双馈风电机组并网次同步振荡研究

首先基于次同步振荡理论,研究了双馈风电机组在弱电网并网情况下的机组脱网问题。研究发现,输电线路的串补投入和变流器控制策略对低频振荡敏感的因素导致了次同步振荡的发生;然后提出一种在网侧变流器中加入带阻尼特性的特定滤波器策略,该策略能够有效抑制风电机组与电网之间的振荡;最后,仿真结果验证了该方法的有效性。     

采用VSC-HVDC并网的直驱风电场次/超同步振荡特性

风电、光伏经由高压直流输电系统并网外送已经成为大规模可再生能源基地的主要输送方式。对于风电引发的次/超同步振荡问题,尤其是直驱风电机组与柔性高压直流(VSC-HVDC)输电系统之间相互作用引发的次/超同步振荡问题值得深入研究。首先,分别建立直驱风电机组与VSC-HVDC的动态模型,并深入分析与推导两者之间的接口矩阵与接口动态方程,进而得到直驱风电机组经VSC-HVDC并网外送的完整动态模型。在此基础上,采用特征值分析法计算得到各振荡模式的参与因子,并根据模式参与因子判断出次/超同步振荡模式之间存在阻尼耦合。通过PSCAD/EMTDC进行时域仿真,验证了模型与特征值分析结果的正确性。进一步深入分析风电并网距离/阻抗、直驱风电机组机/网侧控制器与VSC-HVDC送/受端控制器参数对次/超同步振荡阻尼特性的影响,结果表明:同一个控制器参数可同时影响多个次/超同步模式,同一个次/超同步模式可同时受多个控制器参数影响,并且这种阻尼耦合的影响可能趋同(调节控制器参数,耦合的两种模式的阻尼比同向变化),可能趋反(调节控制器参数,耦合的两种模式的阻尼比反向变化),也可能趋同与趋反同时存在。     

基于转子侧附加阻尼控制的双馈风机并网次/超同步振荡抑制方法

针对风电经串补输电线路并网发生的多起次/超同步振荡现象,首先推导了基于有功无功解耦控制的双馈风机阻抗模型。其次分析了电网参数、双馈风机控制参数以及电机参数对风电并网系统稳定性的影响。然后针对串联补偿输电线路参数以及风机控制参数引发的次/超同步振荡现象,提出了双馈风机转子侧控制环节附加阻尼控制器的抑制方法。并对比分析阻尼器放置于功率外环以及电流内环对系统稳定性的影响,得出阻尼器放置于电流内环对次/超同步振荡抑制效果更好的结论。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建双馈风机并网模型,通过时域仿真验证了阻抗模型分析风机并网次/超同步振荡的正确性以及所提方法对次/超同步振荡抑制的有效性。     

双馈风电机组次同步振荡阻尼特性与抑制策略

大规模风电经固定串补线路送出时,双馈风电机组(DFIG)会由于转子侧换流器(RSC)与固定串补之间相互作用而引起一种新的次同步振荡问题,称为次同步控制相互作用(SSCI)。在分析DFIG换流器的工作原理及输出特性的基础上,建立其基于交流受控电压源和直流受控电流源的等效仿真模型,避免了开关器件的高次谐波对DFIG电气阻尼计算结果的影响,提高了仿真效率。基于等效模型,采用时域实现的复转矩系数法,计算DFIG在次同步频率范围内的电气阻尼特性,进而分析风速、转子侧换流器PI参数、串补度和线路电阻对电气阻尼特性的影响。分析结果表明,风速的减小、内环增益的增大、积分时间常数的减小、串补度的增加以及线路电阻的减小都会增加DFIG电气负阻尼;外环PI参数对DFIG阻尼特性影响不大。提出在DFIG RSC中附加混合次同步阻尼控制器(H-SSDC)来抑制SSCI的方法,仿真结果验证了其有效性。     

并网双馈感应风电系统轴系振荡特性

在风速突变及电网短路故障等外界扰动下,并网双馈感应发电机(DFIG)风电系统将表现出传动轴系的振荡,由此引起输出功率的振荡,这将可能导致与该风电系统强耦合的电力网络产生低频振荡,降低DFIG风电系统本身及其所并电网的安全稳定运行能力。针对DFIG风电系统轴系振荡的阻尼特性,采用电磁阻尼转矩分析方法,对常用控制模式下DFIG电磁转矩对轴系阻尼的作用机理进行推导,以此为基础,详细分析风速、发电机参数以及系统控制参数对该作用行为的影响规律,为系统振荡阻尼控制器的设计及其优化奠定理论基础。最后,利用DIg SILENT/Power Factory仿真平台建模并进行了相关仿真证明。     

抑制直驱风电并网系统次/超同步振荡的储能变流器有源阻尼控制方法

为应对直驱风电并网系统接入弱电网引发的次/超同步振荡问题,针对储能变流器提出了一种改进的有源阻尼控制方法,建立了考虑所提有源阻尼控制方法的储能变流器序阻抗模型,并分析了含储能变流器的直驱风电并网系统阻抗特性。在次/超同步振荡频段,并网系统阻抗幅值较低且部分呈容性,当输出功率增大、电网短路比降低或锁相环带宽减小时,容易与感性电网阻抗发生交互,从而诱发次/超同步振荡。然后,考虑不同有源阻尼控制参数对系统稳定性的影响,并给出选取参数的方法,使直驱风电并网系统的正负序相角裕度大于零或幅频特性不与电网阻抗发生交截。分析结果表明,所提有源阻尼控制方法能够有效改善直驱风电并网系统的阻抗特性,在更为复杂恶劣的条件下,耗散振荡能量,抑制次/超同步振荡,增强系统的稳定性。最后,通过仿真验证分析的正确性。     

双馈风电机组有功-无功混合调制阻尼控制

目前风电机组系统级阻尼控制中均采用单一有功调制或无功调制,无法兼顾系统阻尼和轴系振荡阻尼。为解决上述问题,针对双馈风电机组提出了有功-无功混合调制阻尼控制器,并提出了序贯优化算法设计阻尼控制器参数,通过特征值分析和时域仿真验证了该控制器在风电机组不同运行模式下的有效性和鲁棒性。结果表明,相比于单一调制,混合调制更能充分利用双馈风电机组转子侧变换器的阻尼控制能力,同时最小化对风电机组本身轴系振荡阻尼的不利影响。     

双馈风电机组经串补并网的振荡模式分析

大规模风电经串补并网系统存在稳定性问题,为全面分析双馈风电机组(DFIG)经串补并网系统的振荡模式,建立了双馈风电机组经串补并网详细的状态空间模型。采用小信号分析法计算系统26阶状态矩阵特征值、阻尼比,基于模态频率和参与因子分析,甄别出待研系统的主要振荡模式。结果表明,该系统主要有高频振荡模式、轴系主导的振荡模式、由固定串补与变频器相互作用引起的次同步控制相互作用(SSCI)模式。变频器PI参数对SSCI频率和阻尼具有一定的影响,其中电网侧变频器(GSC)内环PI参数起主导作用;SSCI的频率受串补度的影响较大,且振荡频率在串补模态频率附近。     

基于主导变量阻尼控制的双馈风电场次同步振荡抑制

针对双馈风电场经串联电容补偿线路进行输电时,可能发生并网系统的次同步振荡问题.本文首先根据双馈风电场经串联电容补偿并网系统的数学模型建立系统小扰动方程,并通过特征值分析法得到双馈风电场次同步振荡的主导变量.然后,根据系统等效阻抗模型和转子侧控制结构图对主导变量参与次同步振荡的机理进行分析,提出在控制系统中设置由功率阻尼...     

基于虚拟同步机控制的双馈风电机组预同步并网策略

采用虚拟同步机控制的双馈风电机组能提高电网惯量和频率支撑能力,成为实现可再生能源友好并网的有效途径之一。基于虚拟同步机控制的双馈风电机组直接参与电网并网时,由于缺少预同步锁相控制,双馈风电机组定子与电网的电压幅值和初始相位可能存在偏差。针对上述存在的并网问题,提出了一种虚拟同步机控制的双馈风电机组无锁相环预同步控制策略。通过在虚拟同步机外环控制中加入频率相位控制器和幅值预同步控制器,可以控制双馈风电机组并网前定子频率、相位和电压幅值与电网相同,并提出在无功功率-电压环中引入虚拟阻抗,实现了双馈风电机组快速地平滑并网。最后,通过理论分析和仿真结果验证了无锁相环预同步控制方案对虚拟同步机控制的双馈风电机组并网的有效性。     

同步化双馈风电并网控制技术

作为风电并网主流机型——双馈风电机组的并网控制日益重要,然而传统矢量控制的双馈风电并网控制,其转子位置角信号容易受到干扰而影响其稳定性,给风电并网带来了影响。分析了双馈风电机组(DFIG)的同步化特点,提出了基于转子电压幅值和频率控制(MFC)的DFIG并网控制方法,并进一步提出了基于MFC控制的含调度指令功能的DFIG并网控制策略;通过仿真验证了基于转子电压MFC的双馈风电并网控制策略的有效性。     

并网双馈异步风电机组模糊自适应控制

介绍了双馈感应风力发电系统运行的基本原理。在变风速下,根据最大功率跟踪控制原理,利用发电机输出功率误差和发电机的转速误差,提出用模糊控制器代替风速测速仪来跟踪发电机的最佳转速,保证在额定风速下,使风机运行在最佳叶尖速比,风能利用率最佳,避免了湍流塔影等因素对风速测量的影响。同时,在外环功率PI调节器中,引入模糊控制来提高在额定风速下双馈感应发电机功率解耦的快速跟踪。最后,通过对整个风电系统包括风力机、双馈感应电机(含网侧及转子侧变换器)、控制器(含网侧及转子侧控制器)进行建模及仿真来验证模糊控制策略的可行性。     

VSCF双馈风电机组并网控制的研究

新疆地区地广人稀,风力资源丰富。近几年风力发电技术越来越成熟,在新疆建立大型风力发电厂是一个利国惠民的好项目。单独的风力发电机组的稳定性、可靠性、安全性都比较低。鉴于VSCF双馈风力发电机组具有柔性连接等特点,可考虑在新疆采用VSCF双馈风电机组并网运行。基于双馈感应发电机在国内外的发展状况,研究了VSCF双馈风力发电机组的原理、数学模型等内容,分析了风电机组并网的分段分层控制方法,同时,利用Matlab仿真平台进行了相应的仿真,验证了该分段分层方法的可行性和有效性。     

双馈风电机组参与次同步振荡分析及抑制技术

近年来,随着风电机组装机容量不断扩大,风电机组的振荡问题也日益凸显。这里针对双馈风电机组(DFIG)参与系统次同步振荡进行了理论分析,双馈风机的次同步振荡类型为双馈电机并网控制参与的感应发电机效应。借鉴了常规同步机组的电力系统稳定器以及抑制高频谐振的有源阻尼策略提出了次同步虚拟电阻策略,以华北某大规模风电汇集区域发生双馈-串补次同步振荡为原型,搭建了风电机组并网等值仿真模型,在此基础上分别进行了电磁暂态时域仿真及半实物测试,测试结果表明,该策略可将次同步成分衰减为振荡时的10%以内,同时不会对机组的低电压穿越、电能质量、电网适应性等功能造成影响。     

风电并网系统次/超同步振荡的动态监测方法研究

近年来,我国大规模风电基地中出现了新型次/超同步振荡问题,其频率具有时变特性。已有的同步相量测量单元(PMU)和广域测量系统无法准确监测其动态发展过程。鉴于此,本文首先探讨了次/超同步谐波对传统PMU算法的不良影响,剖析谐波引起基频相量测量误差的根源。其次,提出一种具有频率自适应控制能力的次/超同步谐波相量检测方法,能够准确判断系统中是否出现次同步振荡,并检测出基波相量和次/超同步谐波相量。最后,通过搭建实际系统的电磁暂态仿真模型分析验证了改进算法的有效性和精确性。     

调频双馈风电场的混合阻尼控制

本文研究双馈风电场参与电力系统调频对电力系统低频振荡的影响并提出相应的混合阻尼控制以消除潜在的弱阻尼振荡风险。弱电网中,调频风电场易引入新的机电振荡并可能恶化系统原有区域间低频振荡。此外,要求风电场参与电力系统调频时,调频控制易恶化风电机组轴系扭振,进而造成轴系损坏或系统失稳。上述振荡模式的振荡频率比较接近,容易发生有害交互。本文通过在风电场有功及无功控制器中引入混合主动阻尼控制策略,同时有效改善多振荡模式的阻尼。仿真结果验证了提出控制策略的有效性。     

双馈风机串补并网次同步振荡抑制策略

文章分析双馈风机次同步振荡机理,提出虚拟阻抗抑制策略,以抑制振荡现象,并在MATLAB上仿真验证所提控制策略的合理性和正确性。     

双馈风电场阻尼系统次同步振荡的无功功率控制策略

引入无功-转速型传递函数,推导了双馈风电场无功功率对系统贡献的阻尼系数大小和性质的表达式,并基于分析获得的提供系统正阻尼条件,优化设计无功功率环附加阻尼控制策略抑制次同步振荡。以双馈风电场接入IEEE第一标准测试系统为例,基于Dig SILENT/Power Factory仿真平台对双馈风电场无功功率附加阻尼控制时的系统运行性能进行仿真比较。理论分析和时域仿真结果表明,推导的阻尼系数表达式以及得到的正阻尼范围条件可以有效分析双馈风电场无功功率对系统次同步振荡的作用,提出的风电场无功功率附加阻尼控制策略能在全次同步频段内提供最优正阻尼,且抑制效果优于有功功率附加PSS阻尼控制。     

双馈风电并网系统的宽频振荡机理分析与抑制

电力系统振荡失稳严重威胁其安全稳定运行，在“双碳”目标和能源转型的推动下，风电并网使新型电力系统的振荡稳定性问题加剧。综合考虑传动系统、风机变换器、锁相环、串联补偿等电力系统各部分，建立了双馈风电并网系统的精确化综合模型。在此基础上，基于模式分析法分析系统振荡模式与参与因子关系特性，确定引发系统振荡模式的强相关状态变量和主导因素，探究双馈风电并网电力系统的宽频振荡机理，并寻找振荡抑制方法。与传统模型相对比，并在Matlab软件平台进行仿真分析与验证。结果表明：所建模型及机理分析方法以更多的状态变量表征了更丰富的振荡模式信息，更详尽地解释了系统宽频振荡机理，并能有效消除振荡，提高系统阻尼，提升系统稳定性，为进一步研究和开发电力系统宽频振荡检测和抑制方法奠定理论基础。