据等面积法则详细推导了风电接入后系统极限切除角的解析式,进而定量分析了极限切除角随风电比例、风机并网位置、故障位置和负荷接入位置等4个影响因素的变化趋势,总结出4种影响因素对暂态功角稳定性的影响规律。在BPA和FASTEST中分别建立含双馈风机的扩展双机系统的仿真模型,对理论分析工作的正确性进行了仿真验证。     

大规模风电集中接入对电力系统暂态功角稳定性的影响（一）：理论基础

该文作为2篇系列文章的第1篇,旨在从理论上分析双馈风机组成的大规模风电场集中接入对电力系统暂态功角稳定性的影响。首先,根据双馈风机的暂态特性,提出了一种适用于电力系统暂态功角稳定分析的双馈风机简化模型,并讨论了利用直流潮流计算方法研究风电接入前后系统暂态功角稳定变化趋势的合理性。其次,在双馈风机简化模型和直流潮流计算方法的基础上,利用扩展等面积定则分析了双馈风机接入两机系统后系统暂态功角稳定性的变化,提出一种判断风电接入对两机系统暂态功角稳定影响的判据。最后,在双机互联系统中进行仿真,结果表明,提出的判据具有较高的准确率。     

大规模双馈风电接入对东北电网稳定性的影响

本文研究了大规模双馈风电接入对东北电网稳定性的影响。分析了双馈风机的有功暂态特性,对比计算了吉林松白地区风电火电组合模式、风场接入方式以及风电无功控制方式不同情况下的断面极限功率。指出了风场集中接入的方式和风机恒功率因数控制方式不利于电网安全稳定的原因所在,分析了风电接入影响电网功角稳定性的有利因素和不利因素。认为在故障切除时间很短且风场采用恒电压控制的情况下,随着风电比例的增大,系统的功角稳定性增强。     

大规模风电接入对系统功角稳定影响的机理分析

随着风电规模的不断增大,风电接入对系统功角稳定影响机理的研究值得重视。该文基于双馈风电机组在故障期间的等效外特性和单端送电系统的功率特性方程,研究不同风电规模对送端电网和受端电网之间电气距离的影响,以及不同风电规模在不同故障状态下对系统暂态功角稳定性的影响机理。得出了近距离故障和远距离故障下,系统功角特性随着风电装机规模的提高而改善,当风电装机规模达到一定程度后,功角稳定性不再改善反而出现恶化趋势的结论。通过对实际电网进行仿真计算,证明了不同规模的风电接入对系统功角稳定影响结论的正确性。     

含风电扩展单机无穷大系统不对称故障下的暂态稳定性分析

针对含双馈风力发电机(double-fed induction generator,DFIG)的扩展单机无穷大系统,分析不对称故障下,DFIG接入对系统暂态功角稳定性的影响。基于DFIG阻抗等值模型,依据等面积定则推导不对称故障下含双馈风电系统极限切除角的详细表达式,同时考虑风电比例、风机并网位置两种影响因素对含双馈风电系统极限切除角的影响,从而得到两种影响因素对系统暂态功角稳定性的影响,并分析该影响规律对不同双馈风机模型的适用性。在PSD-BPA中建立含DFIG的扩展单机无穷大系统的仿真模型,对理论分析的正确性进行了仿真验证。     

风电场虚拟惯性对互联系统功角暂态稳定影响分析

附加虚拟惯性的风电机组并网后,整个系统的暂态稳定水平因惯性时间常数可控而发生改变。通过对双馈风机并入后的等值两区域系统模型进行数学推导,针对不同运行方式下,分析变速风电机组的虚拟惯性时间常数对互联系统功角暂态稳定水平的影响,分别阐述在功角不同摆动方向下,两端风电机组虚拟惯量与等值两区域系统功角暂态稳定的影响关系。最后,对高风电渗透率的等值两区域互联系统进行仿真分析。为大规模风电场接入后电力系统暂态稳定控制提供方向。     

含双馈风机接入的电力系统送端暂态稳定性研究

针对高渗透率风电接入送端系统,基于静止无功补偿器的风机等值阻抗模型,研究双馈风机在接入不同容量比例、不同位置、不同接入方式下对系统送端功角稳定性的影响。推导了单端送电系统同步机电磁功率特性;修正了同步机的功角曲线,利用等面积定则得出系统故障时加速面积和减速面积的变化,以及使用新型等效模型在不同因素下对系统暂态稳定性的影响。最后通过仿真软件验证理论分析的正确性。结果表明,风机等容量替换同步机有利于系统暂态稳定,风电直接接入不利于系统暂态稳定,风机接入位置越靠近系统侧越稳定。新型等效模型增强了系统暂态稳定性。     

双馈风电机组故障穿越对系统暂态稳定的影响

在风电场中占较大比例的双馈风机由于具有不同于同步发电机的运行特性,使得如今风电的大规模接入对系统的暂态稳定造成了新的影响。文章介绍了传统电力系统的扩展等面积定则;推导出能够基于扩展等面积定则进行理论分析、且可以反映故障后风电机组功率控制对系统暂态稳定性影响机理的表达式;利用DIg SILENT/Power Factory对相关算例进行数字仿真验证,为今后制订风电机组故障穿越功率控制策略奠定基础。     

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。     

大型风电场对电力系统暂态稳定性的影响

对大型风电场接入后的电力系统暂态稳定性进行了研究.从理论上分析了基于双馈感应电机的风电机组的暂态稳定机理;基于双馈风电机组的动态数学模型,通过仿真计算研究了大型风电场并网对电力系统暂态稳定性的影响,分析比较了在同一接入点接入双馈风电机组与接入同步发电机组对电力系统稳定性的影响,仿真计算进一步验证了理论分析的结果;最后得出结论:基于双馈风电机组的风电场对电力系统暂态稳定性的影响要好于在同一接入点接入相同容量的同步发电机组.     

风力发电机并网后的电网电压和功率分析

对用鼠笼式感应发电机发电的恒速风力机和用双馈感应发电机发电的变速风力机的工作原理及其在电网的接入方式、接入风力发电机后的电网电压和功率进行了分析,对不同风电穿透力下电压对风速扰动的响应进行了讨论,并对电网故障时电压变化及风电场低压穿越技术进行了研究。采用理论分析与计算机仿真方法得到了相关结论:不同风力机机型对电网的作用不同;鼠笼式风电机组构成的风电场穿透功率大于10%以后会引起公共连接点处电压偏移超过10%;电网故障后双馈风电机组和鼠笼式风电机组电压恢复能力不同,在风电场加入STATCOM后,可以实现低电压穿越。     

电网侧换流器无功功率控制改善双馈风电机组稳定性的研究

研究了改善双馈风电机组（DFIG）的并网风电场暂态稳定性的措施。目前现存的大部分双馈型变速风电机组并不具备故障穿越能力。在DIgSILENT/PowerFactory14.0中建立了具有暂态无功调节能力的变速风电机组电网侧换流器控制模型以及故障后桨距角控制模型,通过对并网风电场仿真分析验证了模型的有效性。仿真结果表明：当风电场电网侧发生短路故障情况下,双馈风电机组电网侧换流器能够产生一定的无功功率支持电网电压;桨距角控制能够降低风电机组的机械转矩,防止机组超速以及电压失稳。双馈风电机组的故障穿越能力得以实现。     

制动电阻对变速双馈风电机组故障穿越能力的影响研究

为保持系统稳定,必须要求风电机组具有故障穿越能力.双馈风电机组故障穿越能力已成为研究热点.介绍了故障穿越标准,分析了双馈风电机组暂态特性与制动电阻的工作原理,详细分析电网电压跌落情况下,制动电阻接在风电场升压变压器低压侧与接在风电机组机端对双馈风机故障穿越能力影响.试验结果表明:故障期间投入制动电阻,能有效提升双馈风电场故障穿越能力.     

风电接入对电力系统的影响

研究了大规模风电接入对电力系统的影响。通过对基于双馈感应电机的风电机组进行动态建模以及对包含风电场的电力系统进行仿真计算,研究了风电接入对电网电压及输电线路传输功率的影响、风电场的短路电流贡献及其对电网短路容量的影响和风电接入后电网暂态稳定性的变化。研究结果表明大规模的风电接入可能会使电网出现线路传输功率越限、短路容量增加及电力系统稳定性发生变化等问题。最后针对上述问题提出了相应的改善措施。     

双馈型风力发电机无功控制模型参数灵敏度分析

随着风电的不断发展,大规模风电并网后对电网造成的影响也日益明显。双馈风机可以对有功、无功进行解耦控制,具有独立、灵活的无功功率控制能力,因此分析双馈风机在电网发生故障期间的无功响应是研究风电并网后风力发电机对电网电压稳定影响的关键,对双馈风机无功控制部分模型的分析十分重要。为更准确地分析双馈机对电网电压稳定性的影响,对GE双馈型风力发电机模型进行了研究,在PSASP仿真平台上分析了模型中各个参数的灵敏度,提出了仿真的关键参数并解释了这些参数的物理意义。     

基于不同工况下双馈风机响应控制的电力系统频率控制方法

风电大规模并网虽然会降低电力系统对传统化石能源的依赖,但双馈风电机组自身的解耦控制会降低电力系统惯性和频率响应能力。针对该问题,将风电机组纳入系统频率调节体系,提出基于不同工况下双馈风机响应控制的孤岛电力系统频率控制方法。首先,研究了不同风况下双馈风电机组的有功频率控制模式及不同风况下的协调控制方案;然后,在深入分析双馈风电机组参与频率控制机理的基础上,提出风电机组频率控制启动判据以及风电卸载容量计算方法,该方法可降低风电备用储能,避免过多降低风电正常情况下的消纳水平;最后,仿真结果验证所提频率控制策略可在不同风速工况下有效参与系统频率控制,显著增强高渗透率风电接入电力系统的频率稳定水平。