风电场等值建模研究综述

随着风电场规模的不断增大,对风电场中每台风机建模将造成计算量过大,不利于大型风电场的研究,需要对风电场进行等值化简。对双馈感应风机和直驱永磁同步风机两种当前热门机型的建模进行概述,同时介绍了潮流计算中风电场的处理方法,并对风电系统的等值进行了综述,包括风速的等值、风电场的分群、同群风机的等值方法、常用的参数优化算法及其对等值的影响。最后综述了含单一主流机型风电场通常采用的等值方法,并指出随着不同机型并存的大型混合风电场的增多,混合风电场等值建模研究的必要性及研究趋势。     

风电场等值建模研究综述

随着风电场规模的不断增大,对风电场中每台风机建模将造成计算量过大,不利于大型风电场的研究,需要对风电场进行等值化简.对双馈感应风机和直驱永磁同步风机两种当前热门机型的建模进行概述,同时介绍了潮流计算中风电场的处理方法,并对风电系统的等值进行了综述,包括风速的等值、风电场的分群、同群风机的等值方法、常用的参数优化算法及其对等值的影响.最后综述了含单一主流机型风电场通常采用的等值方法,并指出随着不同机型并存的大型混合风电场的增多,混合风电场等值建模研究的必要性及研究趋势.     

含DFIG的风电场仿真等值模型研究与稳定性分析

根据风轮机原理提出了等值风速的概念,以及一种建立风电场等值机模型的方法。就风电场三种不同分布形式,分别提出了等值机模型建立的方法。针对所建立模型在PSCAD/EMTDC上进行仿真分析,验证所建模型的正确性,同时根据动态特性说明所建模型的适应性。     

双馈风电场并网次同步振荡分析与抑制方法研究

针对风电场引发的次同步振荡问题,研究了产生机理,并提出了抑制方法.建立了双馈风电场经串补线路并网的小信号模型,基于特征值分析法和相关因子对振荡模态和机理进行分析.结果表明,线路串补度过高是引起次同步振荡的主要原因.提出采用避开谐振点、提高电气阻尼的方法抑制次同步振荡.     

基于双馈感应发电机风电场等效建模中控制器聚合方法分析

在对风电场进行等效建模时,一般以风电机组运行状态相近为原则进行分群聚合,从而得到风电场的多机等效模型。如果在保证精度的情况下能够对运行状态有明显差异的风电机组进行聚合,将有助于建立更加简化的风电场等效模型。以基于双馈感应发电机(DFIG)的风电场为研究对象,针对承受风速有显著差异的DFIG机组的聚合问题,提出了相应的DFIG机组转子侧控制器聚合方法。该方法通过调整等效控制器的控制参考值,来提高风电场等效模型的稳态和动态精度,从而实现风速差异显著的DFIG机组的聚合。文中给出了基于控制参数调整的DFIG风电场单机等效建模流程,为建立具有良好精度的风电场等效模型提供了一种不同于分群聚合的思路。最后,通过仿真算例对所提方法进行了分析和验证。     

基于结构保持模型的大型风电场的等值方法

基于结构保持模型的概念,在满足等值机终端母线等值前后电压、电流保持不变及等值母线注入功率等于所有被等值机功率总和的前提下,推导了大型风电场双馈机组等值模型及其励磁系统等值模型;并进行了实例等值仿真.仿真结果表明,与传统的按容量加权等值方法相比,基于结构保持模型等值方法能更好地反映电力系统的暂态特性.这是分析大型风电场对电力系统暂态影响的一种有效等值方法.     

含双馈风电场的电力系统低频振荡模态分析

大规模风电场接入电网可能增加区域间和局部区域低频振荡和风电机组轴系扭振的风险。研究了含双馈风电场的电力系统低频振荡特性;在考虑风力机传动链、变桨控制和双馈发电机动态模型及其控制策略的情况下,建立含双馈风电场的电力系统小信号稳定性分析的详细模型;采用模态分析方法,分析了IEEE两区域四机的双馈风电系统低频振荡模态,并通过时域仿真验证了模型和模态分析的正确性。针对风电接入潮流不变和改变两种情况,研究了风电场不同运行工况、接入容量以及是否参与无功调度对系统区域间、局部振荡模态以及风电机组轴系振荡模态的影响。结果表明,含双馈风电场的系统低频振荡特性不仅受风电场运行控制及其容量大小的影响,而且与接入系统潮流变化情况密切相关,采用同步电机协调控制方式使得系统潮流不变时将有助于改善系统区域间振荡模态的阻尼。     

计及Crowbar状态改进识别的双馈风电场等值建模方法

故障过程中双馈风机Crowbar投入与不投入的暂态响应特性差异明显,因而在风电场等值中场内机组Crowbar状态是一个良好的机群划分指标。然而,双馈风电场与单台机组间故障特性的差异性,使得现有采用单机模型来识别场内机组Crowbar状态的方法存在识别不准确的问题,从而降低风电场等值建模精度。为此,该文提出一种计及Crowbar状态改进识别的双馈风电场等值建模方法。通过分析风电场故障特性,构建Crowbar状态特征向量;收集风电场各工况下的样本数据,建立基于支持向量机(support vector machine,SVM)的识别模型。在新工况下,依次以Crowbar状态识别结果和输入风速为分群指标对场内机组进行机群划分,从而建立风电场等值模型。仿真算例结果表明,该文提出的基于SVM的Crowbar状态识别方法在各个故障场景下相较于传统方法均有较好的识别效果,所建立的等值模型与详细模型故障暂态特性十分吻合,等值方法合理有效。     

风电场动态等值及其在暂态稳定分析中的应用

风力发电厂系统的完整模型建模,阶数太高,不适合全系统在线安全分析和稳定裕度计算。提出一种风电场双馈感应发电机(DFIG)动态等值技术,即将风力发电厂中的多台DFIG发电单元等值聚合为一个发电单元,对发电单元的聚合包括风力涡轮机的聚合、双馈感应发电机聚合以及电能传输和收集系统的聚合。保留了在不同的风速下,被聚合的发电单元的主要的动态性能。聚合模型应用在电力系统在线仿真中,优化了在线分析计算时间,提高了在线计算的精确性。等值前后发电单元具有相同的模型结构。通过仿真研究,验证了动态等值方法的正确性。     

基于阻抗分析的双馈风电场次同步振荡研究

以新能源为主题的新型电力系统大力发展的背景下,风力发电得到了显著的发展。风力发电成为可再生能源的主要来源之一。串联补偿法将电容器组与输电线路串联,可以有效提高输电线路传输能力,是大型风力发电厂并网的优选途径。但是,串联补偿法的缺点是增加了系统次同步振荡的可能性。为了研究次同步振荡的抑制方法,本文基于阻抗分析,主要针对双馈风电场中由感应发电机效应引起的次同步振荡问题,采用基于阻抗分析的广义奈奎斯特分析法对风电场的次同步振荡现象进行推导分析,并提出一种在系统转子侧加入积分系数以增加系统阻尼的次同步振荡抑制策略。最终在Matlab/Simulink搭建风电场等值系统,通过仿真验证所建理论分析与抑制策略的准确性。     

Torsional vibration characteristics analysis of DFIG‐based wind farm and its equivalent model

As large‐scale wind farms (WFs) are integrated with the power grid, the interaction between the WF and the grid may excite torsional vibration of the shaft of the wind turbine. To study the shaft's torsional vibration characteristics of a doubly fed induction generator (DFIG)‐based WF, a detailed small‐signal model of DFIG is established first. Then the small‐signal model for a WF composed of multiple DFIGs is developed on the basis of the single‐machine model. Modal analysis is employed to investigate the torsional vibration characteristics of a WF made up of several identical DFIGs, whose accuracy is also demonstrated through time‐domain simulation. To simplify the torsional vibration analysis for the DFIG‐based WF, a reduced‐order equivalent model is proposed. The results obtained from modal analysis show that the equivalent model not only precisely maintains all the torsional vibration modes of the original small‐signal model but also greatly reduces the computation complexity. With the equivalent model, the ‘curse of dimensionality’ problem is solved in torsional vibration analysis for large WFs, which is of great help in the design of further damping schemes. © 2017 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

风电场短路电压电流频率不一致对距离保护及测试的影响

基于双馈风机风电场的电力系统等效电路研究了输出线路短路故障点保护设备安装处的电压电流的频率成分,得出了含风电场的电力系统短路故障时所特有的电压电流频率的不一致性。基于Matlab/Simulink仿真平台验证了频率不一致的特性,总结过渡阻抗与短路点电压电流频率成分之间的关系。分析了电压电流频率的不一致性对于距离保护所产生的影响,研究了距离保护及其测试在风电场中存在的适应性问题。最后,算例仿真验证了分析结果的正确性,从而为风电场继电保护的设置和测试工作提供参考。     

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DFIG控制方法的微电网的并网及孤岛运行方式分析

双馈异步发电机(Double Fed Induction Generators, DFIG)控制方法对微电网运行方式有着重要影响。重点研究主从控制方式下含DFIG微电网的运行特性。深入分析转子转速和励磁电压控制、浆距角控制、储能系统控制和用电负荷控制等DFIG控制功能模块,分别建立并网运行时的储能控制器和DFIG控制器的PQ模型,以及孤岛运行时主控制器的VF模型。基于Matlab平台仿真微电网在两种模式下的运行特点。仿真结果表明,由于大电网支撑,并网运行时微电网的电压具有更好的稳定性。孤岛运行时,同一性质的负荷对基于DFIG控制方法的微电网运行质量影响不大,而主要由微电网控制方法决定。     

风电场小干扰稳定研究

为了降低风电场并入电网对电力系统的小干扰稳定可能带来的影响,建立了双馈感应发电机数学模型和桨距角控制模型,根据小干扰稳定理论,在PSAT平台上对风电场接入一个单机无穷大系统和WSCC 3机9节点系统进行特征值计算和小干扰稳定分析。仿真算例分析结果表明,与风电机组强相关的振荡模式阻尼特性良好,系统振荡稳定。     

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。     

基于最大转子储能的风电场风机变利用率的 有功功率分配策略优化

风机采用最大功率追踪控制时无功率备用量,当系统供需发生变化时,易对系统稳定性造成较大影响。提出了一种风场变利用率的有功功率分配策略,在满足系统调度命令的同时,减少风能的损失,提高风能利用率。考虑到风场的尾流效应,所提方案通过改变每台风力机的利用率来控制风机的有功功率输出。其中,每台风力机的利用率根据其自身转速而自适应调整。当风机转速较高时,风力机的利用率则较高。当风机转速较低时,则降低风力机的利用率,这样风电场可存储更多的旋转动能,可在系统需要时释放回系统。通过在基于双馈风机的风电场中对所提变利用率策略进行研究,结果表明,在满足调度需求的同时,所提控制策略比传统的等利用率方案更加节能。     

传动链模型参数对双馈风电机组暂态性能影响

为了较准确地研究并网双馈风电机组机电耦合作用对其暂态性能的影响,考虑风力机和发电机之间传动轴扭转柔性因素,采用等效集中质量法,建立风力机传动链的等效为两个质量块模型.基于并网双馈风力发电机组的功率控制策略和电磁暂态模型,在电网电压跌落故障下,对采用两个等效质量块传动链模型时的机组暂态运行性能进行仿真,并和不考虑传动链柔性的等效为一个质量块模型时的结果进行比较.应用传动链柔性模型,选取不同参数值时的机组暂态效果进行仿真比较和分析.结果表明:考虑风力机传动链柔性有助于准确分析双馈风力发电机组暂态性能,其暂态性能和传动轴系刚度系数、风力机和发电机惯性时间常数密切相关.     

基于两步分群法的双馈机组风电场等值建模

为了在保证风机等值精度的基础上降低风电场仿真模型的复杂度,考虑到实际风电场内尾流效应及风机控制方式不同的情况,借鉴层次分析法的思想提出了两步分群法。该方法综合考虑了风机初始运行点以及动态特性。首先考虑风电机组间尾流效应计算输入风速,根据机组桨距角动作情况进行初次分群,通过转子电流受扰曲线识别动态特性相近的风机实现再次分群。然后在保证风电机组功率输出特性和电压差恒定的基础上,进行风机和集电线路参数等值,得到风电场多机等值模型。最后通过仿真验证了所述方法的合理性。     

双馈电机风电场等裕度无功分配策略

双馈式异步发电机可实现P-Q解耦控制,能够为电网提供无功支持,但其输出功率受变流器容量限制。为充分发挥双馈机无功调节能力,提出等裕度无功分配策略:根据各台风机无功极限的大小,以各机组具有相同的无功裕度作为无功分配的标准。该策略能够使风电厂在满足电网功率因数要求的同时,有效防止有功出力较大的双馈机由于变流器电流越限而发生跳机的现象,提高风电场运行可靠性。采用PSCAD/EMTDC软件进行仿真研究,通过与等功率因数无功分配策略进行比较,验证了等裕度无功分配策略的有效性。