直流近区含直驱机组的次同步振荡机理研究及抑制措施

针对哈密直流近区直驱风电场送端并网时频繁出现的次同步振荡现象,文中建立了含多直驱风电机组风电场并网等值模型,并就等值模型以及永磁直驱风电机组控制系统对次同步振荡机理进行研究,接着用特征值分析法研究直驱风电机组与弱交流系统互作用引发的次同步振荡问题。其次就系统阻抗、风电出力、开机台数以及系统强度与直驱永磁风电机组控制参数等因素对风电次同步振荡特性作以仿真分析。仿真结果表明:直驱风电机组通过弱联送出线路并网时,其与弱交系统的互作用产生一对弱阻尼的特征根,特征根实部为正,表明了次同步振荡模态不稳定;众多影响因素对风电次同步振荡特性均有不同程度的影响。最后通过实时数字仿真实验初步验证了SVG附加阻尼控制对次同步谐波的抑制效果。     

基于DC-GRID的海上风电场控制策略研究

提出了基于直流传输的海上风电场系统的控制策略,同时建立了基于DC-GRID的海上风电场系统模型。系统由永磁同步风机机组、离岸全桥直直变换器、岸端逆变器组成。各个永磁同步风电机组分别并联在高压大功率全桥DC-DC上,由升压后经过直流传输到岸端VSC之后,经逆变到适合交流电网传输的电压后并网。控制策略以及系统模型由MATLAB/SIMULINK仿真验证。     

UHVDC闭锁引发风电场暂态过电压分析及HVRT协调控制

针对特高压直流(UHVDC)闭锁引发送端风电场高电压穿越(HVRT)问题,建立了UHVDC输电送端风电系统数学模型,研究了UHVDC闭锁对送端风电场过电压的影响,分析了过电压对永磁直驱风电机组的影响及机组功率可控域。提出了基于机组可控域划分的风电机组和静止同步补偿器相协调的风电场HVRT控制策略,在机组可控域内,风电机组利用其动态无功补偿实现HVRT,当超出机组可控域时,风电场集中无功补偿装置与风电机组协调控制实现HVRT。最后,在PSCAD/EMTDC中建立系统仿真模型,验证了理论分析与控制策略的准确性与有效性,直流闭锁引发风电机组高电压脱网的风险得到降低。     

考虑海上风电与MMC阻抗耦合的柔性直流送出系统等效阻抗建模方法

海上风电经柔直并网系统的阻抗模型是其稳定分析的基础。然而,现有阻抗建模方法忽略海上风电与模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)间的阻抗耦合,可能导致系统稳定性判定失准。为此,该文提出一种考虑海上风电与MMC阻抗耦合的柔性直流送出系统等效阻抗精确计算方法。首先,采用谐波状态空间理论(harmonic state-space,HSS)建立MMC与风电机组的序阻抗模型;在此基础上,分析风电机组与MMC两者交流端口电压、电流与阻抗的相互耦合机理,以获得风电机组与MMC交流等效阻抗;最后,提出风电机组与MMC阻抗耦合度指标,以量化分析不同控制环节对风电机组与MMC的耦合程度的影响。在MATLAB/Simulink搭建海上风电经柔直送出系统仿真模型验证该文所建模型的精确性及阻抗耦合度的对系统稳定性的影响,并通过RT-Lab硬件在环实验证明该文所建模型在系统稳定性分析中有效性。     

考虑机侧模型的直驱风电机组序阻抗建模及分析

大规模永磁直驱风场并网振荡现象频发,序阻抗模型逐步成为广泛采用的分析方法。目前对直驱风电机组的序阻抗建模将机侧模型(机侧变流器、永磁同步发电机)简化为可控电流源,忽略机侧模型对于机组阻抗特性的影响。该文建立考虑发电机、机侧变流器、直流母线动态过程、直流电压控制回路以及网侧变流器的直驱风电机组序阻抗详细解析模型,描述小信号分量在机组内部的频率特征分布规律;分析了机侧变流器控制特性、直流母线电容容量、直流母线电压控制特性对机组阻抗特性的影响。基于控制硬件在环实时仿真平台,验证解析模型的准确性,开展多个型号直驱风电机组的阻抗扫描与稳定性分析,验证机侧模型对机组阻抗特性的影响。     

直驱风电场中SVG电压前馈阻抗重构抑制次/超同步振荡方法

直驱风电场在中低频段内呈现负阻值容性的阻抗外特性,当接入呈感性的弱电网时会相互耦合引起次/超同步振荡,不利于新能源的稳定消纳与电网的安全运行。为抑制风电场的次/超同步振荡,提出一种直驱风电场中静止无功发生器(SVG)阻抗重构控制方法。通过在风电场中的SVG控制系统内加入带通滤波器的电压前馈控制进行阻抗重构,提高风电场并网稳定性。利用谐波线性化方法,建立含所提阻抗重构控制SVG的直驱风电场序阻抗模型。基于所建立的阻抗模型和所提出的阻抗稳定性判据,对比分析未采用SVG阻抗重构控制和所提控制方法的直驱风电场的稳定性。结果表明当采用所提控制方法时,风电场在40~100 Hz频段内呈现正阻值特性,且降低了系统的容性特性,抑制了风电场次/超同步振荡,同时可以改善风电场中因并网风电机组数量增加所带来的振荡问题。最后,通过仿真验证了所提方法对抑制风电场次/超同步振荡的有效性与正确性。     

风电场机网扭振的小信号建模及仿真

风电场实际运行监测结果显示,机网扭振问题已严重制约了风电机组的使用年限。而相比于单个风电机组,多个相同风电机组组成的单一机型风电场的机网扭振会发生传递。实际风电场多采用不同机型的风电机组互补运行,机网扭振特性的变化更加复杂。先建立常见的失速、双馈、永磁直驱3种风电机组的单机小信号模型和对应的3种单一机型风电场模型,然后建立双馈?永磁直驱、失速?双馈和失速?永磁直驱3种混合机型风电场模型。通过模态分析法和相关因子分析了风电机组间的扭振传递作用,并总结出所有单一机型风电场和混合机型风电场的机网扭振特性。     

海上风电场经VSC-HVDC并网的次同步振荡与抑制

基于电压源换流器的柔性直流(VSC-HVDC)输电技术已经成为远距离海上风电场接入系统的理想解决方案,由于海上风电机组采用大型风力涡轮机,导致轴系各质块的弹性系数相比传统内陆风电机组有所增大,当海上风电场经VSC-HVDC并网时,将引发两种次同步振荡:风电机组轴系扭振、风电机组与VSC-HVDC换流器控制装置之间相互作用引发的次同步振荡。针对此问题,文中建立海上双馈风电场经VSC-HVDC并网的小信号模型,利用参与因子辨识出轴系扭振和装置间相互作用两种振荡模式以及与之相对应的强相关状态变量;在此基础上,通过特征值分析法绘制根轨迹曲线,进一步分析强相关状态变量参数变化对系统电气阻尼特性的影响;基于信号测试法提出了一种附加阻尼控制的双馈风电机组附加励磁阻尼控制器与柔性直流输电系统次同步阻尼控制器协同抑制措施,并通过DIgSILENT/PowerFactory仿真验证了协同抑制方法的有效性。     

基于宽频振荡稳定约束的风电接入容量分析

风电的大规模接入可能引发严重的宽频振荡。宽频振荡与风电场的容量、接入点阻抗以及机组的运行工况等密切相关。文章采用阻抗模型方法分析风电并网系统的宽频振荡特性,明确宽频振荡约束下的风电接入容量与电网阻抗之间的关系。首先,建立了风电机组的全工况阻抗模型,该模型以风电机组端口工频电压和输出电流为变量;然后,基于全工况阻抗模型分析了风电机组输出功率、接入点短路比等对风电并网系统宽频振荡的影响;进而,分析了风电场容量与接入点之间的关系,为风电场的建设和运行提供参考;最后,通过时域仿真验证了全工况阻抗模型分析结果的准确性。结果表明,基于全工况阻抗模型可以确定在不同电网条件下考虑宽频振荡稳定时风电场的最大接入容量。     

直驱风电场经LCC-HVDC外送系统阻抗建模及振荡机理分析

由于大规模远距离输送的客观需要,直驱风电场经电网换向换流器高压直流(line-commutedconverterhigh voltage direct current,LCC-HVDC)送出已经成为一种常见方式。然而,风电机组与LCC-HVDC的交互作用尚未明确,可能引发的振荡问题会危害电网的稳定安全运行。文中首先采用双傅里叶变换得到交/直流映射函数的频域表达,建立直驱风电场经LCC-HVDC送出系统阻抗模型。然后,基于送出系统在各频段内的主导因素分析,开展送出系统阻抗特性分析,研究对次同步频段和超同步频段内阻抗特性影响较大的因素。最后,结合仿真案例分别揭示直驱风电场经LCC-HVDC送出系统在次同步和超同步存在的振荡风险,并阐述振荡机理。     

风电场经MMC-HVDC送出系统宽频带振荡机理与分析方法

MMC柔性直流输电(modularmulti-levelconverter based HVDC,MMC-HVDC)具备向弱电网/无源系统提供电压和频率支撑的能力,逐渐成为弱电网/海上风电送出的一种新方式。部分风电场经MMC-HVDC送出工程发生宽频带振荡事故,振荡机理及分析方法亟待研究。建立直驱风电机组(permanent magnet synchronous generator,PSMG)/双馈风电机组(double fed induction generator,DFIG)阻抗与控制器参数间的数学模型,分析关键控制参数对风电机组宽频带阻抗特性的影响;建立MMC-HVDC序阻抗解析模型,分析其宽频带阻抗特性;基于最大峰值奈奎斯特稳定判据,分析系统振荡的边界条件,揭示直驱/双馈风电场经MMCHVDC送出系统发生宽频带振荡的机理;基于控制硬件在环仿真平台(control hardware in the loop,CHIL)时域仿真和阻抗扫描频域分析,验证振荡机理与分析方法的准确性。     

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。     

电网故障下直驱式风电机组建模与控制仿真研究

为分析直驱式永磁同步风电机组在电网故障时的联网运行特性,建立了风轮机、永磁同步发电机及全功率变流器的数学模型,构建了风轮机转速控制模型、PWM背靠背变流器控制模型及桨距角控制模型。在电网电压降落、风电场邻近母线单相短路接地、三相短路接地故障时联网风电场的暂态过程进行仿真分析,仿真结果表明所建模型是合理的、控制方法是有效的,为进一步研究新疆电网含大规模风电场的电力系统稳定性分析奠定基础。     

电网故障下直驱式风电机组建模与控制仿真研究

为分析直驱式永磁同步风电机组在电网故障时的联网运行特性,建立了风轮机、永磁同步发电机及全功率变流器的数学模型,构建了风轮机转速控制模型、PWM背靠背变流器控制模型及桨距角控制模型.在电网电压降落、风电场邻近母线单相短路接地、三相短路接地故障时联网风电场的暂态过程进行仿真分析,仿真结果表明所建模型是合理的、控制方法是有效的,为进一步研究新疆电网含大规模风电场的电力系统稳定性分析奠定基础.     

STATCOM改善风电场暂态电压稳定性的研究

提出了恒速异步风电机组和静止同步补偿器的数学模型,使用Matlab中的动态仿真工具Simulink建立了静止同步补偿器的控制模型,以包含风电场的单机无穷大电力系统为例进行了仿真计算,验证了静止同步补偿器对风电场暂态电压稳定性的贡献。研究结果表明：风电场发生三相短路的大扰动故障时,静止同步补偿器能够有效帮助恒速异步风电机组在故障后恢复机端电压,从而改善风电场的暂态电压稳定性,确保风电机组连续运行。     

海上风电场并网控制系统建模与仿真

针对海上风电场容量大、距离远的特点,提出了基于电压源换流器（VSC）高压直流输电（HVDC）的海上风电场并网方案,分析了双端口VSC-HVDC的基本运行原理和VSC的数学模型,建立了连接风电机组侧VSC的功率控制器和连接并网侧VSC的电压控制器。为验证方案的可行性,在MATLAB/Simulink中建立了双端口VSC-HVDC的海上风电场并网模型,并模拟实际运行情况进行了仿真验证。仿真结果表明,提出的并网方案以及设计的控制系统能够实现海上风电机组的并网和稳定运行。     

用STATCOM提高风电场暂态电压稳定性

研究了用STATCOM改善基于定转速风电机组和基于转子电阻可调的绕线式发电机风电场的暂态电压稳定性.分析了异步电机电压暂态稳定性的机理.在DIgSILENT/PowerFactory中建立了定转速风电机组及转子电阻可调风电机组的模型和静止同步补偿器(STATCOM)控制模型,通过包含风电场的电力系统仿真验证了STATCOM对基于定转速风电机组和带有可变转子电阻控制的风电机组风电场暂态电压稳定性的贡献.仿真结果表明,STATCOM能够有效地帮助风电场在电网发生故障后恢复电压,提高了风电场的故障穿越能力,确保风电机组连续运行及电网安全稳定.     

抑制风机超速脱网的永磁风电场经柔直系统并网的受端交流故障穿越控制策略

永磁风电场经柔直外送的系统发生受端交流电压跌落时,利用转子储能进行风机减载控制的策略可能存在超速脱网问题。对此,提出一种抑制转子超速脱网的风电场减载控制策略。该策略通过转子转速与风机有功功率的关系,对风电机组减载期间的最小有功功率整定,确定风电场的最小有功输出,尽可能地减小直流两侧不平衡功率。严重故障时与直流卸荷电阻配合,快速减载的同时减小卸荷电阻承担的容量。搭建了基于某型号的永磁风电机组构成的风电场经柔直外送的仿真模型,对所提控制策略与传统控制策略进行仿真对比分析,验证了所提控制策略的有效性。     

风电不同外送输电系统低电压穿越特性研究

随着风电机组安装容量不断增加,风电场在电网故障情况下的暂态运行特性变得尤为重要。本文应用PSCAD软件建立了分别含有直驱永磁风电机组、双馈感应式风电机组的风电场动态模型,并研究了2种模型对电网暂态稳定性的影响。仿真分析了风电场-电网系统的传输线路上分别发生对称故障和不对称故障2种工况时,风电场中2种机组的低电压穿越能力以及在加装无功补偿装置后风电场低电压穿越能力。比较不同风电机组有功功率、无功功率和直流电压的特性,得出以下结论:双馈感应式风电机组虽然可以通过串联制动电阻提高低电压穿越能力,但在故障消除后电网电压的突变对双馈机有一定的影响,其对电网具有很强的依赖性;直驱永磁风电机组由于自身结构的特点,在电网故障时具有较好的运行特性,有利于优化电能质量。针对风电场不同机组采用无功补偿装置来提高故障时电网电压恢复能力,维持系统稳定运行。     

基于三质量块模型的失速型风机小信号建模和模态分析

风电场大规模接入电网可能增加区域电网低频振荡和风电机组轴系扭振的风险,研究风机建模及扭振特性是保证电力系统安全稳定的重要课题。以失速型风电机组为例,建立基于三质量块轴系模型的单机对无穷大母线系统小信号模型,并采用模态分析法探讨系统电气参数对失速型风电机组轴系扭振特性的影响。为方便不同机型及多机风电机组的扭振特性的拓展研究,系统各部分模型相对独立。在单机对无穷大母线系统模型的基础上建立简化失速型风电场多机小扰动仿真模型,研究风电场扭振模态的变化,MATLAB仿真验证了该模型用于风电机组轴系扭振问题研究的有效性和准确性。