基于参数测量的风力发电场等值建模方法研究

风电场的动态等值建模已成为分析大型风电场并网特征的重要研究手段,目前对单个双馈感应发电机(DFIG)的特性研究已经非常广泛,但是对风电场的整体特性还鲜有研究。由于风力发电机之间运行的巨大差异,多机等值模型更能充分反映风电场的动态特性。为确定多机等值模型的发电机参数,文中基于公共耦合点(PCC)测量的数据,详细解释了对数据的处理方式,在充分考虑对外特性的基础上,利用改进粒子群算法(MPSO)对等值风力发电机的参数进行识别。建立了基于DFIG的风力发电场(WPP)的多机等值模型,与风电场精细化模型对比表明,采用文中方法建立的风力发电场等值模型能够比较准确的反映风力发电场的动态特性,验证了该方法的有效性。     

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。     

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     

双馈异步风力发电机稳态等值模

在风电大规模并网背景下,分析双馈异步风力发电机的稳态等值模型具有现实的必要性.根据感应异步电机 的结构特点,对定子和转子建立电动势平衡方程,推导出双馈异步发电机的基本稳态方程,进而得到其稳态 等效电路.该等效电路直观清晰,为准确进行电力系统短路计算及保护整定奠定了基础。     

变速恒频双馈风电机组的动态等值方法

为研究大型风电场接入对电力系统的影响,提出一种变速恒频双馈风电机组动态等值方法。文中首先建立了单台变速恒频双馈风力发电机的数学模型,在此基础之上利用容量加权平均法,分别对风力机、发电机及其控制系统进行等值;然后利用单纯形法对控制系统参数进行寻优,得到风力发电机组的等值模型;最后在PSCAD/EMTDC软件平台下分别建立了风力发电机组的全仿真模型和等值模型,仿真结果表明这种等值方法是可行的。     

大规模双馈风力发电机组并网的动态仿真模型与初始化

研究了双馈式感应发电机（DFIG）的风力发电场接入电网后对系统动态特性的影响。从异步发电机运行的物理本质出发,系统推导了计及并网特性、基频下的DFIG动态数学模型。给出了DFIG转子侧及网络侧换流器的控制策略,研究和探讨了系统动态模型的初始化。算例仿真结果验证了所提出的模型和方法的有效性。     

基于Crowbar电路的双馈感应风力发电系统低电压穿越的仿真分析

在分析变速恒频双馈风力发电机组和Crowbar电路工作原理的基础上,建立双馈风力发电系统低电压穿越(LVRT)控制模型和Crowbar控制策略。在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建了双馈感应发电机(DFIG)系统模型和LVRT控制模型。针对电网三相对称短路故障下Crowbar的投切策略进行了仿真研究。仿真结果验证,所提策略能实现双馈风力发电机的低电压穿越。     

风速波动下双馈机组风电场动态等值

由于风电场动态行为的复杂性,对每台风机进行仿真计算难以满足系统动态安全分析要求。如何建立合适的风电场动态等值模型,正确评价风力发电对电力系统可靠运行的影响,是非常重要而迫切的。分析了风速变化时风机控制系统作用下风电场动态特性,提出双馈风电机组的动态分群方法以及同群机组的风速等值模型。并对分群后双馈机组及其电气接线系统进行等值聚合,提出了多机表征的风电场动态等值模型。算例在不同工况、故障和风速变化下进行等值效果比较,验证了该方法的有效性和可行性。     

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。     

双馈感应风力发电系统直接功率综合控制策略

为了提高双馈感应风力发电机（DFIG）控制系统动态响应速度,提出一种基于电网电压定向直接功率控制（DPC）的双馈风力发电运行综合控制策略,实现了与矢量控制相同的无冲击电流并网及有功、无功解耦控制功能,建立了基于直接功率控制的双馈风力发电机空载并网、稳态运行及电网发生故障情况下低电压穿越的控制模型,并在3kW的双馈风力发...     

Capability curve based enhanced reactive power control strategy for stability enhancement and network voltage management

Reactive power has become a vital resource in modern electricity networks due to increased penetration of distributed generation. This paper examines the extended reactive power capability of DFIGs to improve network stability and capability to manage network voltage profile during transient faults and dynamic operating conditions. A coordinated reactive power controller is designed by considering the reactive power capabilities of the rotor-side converter (RSC) and the grid-side converter (GSC) of the DFIG in order to maximise the reactive power support from DFIGs. The study has illustrated that, a significant reactive power contribution can be obtained from partially loaded DFIG wind farms for stability enhancement by using the proposed capability curve based reactive power controller; hence DFIG wind farms can function as vital dynamic reactive power resources for power utilities without commissioning additional dynamic reactive power devices. Several network adaptive droop control schemes are also proposed for network voltage management and their performance has been investigated during variable wind conditions. Furthermore, the influence of reactive power capability on network adaptive droop control strategies has been investigated and it has also been shown that enhanced reactive power capability of DFIGs can substantially improve the voltage control performance.     

考虑低电压穿越的风电场双机聚合模型

场内风速分布不均、集电线路分布不匀等因素造成各发电机间继电保护状态和外特性的差异,使得常规单机聚合模型难以准确反映真实风电场的故障穿越行为。为此,基于逆向建模方法与宏观特征参数,提出了对双馈异步机组（doubly-fed induction generator,DFIG）风电场具有更强适应的双机聚合模型。首先,分析了过流短接保护对风电场外特性指标的影响。其次,考虑到DFIG的功率源特性,低电压穿越中对其转子侧Crowbar的描述决定了是否能精确模拟风电场的功率调制响应,而短路电流水平又决定了Crowbar是否动作,是引起发电机间调性不同的最主要因素。基于该不同调性对故障过程中的DFIG进行分类,在双机等值模型的基础上实现了对风电场内分布行为的描述,并可根据具体风电场参数和风资源特性主动调节宏观参数组,从而平滑设定影响外特性的场内分布因素水平。最后,为提高该模型的实用性,还提出了一套参数辨识策略,依据故障深度提取出能体现风电场于该次扰动中最大的可能性响应的宏观参数组。多机系统仿真验证了单机等值存在的问题以及双机等值模型的性能。所提方法可考虑风电场自身的风资源特性,同时有效提高对风电场功率响应、相邻同步机功角稳定和负荷电压稳定行为的模拟精度。     

大规模双馈风电场次同步谐振的分析与抑制

已有的运行经验表明,风电场接入含有固定串补的系统时,存在诱发次同步谐振(SSR)的风险.因此,有必要对风电场发生SSR现象的机理做深入分析,以便提出相应的抑制措施.文中首先根据国内某地区风电场的实际参数建立了应用于SSR分析的等值模型,通过仿真呈现了该模型发生SSR的情形;然后,利用特征值法分析了风速、并网风力发电机台数以及双馈感应发电机(DFIG)控制参数等对系统SSR频率和阻尼特性的影响;并进一步推导了等值模型用于SSR分析的等效电路,详细分析了风速、发电机台数和DFIG控制参数等影响SSR特性的机理;综合所有的分析指出,风电场的SSR现象与轴系扭振无关,是一种特殊的电气谐振.最后,提出了抑制风电场SSR的方案,并通过仿真和特征值分析进行了验证.     

Voltage performance enhancement of DFIG-based wind farms integrated in large-scale power systems: Coordinated AVR and PSS

According to large extension of Doubly-fed induction generators (DFIGs) in power systems, providing appropriate operating condition for this type of wind technology in fault situations seems necessary. Among the essential requirements for DFIGs in fault situations, low-voltage ride-through (LVRT) capability is the utmost important issue. This paper deals with voltage performance enhancement of DFIG-based wind farms integrated in large-scale power systems under voltage dips. This aim is satisfied by create coordination between automatic voltage regulator (AVR) and power system stabilizer (PSS) of synchronous generators. In this research, the key tool for the coordination is fuzzy logic. The necessity of coordination for the designed fuzzy controller (fuzzy coordinator) is to eradicate destructive interactions between AVR and PSS in grid disturbance conditions. The fuzzy coordinator adjusts the AVR and PSS gains to enforce them to give the best performance in fault situations. The proposed coordination supports the voltage mitigation in the Point of common coupling (PCC) under voltage dips and decreases the reactive power requirement of the DFIGs. The performance of the designed fuzzy coordinator is demonstrated on the IEEE 10-machine 39-bus power system with different levels of DFIG-based wind farms contribution.     

基于PSCAD/EMTDC的双馈型风电机组连锁脱网研究

随着大规模风电机组并网数量的不断增加,风电机组脱网问题成为威胁电网安全稳定运行的重要因素。分析了双馈感应风电机组单机运行特性,在电力系统仿真平台PSCAD/EMTDC中搭建了双馈型风电场群的两机仿真等值模型。通过仿真模拟机组连锁脱网过程,揭示了双馈型风电机组群的连锁脱网机理。     

风电场柔性直流输电的故障穿越方法对风电机组的影响

柔性直流输电(VSC-HVDC)系统是大型风电场并网的较好选择,当发生交流系统故障时,故障穿越控制器可维持该系统的稳定性。然而,控制器会对风电机组造成一定影响。针对大型风电场VSC-HVDC系统接入的故障穿越问题,文中首先在PSCAD/EMTDC中建立了含有普通异步/双馈风电场详细模型的两端VSC-HVDC系统仿真模型,并验证了升频法和降压法两种典型的故障穿越方法。然后进一步研究了不同类型风电机组在不同的故障穿越方法下的特性和差异,从而得出风电场VSC-HVDC系统的故障穿越方法对风电机组的影响规律。研究得出的结论可以为不同类型的风电机组接入VSC-HVDC系统时故障穿越方法的选择提供一定的参考依据。     

基于风速预测和随机规划的含风电场电力系统动态经济调度

随着风力发电在电力系统中比重的持续增加,在电力系统经济调度中需要考虑风电场的影响;而并网风电场具有动态、随机、容量大等特点,传统的经济调度方法已不再适用。针对风电场出力的随机性,在风速预测的基础上,应用随机规划理论建立了考虑机组组合的含风电场电力系统动元网络和遗传算法的混合智能算法,提高了算法的收敛速度和搜索性能。以含风电场的IEEE30节点系统为算例验证了所提方法的可行性和有效性。     

双馈感应发电机参与调频的概率最优潮流模型

随着风电并网容量增加,风电机组部分取代同步机组,需要其参与调频以维持电网稳定性。现有电网经济调度研究,在考虑频率时往往忽略风电,或以风电功率代替具体风电机组。提出一种计及双馈感应发电机(DFIG)参与一次调频的概率最优潮流模型。计及风速预测误差概率特性,在优化目标中引入频率偏移,通过权重系数兼顾发电成本和频率偏移。引入DFIG内部约束,提出优化模型中DFIG参数的修正方法,实现DFIG与同步发电机共同参与一次调频。算例分析了DFIG参与调频效果、目标权重系数对优化结果的影响,给出了发电成本和频率偏移的概率特性,验证了所提模型的有效性。     

大容量风电场对电力系统小干扰稳定和阻尼特性的影响

建立了异步风力发电机组的小干扰稳定数学模型,研究了风电场接入电网后电力系统的小干扰稳定分析方法并实现了其工程应用。通过对含有大容量高比例风力发电的实际电网的计算分析表明,风电场的运行状态对电网的低频振荡模式和振荡特性有一定影响。风电机组出力的变化,使网内常规机组的运行方式发生变化,从而导致一些局部振荡模式出现或消失。网内和网间各大机群间的振荡模式没有发生变化,但振荡特性发生变化,且增加了与风电场强相关的振荡模式,这些振荡模式一般具有较好的阻尼特性。     

双馈感应风力发电机低电压穿越综合分析

在过去10年中发电和电网的稳定性已成为关键问题。大容量风力发电并入电网的快速发展引起了对电力系统动态行为的高度关切和对风能合理利用所需电网规范的迫切需求。在电网故障时双馈风力发电机的低电压穿越能力是其中一个核心问题。该文全面研究与电网连接的双馈风力发电机的低电压穿越问题,通过仿真对低电压穿越原则和并网风力发电机的控制进行详细的理论研究,介绍在电网故障期间风力发电机的瞬态特性和复杂的动态行为,并对并网操作中最具挑战性的问题进行调研。